Если известны начальный объем сосуда, площадь сечения канала в шейке колбы и изменение температуры, то можно определить, какая доля начального объема жидкости в колбе перешла при нагревании на 1 К в шейку колбы. Однако коэффициент расширения жидкости больше этой величины, так как одновременно нагрелась и расширилась сама колба. Чтобы найти коэффициент расширения жидкости, нужно к этой величине добавить коэффициент объемного расширения стекла. Впрочем, коэффициент объемного расширения стекла обычно значительно меньше коэффициента объемного расширения жидкости, и при грубых измерениях им можно пренебречь. В табл. 4 приведены коэффициенты объемного расширения некоторых жидкостей при 20 °С.
Таблица 4. Коэффициент объемного расширения некоторых жидкостей
Рис. 364. Прибор для измерения коэффициента объемного расширения жидкости
?200.1. Пикнометр наполнен спиртом при 0°С и взвешен. Затем он погружен в сосуд с теплой водой. При помощи фильтровальной бумаги отобрано столько спирта, чтобы его уровень находился на прежней метке, после чего пикнометр снова взвешен. Каков коэффициент объемного расширения спирта при таких данных: пикнометр пустой весит 321 Н, со спиртом при 0°С весит 731 Н, со спиртом при 29°С весит 718 Н? Расширением стекла пренебречь.
390
§ 201. Особенности расширения воды. Самое распространенное на поверхности Земли вещество — вода — имеет особенность, отличающую ее от большинства других жидкостей. Она расширяется при нагревании только свыше 4 °С. От 0 до 4 °С объем воды, наоборот, при нагревании уменьшается. Таким образом, наибольшую плотность вода имеет при 4 °С. Эти данные относятся к пресной (химически чистой) воде. У морской воды наибольшая плотность наблюдается примерно при 3 °С. Увеличение давления тоже понижает температуру наибольшей плотности воды.
Особенности расширения воды имеют громадное значение для климата Земли. Большая часть (79%) поверхности Земли покрыта водой. Солнечные лучи, падая на поверхность воды, частично отражаются от нее, частично проникают внутрь воды и нагревают ее. Если температура воды низка, то нагревшиеся слои (например, при 2 °С) более плотны, чем холодные (например, при 1 °С), и потому опускаются вниз. Их место занимают холодные слои, в свою очередь нагревающиеся. Таким образом, происходит непрерывная смена слоев воды, что способствует равномерному прогреванию всей толщи воды, пока не будет достигнута температура, соответствующая максимальной плотности. При дальнейшем нагревании верхние слои становятся все менее плотными, а потому и остаются вверху.
Вследствие этого большие толщи воды сравнительно легко прогреваются солнечными лучами лишь до температуры наибольшей плотности воды; дальнейшее прогревание нижних слоев идет крайне медленно. Наоборот, охлаждение воды до температуры наибольшей плотности идет сравнительно быстро, а. затем процесс охлаждения замедляется. Все это ведет к тому, что глубокие водоемы на поверхности Земли имеют, начиная с некоторой глубины,, температуру, близкую к температуре наибольшей плотности воды (2—3 °С). Верхние слои морей в теплых странах могут иметь температуру, значительно более высокую (30 °С и более). далее