Bạn có quá quen thuộc với nước đá, nước và hơi nước?

Nước biển, ngay cả khi cực lạnh nhất, cũng không đóng băng thành băng cứng và tinh khiết. Mikhail Lomonosov

Tôi giả định rằng trong quá trình sôi, nhiệt được nước hấp thụ và thâm nhập vào thành phần của hơi nước hình thành từ nó, giống như cách nó được nước đá hấp thụ trong quá trình tan chảy và thâm nhập vào thành phần của nước thu được. Joseph đen

Mây - sương mù ở độ cao.

Như đã biết, có thể làm tan chảy hai mảnh băng bằng cách ma sát với nhau trong không gian thiếu không khí; Hiện nay người ta đang nỗ lực biến nước thành băng bằng một áp suất chưa từng thấy. Julius Robert Mayer

…để quan sát hơi nước bão hòa trên điểm sôi thông thường của nước, cần phải đun sôi nó trong nồi hơi kín, trong môi trường khí nén và hơi nước nhân tạo… Alexander Stoletov

Vladimir Dal

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

nước đá, nước và hơi nước

Nhiều người sẽ trả lời rằng họ quen thuộc như thế nào. Nước là chất có nhiều nhất trên Trái đất. Tất cả các sinh vật sống, bao gồm cả chúng ta, chủ yếu bao gồm nước. Các tính chất vật lý của nó đã được nghiên cứu đi nghiên cứu lại, thậm chí chúng còn được sử dụng làm tiêu chuẩn. Tất cả những điều này đều đúng, nhưng nước ở các trạng thái kết tụ khác nhau vẫn gây ra nhiều điều ngạc nhiên. Các đặc điểm của chất có vẻ đơn giản này vẫn chưa được hiểu đầy đủ và không phải lúc nào cũng có thể dự đoán được hành vi của nước. Tất nhiên, các nhà khoa học không muốn đối mặt với tình trạng này và ngoan cố tiếp tục tìm hiểu ngày càng nhiều chi tiết tinh tế hơn về cấu trúc của nước và sự tham gia của nó vào các hiệu ứng bí ẩn. Và nó kích thích các nhà nghiên cứu hiểu được tầm quan trọng đặc biệt của nước đối với sự sống trên Trái đất. Xét cho cùng, kiến ​​thức đầy đủ hơn về nó là cần thiết cho lời giải các vấn đề về môi trường, để tạo ra các loại thuốc và phương pháp điều trị mới cũng như để chống lại biến đổi khí hậu toàn cầu cũng như để cải thiện các hoạt động sản xuất của con người… Quy mô của bài toán này khuyến khích chúng ta chuyển sang cuộc trò chuyện về các tính chất vật lý của một trong bốn nguyên tố chính. Hãy nhìn xem, trong số các câu hỏi ở trường và bài toán có ​​rất nhiều câu hỏi sẽ khiến bạn nghi ngờ về sự đơn giản của chất đơn giản này - nước.

Các câu hỏi và bài toán 1. Một chai thủy tinh kín chứa đầy nước có còn nguyên vẹn nếu nó được hạ xuống nơi băng đang tan không? 2. Một cục nước đá được đông cứng ở đáy bình chứa nước từ bên trong. Mực nước trong thùng có thay đổi khi băng tan không? 3. Thiếc có tan chảy được trong nước nóng không? Làm thế nào để đóng băng nước bằng kim loại nóng chảy? 4. Những giọt sương mù có thể tồn tại ở dạng lỏng ngay cả ở nhiệt độ –30 $^\circ$ C. Tại sao?

5. Ở đợt sương giá đầu tiên, các vùng nước dễ đóng băng hơn nếu có tuyết. Làm thế nào để giải thích điều này? 6. Bài thơ về một giọt nước đã mắc sai lầm vật lý nào: “Nó sống và chảy dọc theo tấm kính, nhưng bỗng nhiên bị băng giá bao bọc, giọt nước trở thành một tảng băng bất động, và hơi ấm trên thế gian giảm đi”? 7. Tại sao việc băng trôi trên biển tan thành nước không gây ra lũ lụt, trong khi việc làm tan băng trên đảo Greenland lại khiến mực nước biển dâng cao một cách thảm khốc? 8. Nhiệt dung riêng của sự nóng chảy của đồng nhỏ hơn đáng kể so với nước đá. Phải chăng điều này có nghĩa là làm tan chảy một tấm đồng trong điều kiện mùa đông sẽ cần ít năng lượng hơn làm tan chảy một tảng băng có cùng khối lượng? 9. Tại sao bỏng hơi nước lại nguy hiểm hơn bỏng nước sôi? 10. Điều gì sẽ dập tắt ngọn lửa nhanh hơn - nước sôi hay nước lạnh? 11. Đun sôi nước trong nồi có nắp đậy dày. Sau khi nhấc chảo ra khỏi bếp, để nguội một chút rồi đổ lá trà vào nước lặng, nước sôi mạnh. Tại sao? 12. Muốn đẩy nhanh quá trình nấu nướng, bà nội trợ tăng lửa dưới chảo đang đun nước. Bà chủ nhà làm đúng không? 13. Các chỉ số của nhiệt kế có giống nhau không, một nhiệt kế đặt trên bề mặt nước sôi, còn nhiệt kế kia đặt ở độ dày của nước? 14. Một chiếc cốc đựng một lượng nước nhỏ được đặt dưới chuông của máy bơm không khí và không khí bắt đầu được bơm ra ngoài. Tại sao nước đầu tiên sôi và sau đó đóng băng? 15. Nước được đun sôi trong bình đáy tròn, đậy kín và úp ngược bình. Nếu bây giờ bạn đổ một ít tuyết xuống đáy bình hoặc đổ nước lạnh lên trên thì nước trong bình sẽ sôi. Làm thế nào để giải thích điều này? 16. Trong trường hợp nào “điểm sương” trở thành “điểm sương”?

17. Đôi khi bề mặt cửa sổ trở nên có sương mù. Đây là những bề mặt nào - bên ngoài hay bên trong? 18. Ở nhiệt độ tới hạn, nhiệt hóa hơi riêng của bất kỳ chất lỏng nào, kể cả nước, đều bằng không. Tại sao? 19. Hơi nước có màu gì? Thí nghiệm vi mô Giải phóng nội dung của nó ra khỏi quả trứng thông qua một lỗ nhỏ ở đầu nhọn. Bịt kín lỗ bằng sáp hoặc nhựa dẻo, sau đó gắn vật nặng vào sợi chỉ. Trọng lượng của quả cân phải được chọn sao cho nó giữ được phần vỏ gần như ở dưới đáy bình nước cao ở nhiệt độ phòng. Nếu bạn đem lọ ra ngoài trời lạnh, sau một thời gian “thiết bị” của bạn sẽ nổi lên nhưng sẽ sớm chìm xuống. Nếu bây giờ bạn mang lọ vào phòng, cái vỏ sẽ lại di chuyển lên xuống. Giải thích điều này.

Điều tò mò là… …sự giãn nở của nước khi đóng băng và sự sôi của nó ở áp suất giảm chỉ được phát hiện vào thế kỷ XVII bởi nhà thí nghiệm khéo léo người Anh Robert Boyle. …băng cực mạnh đặc biệt được hình thành từ nước biển. Một quan điểm khác, được Lomonosov chia sẻ, đánh giá bằng bản văn, “không cho phép” bất kỳ chuyến thám hiểm nào trong thế kỷ 17-19 đến được Bắc Cực, vì các tàu buồm luôn bị mắc kẹt trong lớp băng dày. …phương pháp làm kem ban đầu được giữ kín như một bí mật lớn. Những đầu bếp có kinh nghiệm tại nhiều tòa án châu Âu đã cố gắng đông lạnh hỗn hợp kem đánh bông và nước ép trái cây bằng đá trong hầm thông thường một cách vô ích. Hóa ra vấn đề là do việc bổ sung muối - bằng cách trộn nó với đá nghiền, nhiệt độ có thể giảm đáng kể cho đến khi hỗn hợp đông cứng hoàn toàn. …một trong những đặc điểm của băng là điểm nóng chảy của nó, không giống như hầu hết các chất khác, giảm khi áp suất tăng. Tuy nhiên, hiệu ứng này không phải là nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện của chất bôi trơn nước dưới lưỡi giày trượt, điều này trong nhiều năm đã cố gắng giải thích việc chúng dễ dàng lướt trên băng. …người kể chuyện nổi tiếng Andersen đã đề cập đến những bông tuyết mười cánh trong “Nữ hoàng tuyết”, mặc dù trước đó rất lâu nhà thiên văn học Kepler đã thiết lập hình dạng sáu cánh của chúng. Đúng vậy, Descartes đã có thể quan sát thấy những tinh thể bông tuyết có mười hai mười tám cánh cực kỳ hiếm. … dạng thứ năm của băng vô định hình dày đặc đã được phát hiện gần đây, được hình thành dưới tác động của áp suất cao ở nhiệt độ khoảng -200 ° C. Lưu ý rằng tất cả các loại băng, ngoại trừ băng thông thường, đều chìm trong nước. Nói cách khác, băng được tạo ra trong điều kiện bình thường sẽ hoạt động bất thường. …trong Thế chiến thứ hai để phục hồi

Mất hạm đội, các nhà khoa học Anh đề xuất với bộ hải quân chế tạo tàu sân bay không thể chìm từ… băng. Vì mục đích này, người ta cho rằng phải sử dụng các tảng băng trôi, mà một đoàn thám hiểm đặc biệt thậm chí đã được cử đến Bắc Cực. Tuy nhiên, dự án chưa bao giờ được thực hiện, nhưng sự chú ý đến các loại cấu trúc băng khác nhau đã tăng lên vô cùng. …khả năng tỏa nhiệt cao của nước được giải thích là do các phân tử của nó kết hợp thành cái gọi là cụm (siêu phân tử) và khi nhiệt truyền vào nước, một phần đáng kể nhiệt được dùng để phá vỡ liên kết giữa các phân tử lân cận có trong cụm. …không có nước ở dạng lỏng trên Sao Hỏa, vì ở áp suất khí quyển của Sao Hỏa, thấp hơn 160 lần so với trên Trái đất, nước chỉ có thể tồn tại ở trạng thái rắn và khí. Và trên Sao Kim, nước không thể ở pha lỏng vì nhiệt độ bề mặt của hành tinh này là khoảng $480 ^\circ$ C, cao hơn đáng kể so với nhiệt độ tới hạn của nước. Đúng vậy, các nhà nghiên cứu vẫn không mất hy vọng khám phá ra nước đóng băng trên Mặt trăng, nơi nó có thể được bảo tồn dưới đáy các miệng hố sâu ở vùng cực. …như bạn đã biết, thức ăn có thể được nấu trong nồi áp suất nhanh hơn nhiều so với nồi thông thường. Tuy nhiên, bạn nên mở món ăn này thật cẩn thận: sau khi giảm áp suất, áp suất giảm xuống và chất lỏng trở nên quá nóng rõ rệt, dẫn đến hiện tượng sôi bùng nổ khắp toàn bộ thể tích của chảo, nước nóng bắn ra ngoài và… cháy. …nhà vật lý người Anh Charles Wilson, người vào năm 1912 đã đề xuất một phương pháp mà ngày nay vẫn được sử dụng để phát hiện các hạt tích điện bằng cách sử dụng một buồng chứa đầy hơi nước siêu bão hòa, trước đó đã nghiên cứu nguồn gốc của mưa và sương mù. …hiện tượng “bộ nhớ nước”, tức là khả năng lưu trữ thông tin trong thời gian dài của nó đã được thảo luận sôi nổi trong những năm gần đây đến mức buộc các nhà khoa học phải tiến hành các thí nghiệm đặc biệt. Than ôi, kết quả là tiêu cực: nước có cấu trúc không ổn định, thay đổi liên tục và đúng hơn, là một trong những chất “bị lãng quên” nhất trên thế giới.

Những điều cần đọc trong «Kvant» về nước đá, nước và hơi nước

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Phương pháp trực quan để ghi lại các hạt tích điện” – 2001, số 6, tr. 11; 2. “Hơi nước” – 2002, số 2, 26; 3. “Tính chất nhiệt của nước” – 2002, số 3, tr. 10; 4. “Hoa tuyết và hoa văn băng trên kính” – 2002, số 5, tr. 29; 5. “Về cấu trúc của băng” - 2002, Phụ lục số 6, tr. 19; 6. “Về vật lý theo cốt truyện cá nhân” – 2003, số 1, tr. 27; 7. “Nước trong chúng ta” – 2003, số 2, tr.2; 8. “Hơi nước bão hòa và không bão hòa” - 2004, số 2, tr. 23; 9. “Cháy ngoài đồng và nhà tắm Nga” - 2004, Phụ lục số 4, tr. 60; 10. “Kính vạn hoa «Kvant» – 2005, Số 3, trang 32, 11. “Giọt siêu bền và đóng băng máy bay” – 2005, Số 4, trang 8, 12. “Bài toán với chất lỏng” – 2006, Số 1, trang 40.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

39

BỘ SƯU TẬP

Các cầu thủ của nhóm thứ tư nhận được M - ( L + 1 ) 2 điểm - không quá N 2 - 1. Ở nhóm thứ hai và thứ ba, kết quả là ( N - 1 ) 2. Theo đó, nhóm thứ hai gồm những người lạ, thứ nhất - mạnh, thứ ba - trung bình và thứ tư - yếu. Trong trường hợp này, số lượng lạ bằng [ N 2 ] - L, và bằng cách chọn L có thể tạo ra bất kỳ số tự nhiên nào từ 1 đến [ N 2 ] - 1. Bài toán 18. Chứng minh rằng trong bất kỳ giải đấu nào, đội mạnh và đội lạ chiếm ít hơn 2/3 tổng số người chơi, và điều đó cũng đúng với cả kẻ yếu và người lạ. Nếu trong giải đấu không có điểm trung bình thì kẻ mạnh và kẻ yếu mỗi người chiếm hơn một phần ba số người tham gia giải đấu, còn kẻ lạ chỉ chiếm chưa đến một phần ba. Chính xác hơn, nếu N có dạng 3M, 3M + 1 hoặc 3M + 2 (M là tự nhiên) thì số lạ không vượt quá lần lượt là M – 2, M – 1, M. Lời giải. Hãy xem xét người chơi mạnh theo “trung bình số học” (tức là cộng số điểm mà người mạnh ghi được và chia cho số người tham gia như vậy). Người chơi có điều kiện này đã thắng nhiều người mạnh bằng số lần anh ta thua. Đồng thời, anh lại thua tất cả những kẻ xa lạ. Vì vậy, tổng số điểm của người chơi mạnh “trung bình cộng” không quá số người chơi trung bình và yếu cộng với một nửa số người mạnh. Tương tự, kết quả “trung bình cộng” của một người chơi lạ cũng không kém số người mạnh cộng với một nửa số người lạ. Nhưng số tiền này ít hơn trong trường hợp đầu tiên. Kết quả là tổng số cái trung bình và cái yếu chiếm hơn một nửa tổng số cái mạnh và cái lạ. Và điều này có nghĩa là kẻ mạnh và kẻ lạ chỉ chiếm chưa đến 2/3 toàn bộ danh sách người chơi. Câu nói về số người lạ và số người yếu đuối cũng được chứng minh tương tự. Bài toán 19. Xây dựng một ví dụ (với N ³ 5 tùy ý) khi trong giải đấu có số lạ, không có số trung bình và số kẻ mạnh cũng như số kẻ yếu đều bằng số nguyên nhỏ nhất lớn hơn N/3. Lời giải. Hãy chia những người tham gia giải đấu thành ba nhóm, với hai nhóm đầu tiên gồm [N 3] + 1 người. Để các cầu thủ của nhóm thứ nhất thắng tất cả các trận đấu với các cầu thủ của nhóm thứ hai

CÂU ĐỐ

các nhóm. Tương tự như vậy, nhóm thứ hai đánh bại nhóm thứ ba và nhóm thứ ba đánh bại nhóm thứ nhất. Trong mỗi bảng, tất cả các trận đấu đều kết thúc với tỷ số hòa. Không khó để nhận ra rằng nhóm thứ ba gồm có kẻ lạ, kẻ mạnh thứ nhất và kẻ yếu thứ hai. Bài toán 20. Để tất cả những người tham gia giải đấu vòng tròn ghi được số điểm khác nhau. Xây dựng một ví dụ trong đó có đúng hai ván hòa và có một người chơi lạ. Lời giải. Gọi số người chơi là số lẻ, được đánh số từ 1 đến 2M + 1 và số nhỏ hơn sẽ thắng số lớn hơn với các ngoại lệ sau: người đầu tiên hòa với người thứ M và (M + 2) với người cuối cùng, người chơi có số M + 1 thắng tất cả những người trước và thua tất cả những người sau. Dễ dàng nhận thấy tổng số điểm giảm dần khi số lượng tăng lên và người chơi thứ (M+1) là lạ. Bài toán 21. Giải đấu vòng tròn chỉ có một trận hòa. Hai người tham gia bất kỳ đều ghi được số điểm khác nhau. Chứng minh rằng không có người chơi lạ nào. Lời giải (được tìm thấy bởi những người tham gia hội nghị Giải đấu Thành phố). Giả sử có một người chơi lạ. Vì chỉ có một mình nên anh ấy không chiếm vị trí đầu tiên hay cuối cùng. Do đó, người chơi đầu tiên thua người lạ và do đó ghi được không quá n – 2 điểm, còn người chơi cuối cùng thắng người lạ và do đó ghi được ít nhất một điểm. Mặt khác, vì trong giải đấu chỉ có đúng một trận hòa nên có hai người chơi có điểm nửa số nguyên và n – 2 người chơi có điểm số nguyên. Như vậy, có người chơi đạt 1, 2,…, n – 2 điểm. Hãy nhìn vào người chơi cuối cùng. Vì đã thắng kẻ lạ nên anh ấy ghi đúng 1 điểm, tức là thua những người còn lại. Sau đó, người chơi áp chót (nếu không phải là người lạ) đã thắng người lạ và người cuối cùng và do đó thua những người còn lại. Lặp lại lý do này, chúng ta thấy rằng không một kỳ thủ yếu nào có thể hòa được. Tương tự như vậy, không một kỳ thủ mạnh nào có thể hòa được. Sự mâu thuẫn. (Kết thúc để theo dõi)

BỘ SƯU TẬP CÂU ĐỐ

Hai câu đố xa lạ được làm từ những mảnh quen thuộc

(Để bắt đầu, xem trang 2 của trang bìa)

Vít và đai ốc. Rất có thể câu đố này được phát minh cùng thời điểm với các mảnh ghép tạo nên nó. Nơi sinh của cô ấy vẫn chưa được xác định ngay cả với độ chính xác của lục địa. Các biến thể của nó đã được tìm thấy ở Châu Phi, Châu Âu và Châu Á, bao gồm những chiếc que có vòng gắn vào chúng. Trong số những người Koryaks sống trên Bán đảo Kamchatka, món đồ chơi này được coi là một câu đố quốc gia và đã được biết đến từ thời xa xưa. Bài toán là di chuyển một trong các vòng vào vòng có vòng còn lại. Thiết kế hiển thị trong ảnh yêu cầu kết nối vít và đai ốc. Giống như hầu hết các câu đố hay, bài toán ban đầu dường như không thể giải được. Và nó đã được giải quyết, người ta có thể nói, “trực tiếp”! Bạn cần kiên trì đẩy đai ốc dọc theo sợi dây cho đến khi nó kết nối với vít. Đừng cố đẩy một đai ốc lớn qua một lỗ nhỏ. Thay vào đó, hãy kéo nút dây qua lỗ và trượt dây qua đai ốc chứ không phải làm ngược lại. Bu lông và vòng đệm. Câu đố tuyệt vời này được tạo ra bởi nhà phát minh người Moscow Kirill Grebnev. Để đánh giá cao nó, bạn nên nhớ rằng việc nghĩ ra một câu đố tưởng chừng đơn giản nhưng lại khó ở lời giải sẽ khó hơn nhiều so với một câu đố bao gồm nhiều phần. Không phải mọi nhà phát minh câu đố đều có thể làm được điều này. Dựa trên tổng số ưu điểm của nó, đồ chơi Bolt và Puck có thể được gọi là câu đố hay nhất năm 2006, và không chỉ ở Nga. Nó hóa ra là trò chơi phổ biến nhất tại cuộc họp thường niên vào tháng 10 của câu lạc bộ Hà Lan NKC, nơi quy tụ hơn 400 người yêu thích câu đố từ 38 quốc gia. Bài toán của câu đố là hiển nhiên - bạn cần tháo vòng đệm ra khỏi bu lông. Để thực hiện được điều này, bạn cần tháo dây giữ nó ra khỏi máy giặt. Vòng bao quanh quả bóng có thể được di chuyển theo hai hướng, nhưng chỉ có một hướng dẫn đến mục tiêu. Hãy hy vọng gợi ý này là đủ cho bạn. Tôi chúc bạn thành công! A. Kalinin