Translate

Плътност на водата | dLambow


Плътност на водата (H₂O)

Едно от физическите свойства на водата е плътност и тя е 998,23 kg/m³.


Какво е плътност?

Плътност е скаларна физическа величина, дефинирана като отношение на масата на тялото към заемания от него обем, или като производна на масата спрямо обема.

Формула за плътност

 ρ  = M / V

Където

  • ρ (ро) е плътността - кг/м³
  • M е масата на тялото в кг
  • V е заеманият от тялото обем в м³
Плътност на водата
Плътност на водата

Плътност на водата

За разлика от почти всички други вещества, чиято плътност се увеличава през цялото време, докато се охлаждат, водата има най-висока плътност При – + 4oC - 1 g/cm3

  • - Плътност на водата - (При – 4 °C) - 1000 кг/м³
  • - Плътност на водната пара - (При – 100 °C) - 0,598 кг/м³


Значение на плътността на водата

Плътността на водата не е константа, нейната стойност зависи, При – условие на постоянно налягане, от два фактора:

  • - температура и
  • - соленост (количеството на разтворените в нея соли).

Така например, плътността на чистата прясна вода При – температура 20 ° C и налягане от 1 атм е 998,23 kg / m3, а плътността на морската вода на повърхността на океана е приблизително 1027 kg / m3.

Плътността на водата като функция от температурата

По-долу е показана промяната в плътността на чистата вода в зависимост от температурата:
Плътността на водата като функция от температурата
По-долу е показана промяната в плътността на чистата вода в зависимост от температурата:

  • - При – 30 °C — 0,9839 g/cm³;
  • - При – 20 °C — 0,9935 g/cm³;
  • - При – 10 °C — 0,9982 g/cm³;
  • - При – 0 °C — 0,99987 g/cm³;
  • - При – 1 °C — 0,99993 g/cm³;
  • - При – 2 °C — 0,99997 g/cm³;
  • - При – 3 °C — 0,99999 g/cm³;
  • - При – 4 °C — 1.00000 g/cm³;
  • - При – 5 °C — 0,99999 g/cm³;
  • - При – 6 °C — 0,99997 g/cm³;
  • - При – 7 °C — 0,99993 g/cm³;
  • - При – 8 °C — 0,99988 g/cm³;
  • - При – 9 °C — 0,99981 g/cm³;
  • - При – 10 °C — 0,99973 g/cm³;
  • - При – 15 °C — 0,99913 g/cm³;
  • - При – 20 °C — 0,99823 g/cm³;
  • - При – 25 °C — 0,99707 g/cm³;
  • - При – 30 °C — 0,99562 g/cm³;
  • - При – 40 °C — 0,99224 g/cm³;
  • - При – 50 °C — 0,98807 g/cm³;
  • - При – 60 °C — 0,98324 g/cm³;
  • - При – 70 °C — 0,97781 g/cm³;
  • - При – 80 °C — 0,97183 g/cm³;
  • - При – 90 °C — 0,96534 g/cm³;
  • - При – 100 °C — 0,95838 g/cm³.




Аномална плътност на водата

Както виждаме, плътността на водата в течно състояние, отначало, когато температурата се повиши до 4 градуса по Целзий, се увеличава и след това намалява от 4 °C и нагоре. Тоест при 4 ° C плътността достига максималната си стойност. Следните факти и явления са свързани с аномалията на плътността на водата:

  • - При замръзване водата се разширява;
  • - Плътността на водата в твърдо състояние - ледът е по-ниска от PV в течно състояние;
  • - Водата има нисък коефициент на разширяване и свиване.

Отлична илюстрация на аномалията с плътността на водата е например ледът. Той не потъва, защото плътността му е по-малка от тази на водата.

Значение за планетата

Свойството на водата, поради което максималната й плътност се достига при +4 °C, е от голямо значение за цялата ни планета. Например, поради това особено свойство, езерата и другите водни басейни замръзват отгоре, което позволява на всички форми на живот в тях да оцелеят по време на тежки студове, под леда. 

Уникалните свойства на плътността на водата още веднъж потвърждават, че в природата всичко е в хармонична връзка, която не може да бъде нарушавана по никакъв начин, без да плащаме последици за това.

----------------

Кипене | dLambow


Кипене на водата


Какво е кипене?


Определение за кипене

Кипенето е вид парообразуване в целия обем на водата, което се възниква само при определена температура, наречена точка на кипене, в зависимост от налягането на наситените пари.

Същност на кипенето

Кипенето е процес на интензивно парообразуване, което протича в течност както на свободната й повърхност (изпарение), така и вътре в нейната структура (кипене). В този случай в обема на течността се появяват граници на разделяне на фазите, тоест по стените на съда се образуват мехурчета, които съдържат въздух и наситена пара. Кипенето, подобно на изпаряването, е един от методите за парообразуване.

Какво е кипене водата?
Кипене на водата

Кипенето е фазов преход от първи ред.

Кипенето е много по-интензивно от изпарението от повърхносттана водата, поради наличието на огнища на изпаряване, както поради по-високата температура, достигана по време на процеса на кипене, така и поради наличието на примеси. Образуването на мехурчета може да бъде повлияно от:
  • - налягането,
  • - звуковите вълни,
  • - йонизацията
и други фактори при образуването на центрове на изпаряване. По-специално, балонната камера работи на принципа на кипене на течни микрообеми от йонизация по време на преминаването на заредени частици.



Температура на кипене

За разлика от изпаряването, кипенето може да настъпи само при определена температура и налягане. Температурата, при която водата кипи при постоянно налягане, се нарича температура на кипене или точка на кипене. Като правило, точката на кипене при нормално атмосферно налягане е дадена като една от основните характеристики на химически чистите вещества.

Точка на кипене

Точката на кипене съответства на температурата на наситената пара над повърхността на кипящата вода, тъй като самата течност винаги е малко прегрята спрямо точката на кипене.  Температурата на кипене се означава с kt. Всяко вещество има своя точка на кипене. Например, за водата това е 100 градуса. Докато става кипенето, температурата на веществото не се променя и остава постоянна.

Пределна температура на кипене

Пределните температури на кипене представляват температурата на тройната точка и температурата на критичната точка на съответното вещество. Така точката на кипене на водата ще се промени на Земята в зависимост от надморската височина: от 100 ° C на морското равнище до 69 ° C на върха на Еверест.

Какво трябва да се направи, за да изкипи водата?

Водата трябва да се загрее до точката на кипене, като й се внесе количеството топлина, равно на нейната специфична топлоемкост. След това е необходимо да се събепе необходимото количество топлина, равно на специфичната топлина на парообразуване. Самото кипене ще става при постоянна температура, равна на температурата на кипене.

Процесите на кипене се използват широко в различни области на човешката дейност. Например, кипенето е един от често срещаните начини за физическа дезинфекция на питейната вода. Врящата вода е процесът на нагряване до точката на кипене, за да се получи вряща вода.

----------------

Сублимация и десублимация | dLambow


Сублимация и десублимация между лед и вода


Какво е сублимация на лед във вода?

Сублимация (от латински: sublimo  - повдигам“, възнасям) е прехода на водата от твърдото си агрегатно състояние (лед, сняг) директно в газообразно състояние (пара), пропускайки етапа на топене (прехода в течно състояние) и изпаряване. Тъй като специфичният обем на водата се променя по време на сублимацията и енергията (топлина на сублимация) се абсорбира, сублимацията е фазов преход от първи ред.

Сублимация и десублимация между лед и вода
Сублимация и десублимация




Какво е десублимация на вода в лед?

Обратният процес сублимация е десублимация – кондензация на водата от парно състояние, прескачайки течното състояние, директно в твърдо състояние (лед, сняг). Подобно на сублимацията, десублимацията е фазов преход от първи ред. Десублимацията може да се извърши върху студена повърхност или чрез смесване на пари на водата с по-студен газ, с разширяване на някои сгъстени газове (както е образуването на твърд въглероден диоксид по време на работа на пожарогасители с газообразен въглероден диоксид).

Примери за десублимация

Примери за десублимация са такива атмосферни явления като десублимация на атмосферна влага с образуване на скреж по повърхността на земята и скреж по клоните на дърветата и проводниците, мразовитите шарки върху стъклата на прозорците. Образуването и промяната на ядрата на комети също имат сублимационно-десублимационен характер.

Сублимация и десублимация

И двата процеса - както сублимацията, така и десублимацията - протичат при температури и налягания под тези, които съответстват на тройната точка на разглежданото вещество (в случая на водата).

Използване на процесите сублимация и десублимация

В промишлеността сублимацията и десублимацията се използват за отделяне на вещества от газови потоци (например фталов анхидрид, уранов хексафлуорид), пречистване на вещества, сушене чрез замразяване (например, хранителни продукти), термична защита на самолети при свръхзвукови скорости на полет, прилагане на защитни и функционални покрития в производствените уреди и др.

Сублимационно сушене

Сублимационно сушене (лиофилизация; лиофилино сушене - от англ.: liophilization или lyophilization) е процесът на отстраняване на разтворителя от замразени разтвори, гелове, суспензии и биологични обекти, базиран на сублимацията на втвърдения разтворител (лед) без образуването на макроколичества течна фаза.

Сублимация на лед

Ледът се поддава добре на сублимация, което определя широкото използване в промишлеността на този процес, като един от методите за сушене.

----------------

Изпарение | dLambow


Изпарение на водата - механизъм и същност


Какво е изпарение?


Определение за изпарение

Фазовият преход на водата (течност) в пара (газ) е изпарение. Така, изпаряването е процесът на фазов преход на водата от течно състояние в парно или газообразно състояние, протичащ на свободната повърхност на веществото. По време на изпарение, частиците (молекули, атоми) излитат (откъсват се) от повърхността на водата, като кинетичната им енергия трябва да бъде достатъчна, за да извърши работата, необходима за преодоляване на силите на привличане от други молекули на водата. 

Определение за изпарение
Какво е изпарение?

Механизъм на изпарение

Изпаряването е процес, когато бързи молекули излитат от повърхността на водата. Наистина, молекулите на водата се движат непрекъснато (осцилират около равновесните си позиции, скачат от място на място и от време на време), но силите на привличане не им позволяват да се разпръснат.

Въпреки това, във водата винаги има молекули, чиято кинетична енергия е няколко пъти по-висока от средната й стойност. Когато тези "бързи" молекули са на повърхността на течността, тяхната енергия е достатъчна, за да преодолее привличането на съседните молекули и да напусне водата, като настъпва процеса на изпарение.


Скоростта на изпарение зависи от:

  • - температурата;
  • - площта;
  • - вида водата;
  • - вятъра.



Температура на изпарение на водата

Изпаряването става при всяка температура. Колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-„бързи“ са молекулите в нея, следователно с повишаване на температурата, скоростта на изпаряване се увеличава. Тъй като молекулите напускат течността, чиято кинетична енергия е по-висока от средната, средната кинетична енергия на останалите молекули намалява, тоест при липса на пренос на топлина, процесът на изпаряване кара течността да се охлади.

Изпарително охлаждане

Изпарението е придружено от поглъщане на енергия, която се изразходва за извършване на работа срещу силите на междумолекулното привличане и външното налягане. Колкото по-ниско е налягането върху свободната повърхност на течността, толкова по-бързо се изпарява течността. По време на процеса на изпарение енергията, извлечена от изпарената течност, понижава температурата на водата, което води до изпарително охлаждане.

Топлина на изпарение

Изпарение се извършва при наличието на всякаква топлина, но колкото тя е по-голяма, толкова изпарението се извършва с по-голяма скорост. За всяка течност, в зависимост от нейната природа, съществува една точно определена температура, при която водата кипи при нормално атмосферно налягане.

Специфична топлина на изпарение

Количеството топлина, необходимо за изпарението на единица маса от водата при температурата на кипене, се нарича специфична топлина на изпарение (парообразуване).

От какво зависи изпарението?

Изпарението зависи основно от три фактора:

  • - Вид на течността - различните течности имат различна способност да се изпаряват.
  • - Количеството на внасяната в течността топлина, съотнесена към специфичната топлина на изпарение.
  • - Налягането на околната среда - колкото е по-високо налягането, толкова е по-бавен процеса на изпарение.


Изпарение от хидросферата в атмосферата

Всяка минута по милион тона вода от хидросферата (океани, морета, езера, реки) е подложена на изпарение от слънчевото нагряване върху цялата планета. В резултат на това изпарение, в атмосферата постоянно постъпва колосално количество топлина, еквивалентна на това, което биха изработвали 40 хиляди електроцентрали с мощност един милиард киловата, всяка! Ето кой  е "мотора", който "върти" кръговрата на водата върху земята.

----------------

Кондензация | dLambow


Кондензация на водните пари


Какво е кондензация?

При кондензация на пара (лат. condense - натрупвам, уплътнявам, сгъстявам) имаме процес на преминаване в течно състояние (вода) от състоянието на парообразуване (пара). Това е обратният процес на парообразуването. А ако прехода е директно от пара в твърдо състояние, това е десублимация. Максималната температура, под която настъпва кондензация, се нарича критична температура. Парата, от която може да възникне конденз, е или наситена, или ненаситена.

Същност на кондензацията

Кондензацията винаги е придружена от освобождаване на енергия, тоест топлината трябва да бъде отстранена от веществото. В този случай вътрешната енергия на водата намалява. Това се случва само при определена температура, съвпадаща с точката на кипене. Докато трае кондензацията, температурата на водата не се променя.

Какво е кондензация!
Кондензация на водните пари

Видове кондензация

Кондензация може да се появи в обема на пространството (мъгла, дъжд) или върху охладената повърхност. В топлообменниците се получава конденз върху охладената повърхност. При такава кондензация, температурата на повърхността на стената  трябва да бъде по-малка от температурата на насищане на парата. От своя страна кондензацията върху охладена повърхност може да бъде два вида:

Филмова кондензация

Филмовата кондензация възниква, когато течност овлажнява повърхността (течност - омокряща, повърхност - омокряема), при което кондензът образува непрекъснат филм.

Капкова кондензация

Капковата кондензация възниква когато кондензът е неомокряща течност и се събира на повърхността на капчици, които бързо се оттичат, оставяйки почти цялата повърхност чиста.



Приложение на кондензацията


Какво трябва да се направи, за да кондензира водата?

Първо, трябва да се охлади до температурата на кипене, като се отнема количество топлина, равно на относителната топлоемкост на водата. След това е необходимо да се отнеме количеството топлина, равно на относителната топлина на парообразуване на водата. Кондензацията настъпва при постоянна температура, равна на точката на кипене.

Кондензация в топлообменници

Кондензацията намира приложение в много топлообменници, в инсталации за обезсоляване и в технологични дестилационни апарати. Най-важното й приложение е в топлоелектрическите централи в кондензаторите на парните турбини. При тях се получава конденз по тръби с водно охлаждане.

За да се повиши ефективността на термодинамичния цикъл на топлоелектрическата централа, е важно да се намали температурата на кондензация (поради намаляване на налягането) и обикновено тя е близка до температурата на охлаждащата вода (до 25–30° С).

Интензификация на топлообмена в кондензаторите

Основният начин за интензификация на кондензацията е да се намали дебелината на филма, чрез отстраняването му от топлообменната повърхност. За тази цел:

  • - на вертикалните тръби се монтират капачки за кондензат или усукани ребра. Например, капачките, монтирани на стъпки от 10 см, увеличават топлопреминаването с 2-3 пъти,
  • - на хоризонтални тръби се поставят ниски ребра, по които бързо тече кондензат. Подаването на пара е ефективно при тънки струи, които разрушават филма (преносът на топлина се увеличава 3-10 пъти).


Кондензация по стъклата на прозорците

Кондензът по стъклата на прозорците се получава през студения сезон. Той се получава, когато температурата на повърхността падне под температурата на точката на оросяване. Температурата на точката на оросяване зависи от температурата и влажността на въздуха в помещението.

Причината за образуването на кондензат върху прозорците 

може да бъде както

  • - прекомерно повишаване на влажността вътре в помещението, причинено от нарушение на вентилацията, така и
  • - ниски топлоизолационни свойства на:
    • = стъклото,
    • = прозоречната рамка,
    • = кутия за прозорци,
    • = неправилна монтажна дълбочина на прозореца,
    • = неправилна монтажна дълбочина спрямо изолационния слой на стената,

при пълно отсъствие или при некачествена изолация на пространството около прозореца.


Заключение

Кондензация на водна пара е преходът на водата от газообразно в течно състояние (понякога понятието кондензация включва и прехода от газообразно в твърдо състояние, но по-скоро това е десублимация). Кондензацията изисква въздухът да бъде наситен (или дори пренаситен) с водна пара. По правило това състояние възниква:

  • - с намаляване на температурата на въздуха, а в някои случаи
  • - с увеличаване на съдържанието на влага.

В атмосферата, въздушното охлаждане с последваща кондензация обикновено се получава при адиабатно издигане, когато въздухът преминава над студена подстилаща повърхност и т.н. Тъй като максималното количеството водна пара, което може да се съдържа във въздуха, е пропорционално на неговата температура, тогава по време на охлаждане настъпва момент, в който се достига насищане (т.е. относителната влажност на въздуха е 100%).

----------------

Популярни публикации

Последователи - Абонати: