Entiendo que tener un coeficiente de dilatación térmica negativo significa que el material en vez de expandirse al calentarse se contrae, que es lo que le pasa al agua, y sé que el coeficiente es negativo cuando la temperatura es inferior a . Mi libro de texto me pide que analice cuál sería el proceso de congelación de una masa de agua si el coeficiente de expansión térmica del agua fuera siempre positivo.
Creo que si esto fuera cierto, entonces el hielo no necesariamente flotaría en la parte superior del lago porque el agua podría permanecer con la misma densidad que el hielo, ¿es este el caso?
Cuando la temperatura ambiente disminuye, el agua de un estanque se enfría comenzando desde la parte superior.
Siempre que la temperatura del agua en la parte superior esté por encima C, es decir, mientras su coeficiente de dilatación térmica sea positivo, se vuelve más densa que el agua más caliente inmediatamente debajo de ella y se hunde. El mismo proceso tiene lugar en todos los niveles, hasta el fondo.
Pero, en algún momento, la temperatura en la parte superior caerá por debajo C. ¿Qué sucede después? ¿Continuará el proceso descrito anteriormente?
Tener un coeficiente de expansión térmica positivo significaría que el agua y el hielo tendrían distancias interatómicas más grandes, lo que conduciría a densidades más bajas.
Sé que la respuesta de VF parece haber resuelto su problema, pero creo que en realidad no respondieron su pregunta y no se dio cuenta. Parece que la pregunta que hizo fue sobre el hielo en forma sólida si flotaría, no sobre cómo se distribuiría la temperatura en la parte líquida. Creo que si un líquido en su punto de congelación es más denso o menos denso que su forma congelada en su punto de congelación, no dice nada sobre si el líquido tiene una expansión térmica positiva o negativa en su punto de congelación. En realidad, el hielo es menos denso incluso que el agua hirviendo. Suponga que el hielo a cualquier temperatura por debajo de su punto de congelación es menos denso que el agua a cualquier temperatura desde su punto de congelación hasta su punto de ebullición.
En el agua por encima de su punto de congelación a nivel molecular, los cristales de hielo crecen temporalmente, pero debido al movimiento aleatorio de las partículas, pero nunca siguen creciendo más y más sin límites. En el agua sobreenfriada, los cristales de hielo a veces comienzan a crecer y luego se encogen nuevamente y luego, después de que uno crece lo suficiente, seguirá creciendo fácilmente. Cuando el agua se sobreenfría solo un poco, pasará un tiempo bastante largo antes de que un cristal de hielo alcance el tamaño crítico. Cuando hablamos de la densidad del agua, definimos la densidad observada como la densidad real y decimos que el agua tiene esa densidad a esa temperatura. No decimos que el agua en realidad tiene una densidad más alta y son las nanopartículas de hielo en ella las que reducen la densidad observada. Eso es probablemente porque es Es normal que esas nanopartículas de hielo sigan apareciendo y desapareciendo todo el tiempo. Combinando la información que aprendí, creo que la razón de la expansión térmica negativa del agua cerca de su punto de congelación es la mayor concentración de nanopartículas de hielo en ella. Sin embargo, el estado congelado en su punto de congelación es muy diferente del estado líquido en su punto de congelación. Si tiene una pequeña partícula de hielo en agua congelada, como una bolita de hielo, y luego el aire extrae el calor extremadamente lentamente, le llevará mucho más tiempo terminar de congelarse de lo que hubiera tardado en enfriarse. 20°C a 19°C por aire a 0°C suponiendo que no hay difusión de calor por radiación. A medida que se congela más agua, en realidad se libera calor en el proceso de congelación. supongo que s porque el hielo en su punto de congelación almacena menos energía térmica para su temperatura Kelvin que el agua en su punto de congelación. La congelación solo continuará si el calor continúa siendo succionado.
jon custer