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Espansione e contrazione termica dei fluidi

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In questo video viene mostrato il comportamento di un fluido (aria o acqua) quando viene messo in condizione di scambiare energia con l'ambiente che lo circonda. I fenomeni descritti sono quelli dell'espansione termica e della contrazione termica.

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Tutte le sostanze aumentano il proprio volume all’aumentare della temperatura (dilatazione termica) e diminuiscono il proprio volume al diminuire della temperatura.

Tale comportamento risulta anomalo (e quindi fa eccezione ) nel caso dell’acqua e di tutti i liquidi contenenti acqua.
Se poniamo nel frigorifero una bottiglia contenente acqua a temperatura ambiente, dopo un certo periodo di tempo il volume dell’acqua diminuirà a causa della diminuzione di temperatura (all’interno del frigorifero si hanno circa 4 °C).
Se togliamo la bottiglia dal frigo e la poniamo nel congelatore (all’interno del quale la temperatura è al di sotto dello zero), il volume dell’acqua al posto di continuare a diminuire inizierà nuovamente ad aumentare in quanto le molecole di acqua si dispongono per formare la struttura cristallina che si ha quando l’acqua diventa ghiaccio.

9 °C

8 °C

7 °C

6 °C

5 °C4 °C PUNTO CRITICO3 °C

2 °C

1 °C

0 °C

E’ questo il motivo per il quale le bottiglie d’acqua “scoppiano” quando vengono poste chiuse e colme fino all’orlo all’interno di un congelatore e non perché (come si crede comunemente) il vetro non resiste al freddo.
L’acqua che diventa ghiaccio, aumentando il proprio volume, risulta meno densa e quindi galleggia sull’acqua allo stato liquido: per tale motivo i cubetti di ghiaccio galleggiano sulle bevande che vuoi raffreddare.
Il congelamento di un bacino inizia dalla superficie e poi per strati sempre più profondi; il ghiaccio forma uno stato isolante sopra le acque dei fiumi e dei laghi nei quali la vita può continuare anche in pieno inverno e quindi le conseguenze biologiche di tale fenomeno sono fondamentali per l’esistenza degli ecosistemi polari.