¿Cuál es la razón para la expansión anómala del agua? ¿Por qué no simplemente ampliar en calefacción o contrato en refrigeración? ¿Por qué muestra comportamiento anómalo a 4 grados centígrados? ¿Por qué no en grados de 4,6 o 10 (o lo que sea)?
Respuestas
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Dave Gregory
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Así, la primera pregunta sería: ¿cómo de "anómala" es el cambio en el coeficiente de expansión térmica? Resulta que para la mayoría de los materiales reales en el coeficiente de expansión térmica no es una constante, y se tarda tanto en positivo (expansión) y negativo (contracción con el aumento de la temperatura) de los valores. Para el silicio como un ejemplo, vea ioffe, por Encima de la temperatura de la habitación Si tiene un resultado positivo (pero no constante) CTE, por debajo de unos 100K de silicio del CTE es negativo.
La segunda pregunta es ¿por qué ocurre esto? Tomando un líquido o un sólido (ignorar los gases por el momento), un átomo (o molécula) se encuentra en algún tipo de potencial, así que es lo que está causando el material a ser unidas. En el cero absoluto, los átomos de sentarse en la parte inferior de la potencial. A medida que la temperatura aumenta, el calor agregado y el átomo comienza resonando en el potencial de bien, y es capaz de explorar más del bien. No es particularmente buena razón para creer que la forma del bien, a través de todo el rango de temperatura de la existencia de la fase, será tal que una sola lineal de los coeficientes se describen en donde el átomo más probable que se sienta en el pozo a una temperatura dada. En la parte superior de que en un sólido es la concentración de equilibrio de punto de defectos que es dependiente de la temperatura. Como ejemplo, Google Simmons y Balluffi y sus experimentos con la combinación de rayos x de las mediciones de la red de parámetro (donde los átomos de sentarse en el potencial de pozo) y la expansión térmica (el cambio en la longitud de una piscina climatizada bar) para determinar el punto de defecto concentraciones vs temperatura para diferentes sólidos.
Rob Wells
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La pregunta "¿por Qué exactamente 4.6 grad" no tiene una respuesta simple. A la pregunta "wtf que pasa con el agua" puede razonablemente simple respuesta. Pienso en ello de esta manera: el agua tiene sorprendentemente baja densidad de la estructura de cristal con gran cantidad de huecos, lo que significa que muchos de los defectos de poner una molécula en el agujero podría resultar en un aumento de la densidad. Por lo tanto, la forma de la densidad-dependencia de la temperatura del agua es el resultado de dos fuerzas opuestas: varios defectos, que aumenta su densidad y expansión térmica que disminuye su densidad.
Esto, sin embargo, no es la única manera para que su dependencia con extremo a ocurrir. Otra razón para la negativa coeficiente de expansión térmica sería de hecho, que con oscilación térmica de aumento y el aumento de la distancia media entre los átomos, la posición entre la media de la posición de algunos átomos pueden disminuir. Un modelo simplista sería este sencillo experimento de física: http://youtu.be/rpnoq9hz1gw con el aumento de la velocidad de rotación de la cadena, la media de la distancia entre sus anillos se vuelve menos y menos, pero su posición media de a poco se drageed a un punto, y si la cadena se gira lo suficientemente rápido, su vertiacal tamaño se convierte en un poco más que el tamaño de un anillo. IRL mecanismo similar es la razón para que algunos se pusieron de polímeros contrato a temperaturas elevadas. Es posible que algunos compuestos negativamente a la expansión térmica, por la misma razón, aunque no puedo dar un ejemplo en el momento.
