Номер 7, страница 20 - гдз по физике 7 класс тесты Шабусов, Батурчик

7. При нагревании почти все тела расширяются. Однако есть исключения. Например, при нагревании от 0 °C до 4 °C уменьшается объем...

а) воды;

б) воздуха;

в) гелия;

г) ртути;

д) сахара.

Решение

Почти все вещества при нагревании расширяются. Это явление, называемое тепловым расширением, объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается кинетическая энергия частиц (атомов или молекул), из которых состоит тело. В результате увеличивается амплитуда их колебаний и, как следствие, среднее расстояние между ними, что приводит к увеличению общего объёма тела.

Однако вода представляет собой известное исключение из этого правила в узком температурном диапазоне. При нагревании от 0 °C до 4 °C объём воды не увеличивается, а, наоборот, уменьшается. Это аномальное свойство связано с особенностями строения молекул воды ($H_2O$) и наличием между ними водородных связей.

В твёрдом состоянии (лёд) молекулы воды образуют упорядоченную кристаллическую структуру, которая является довольно "рыхлой" из-за направленности водородных связей. При таянии льда при 0 °C эта структура разрушается, но в жидкой воде остаются так называемые кластеры — группы молекул, всё ещё связанные водородными связями. При дальнейшем нагревании от 0 °C до 4 °C эти кластеры продолжают разрушаться, и молекулы воды получают возможность "упаковаться" плотнее. Этот эффект уменьшения объёма за счёт разрушения кластеров оказывается сильнее, чем эффект теплового расширения. В результате суммарный объём воды уменьшается, а её плотность растёт, достигая своего максимального значения при температуре около 4 °C. Выше 4 °C тепловое расширение начинает преобладать, и вода расширяется при нагревании, как и большинство других жидкостей.

Рассмотрим остальные варианты:

б) воздуха и в) гелия — это газы. Объём любого газа при постоянном давлении прямо пропорционален его абсолютной температуре (закон Гей-Люссака). Следовательно, при нагревании они всегда расширяются.

г) ртути — это жидкий металл, который равномерно и предсказуемо расширяется при нагревании. Это свойство используется, например, в ртутных термометрах.

д) сахара — это твёрдое кристаллическое вещество, которое, как и большинство твёрдых тел, увеличивается в объёме при нагревании.

Таким образом, единственным веществом из предложенного списка, объём которого уменьшается при нагревании от 0 °C до 4 °C, является вода.

Ответ: а) воды;