אנומליה של המים - נפח

תיאור סיטואציה

כאשר מחממים חומר כמות החומר אינה משתנה, אבל נפחו בדר"כ גדל, וכאשר מקררים חומר בדר"כ נפחו קטן.
לדוגמה:
כאשר נחמם אוויר בתוך כדור פורח, נפח האוויר גדל ומנפח את הכדור.

חימום האוויר בתוך הבלון

במד טמפרטורה (מדחום) כספית, כאשר טמפרטורת הגוף עולה, הכספית מתחממת.
נפחה גדל וכך אנחנו רואים שגובה הכספית
עולה במד טמפרטורה.

יוצאי דופן מבחינה זו הם המים.
במשימה הנוכחית נרצה לבחון את הקשר בין נפח המים והטמפרטורה שלהם.

בעיה

צפיפות החומר – היא כמות החומר ליחידת נפח של החומר.
היחידות בהן נמדדת צפיפות הן:
גרם לסמ“ק או ק“ג למ"ק וכו'.

הגרף שלפניכם מתאר את השתנות הצפיפות של 1 ק"ג מים וקרח כתלות בטמפרטורה
בתחום \({-4^{\circ}C\le t \le 20^{\circ}C}\)

התבוננו בגרפים הבאים וענו על השאלות הבאות:

הערה: שימו לב לסימון \(\approx\) המציין "קפיצה" בערכי הצפיפות,
בין 917.4 לבין 998.4, שפירושה שקנה המידה אינו אחיד.

(ניתן ללחוץ על כל תמונה ולהגדיל אותה)

א1. איזה גרף מבין הגרפים הבאים מתאר בקירוב את השתנות נפח 1 ק"ג מים, כתלות בטמפרטורה, בתחום בין
\(0^{\circ}C\) ל- \(14^{\circ}C\)?
נמקו תשובתכם (היעזרו בגרף צפיפות המים ובנוסחת הצפיפות).
א2. לכל אחד מהגרפים שלא נבחר בסעיף א1, נמקו מדוע אינו מתאים לתיאור השתנות נפח המים כתלות בטמפרטורה.
כאשר מחממים חומר כמות החומר אינה משתנה, אבל נפחו משתנה. כמעט בכל החומרים הנפח גדל, וכאשר מקררים חומר בדר"כ נפחו קטן.
יוצאי דופן מבחינה זו הם המים.
הסבירו מדוע המים יוצאי דופן.
בתמונה משמאלכם, רואים מים שקפאו בתוך מזרק .
ניתן להבחין בתמונה בטיפת קרח שגלשה מהמזרק.
הסבירו תופעה זו.
אילו תופעות נוספות אתם מכירים הקשורות לאנומליה של המים ולנִפְחָם?