द्रव जल किस तापमान पर अधिकतम घनत्व दर्शाता है ?

सही — B, 277 K. जल अपने अधिकतम घनत्व पर लगभग 4 °C पर पहुँचता है । केल्विन पैमाने में बदलने पर 4 °C = 4 + 273 = 277 K । 4 °C से नीचे जल सिकुड़ने के बजाय फिर से फैलने लगता है (जल का असंगत प्रसार), इसलिए 0 °C पर बर्फ़ द्रव जल से कम घनी होती है — और इसी कारण बर्फ़ तैरती है तथा झीलें सतह से नीचे की ओर जमती हैं ।

अन्य विकल्प क्यों गलत हैं

• (a)
  299 K — 299 K ≈ 26 °C — 4 °C से बहुत ऊपर; इस गर्म तापमान पर जल पहले ही फैल चुका होता है और 4 °C की तुलना में कम घना रहता है ।
• (c)
  285 K — 285 K ≈ 12 °C — घनत्व-शिखर से ऊपर; जल 12 °C की अपेक्षा 4 °C पर अधिक घना होता है ।
• (d)
  373 K — 373 K = 100 °C, जो 1 atm पर जल का क्वथनांक है, घनत्व-शिखर नहीं — वहाँ वाष्प के रूप में जल सबसे कम घना होता है । यही उत्कृष्ट जाल है ।

अधिकांश द्रव ठंडे होने पर लगातार सिकुड़ते जाते हैं । जल असंगत है: 100 °C से 4 °C तक यह सिकुड़ता और अधिक घना होता जाता है, किंतु 4 °C और 0 °C के बीच फैलता है । इसलिए वह लगभग 4 °C (≈ 277 K) पर सर्वाधिक घना होता है, और ठोस बर्फ़ द्रव जल से कम घनी होती है, इसीलिए बर्फ़ तैरती है ।

मुख्य तथ्य

• जल का अधिकतम घनत्व (~1000 kg/m³) लगभग 4 °C = 277 K पर होता है ।
• 4 °C से नीचे जल फैलता है (असंगत प्रसार); बर्फ़ जल से कम घनी होती है और तैरती है ।
• 0 °C = 273 K (हिमांक); 100 °C = 373 K (1 atm पर क्वथनांक) ।
• यही असंगति शीतकाल में मछलियों और जलीय जीवन को बर्फ़ की सतही परत के नीचे जीवित रहने देती है ।

सामान्य भ्रम

• 373 K चुन लेना — वह क्वथनांक है, घनत्व-शिखर नहीं ।
• 4 °C को केल्विन में बदलते समय 273 जोड़ना भूल जाना ।

इस प्रश्न से सीधे संबंधित कोई पूर्व PYQ उपलब्ध नहीं।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  बर्फ़ जल पर तैरती है, क्योंकि :

  • (a)बर्फ़ जल से अधिक गर्म होती है
  • (b)बर्फ़ जल से कम घनी होती है
  • (c)जल बर्फ़ से कम घना होता है
  • (d)जल के पृष्ठ तनाव के कारण
  उत्तर(b) बर्फ़ जल से कम घनी होती है — जमने पर जल फैलता है, इसलिए बर्फ़ तैरती है ।
• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  वह तापमान, जिस पर द्रव जल का घनत्व अधिकतम होता है, लगभग है :

  • (a)0 °C
  • (b)4 °C
  • (c)10 °C
  • (d)100 °C
  उत्तर(b) 4 °C — जल लगभग 4 °C (≈ 277 K) पर सर्वाधिक घना होता है ।