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

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.

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

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. 

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.

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%).

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

Аномалните свойства на водата

 

Използване аномалните свойства на водата

Водата има редица аномални свойства, които могат да намерят приложение и използване, понякога - доста широко, за различни случаи в практиката. Такива са аномално високите стойности на относителна топлина на парообразуване и относителна топлина на топене на леда. Те могат да се използват в производствената дейност на човека.

Познаването на природните особености на тези физически характеристики 

понякога предоставя смели технически решения в практиката. Така например, вода широко се използва в производството като удобен и достъпен охладител в най-различни и разнообразни технологични процеси, като се започне от обикновеното обливане и изпаряване и се стигне до специфични охладителни устройства..

Повторно използване.

След използването си, водата може да се върне в природен водоем и да се замени със свежа порция, а може и отново да се насочи към производството, като предварително се охлади в специални устройства, каквито са серпентините на радиатора. Разбира се, за специфичните нужди на всеки охладителен процес, могат да се разработват специфични флуидни системи, с предварително зададени технически свойства и характеристики - например, антифриза за през зимата.

По този начин се постига затворен цикъл на работа 

и става възможно автомобила да охлажда двигателя си в движение, без постоянно да загребва от природата пресни количества хладна вода и да се облива с тях. Всъщност, охладителните системи, основани на аномалните свойства на водата за топлопоглъщане, са едни от най-често използваните технически устройства, като ги има даже и в компютрите, които ежедневно носим и използваме, без да подозираме за това. 
-------------------------------------------------

Бутилирана вода - може да бъде по-лоша за пиене от чешмяна вода (Butilirana voda cheshmyana voda).

Полезна ли е бутилираната вода?

Канадски учени развенчаха мита за полезните свойства и „чистотата“ на бутилираната вода, като установиха, че тя може да е по-лоша и даже по-опасна за пиене от чешмяна вода.

За провеждане на своите изследвания, експертите взели за анализ проби от бутилирани води на няколко популярни фирми на пазара. Оказало се, че вредните вещества в бутилираната вода са доста повече от тези в обикновената чешмяна вода.

Например, оказало се, че хетеротрофните бактерии в някои от бутилките били 10 пъти повече. А такава вода може да нанесе вреда на децата, бременните жени, възрастните хора и хората с нарушен имунитет.

Употребата на вода от пластмасови бутилки 

може да стане причина за хормонален срив. Това се отнася особено много за половите хормони. В пластмасовите бутилки се съдържа бисфенол А, който е причина за ранното полово съзряване.

При въздействието на това вещество, при мъжете се развиват 4 пъти по-често проблеми с ерекцията и 7 пъти се увеличава риска от развитието на нарушения в еякулацията.

Високото ниво на употреба на бисфенол А от бутилирана вода води също да вродени дефекти, до проблеми с ръста и до повишен риск от заболявания на сърцето и диабет. Тези съобщения са на Daily Mail.

Разбира се, обикновената чешмяна вода също има значителни проблеми, особено с ръждата и десетилетните отлагания по вътрешната страна на тръбите, с които се доставя. Това става очебийно при спиране на водата за ремонт. След пускането й, всеки знае каква мътилка изтича оттам.

Разбира се, избора да се употребява бутилирана вода или чешмяна вода, е личен, но все пак можем да се предпазим малко повече с помощта на обикновен филтър от марля и памук, привързан към чучура на чешмата, от която си наливаме вода за пиене и готвене. Но трябва да го сменяме на 3 - 4 дни, защото много се замърсява.
-------------------------------------------------

Наличната вода е главен строител на нашата планета (Voda - glaven stroitel na planetata).

Водата - строител.

Съществуват редица научни предположения за ролята на наличната вода, като строител на нашата планета. Например, течението на водата забавя въртенето на Земята със секунда на всеки хиляда години. Ако е така, изглежда съвсем вероятно пре милиард години продължителността на земния ден да е била не 24, а само 4 часа.

Най-вероятно, тогава нашата планета се е състояла преобладаващо от сгъстени горещи газове, но с течение на времето, те изстивали и атомите на водорода и кислорода се свързвали помежду си, образувайки мъглива консистенция.

 

Тази първоначална мъгла започнала след време да кондензира (да се втечнява), устремявайки се към центъра на планетата под формата на безкрайни дъждове. Постепенно те започнали да се утаяват и по този начин успели да сформират и построят някакво подобие на първична, относително твърда кора на повърхността на първичния океан.

Водата контролира климата на нашата планета, осигурява храна за хората и огромни количества енергия. Освен това, 4/5 от теглото на живите същества и на растенията по земята представляват вода, която осигурява или изпълнява най-разнообразни техни вътрешни функции.

По този начин, именно водата била и си остава главен строител на земната повърхност, а и на самия живот върху планетата, като остава напълно невъзможно да се опишат всички нейни функции и значение за всеки аспект в нашето съвременно ежедневие.
-------------------------------------------------

Образуване на мъгла, като форма на водата (Magla, kato forma na vodata).

Образуването на мъгла, 

като форма на водата, става под формата на пелена от най-дребни водни капчици. Понякога мъглата е толкова гъста, че е трудно и даже невъзможно да се види през нея каквото и да е, сякаш облак се е спуснал върху земята.

Зараждането на мъгла 

се получава при охлаждане на въздуха, когато водните пари, използвайки за зародиши частиците прах, се превръщат в дребни капчици вода.

Например, над моретата се замъглява, когато въздуха е по-топъл от морската повърхност.

-------------------------------------------------
Photosource: google.images

На колко години е водата?

Възраст на водата.

Учените считат, че водата на нашата планета е на 800 000 млн години, като възникналата по едно време вода се използва отново и отново благодарение на непрекъснатия цикъл, който се нарича кръговрат на водата в природата.

 

Слънчевата топлина превръща водата от моретата и океаните във водна пара, която вятъра разнася по цялата Земя. Парата постепенно изстива и пада отново на Земята под формата на дъжд или сняг.

Ручеите, потоците и реките отнасят водата отново в моретата и океаните и цикъла са повтаря. По този начин водното количество остава постоянно. Дъждовните потоци отмиват почвата и способстват за ероцията й.

Но дъжда е естествено явление, поради което е полезно, понеже без него нямаше да има растителност, която спира ерозията. За съжаление, понякога дъждовете са прекалено обилни и по този начин предизвикват наводнения.

Веднъж, на Генуа, през 25 октовмри 1822 г., за един ден падат 810 мм валежи. Но пък има засушливи райони, които с нетърпение очакват периодичните мусони. Засега няма данни вода да се създава наново или да изчезва, затова може да се приеме, че създадената в началото вода се е запазила до наши дни, циркулирайки с трите си агрегатни състояниея.

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

Защо огън се гаси с вода (Zasto ogan se gasi s voda)?

Макар факта да е очевиден, не всеки си дава сметка точно защо огън се гаси с вода и отговора на този въпрос не винаги е правилен. Затова нека да се постараем да обясним как точно става тази работа.

Преди всичко, докосвайки се към горещ предмет, водата се превръща в пара, отнемайки при това много топлина от горещотото тяло. За да се превърне горещата вода в пара, е нужна 5 пъти повече топлина, отколкото отива за нагряването на хладна вода до 100 градуса.

 

Освен това, парата, образувано по този начи, заема обем, който е със стотици пъти по-голям от обема на хладната вода и обгръщайки горящото тяло тя измества въздуха, а без въздух горенето е невъзможно.

 

За да се увеличи огнегасителната сила на парата, понякога към нея смесват и прах. Това може да изглежда странно, но е съвсем оправдано. Прахът бързо изгаря, отделяйки голямо количество негорящи газове, които обгръщайки горящите предмети, отново затрудняват достъпа на свеж въздух и затрудняват горенето.

Ето, това е обяснението за очевидната истина, че огън се гаси с вода и когато я знаем, ще ни бъде по-лесно и по-ясно как да гасим пожар, ако попаднем в такава ситуация.
-------------------------------------------------

0033: Охлаждане с вряла вода или обратно (Ohlajdane s vryala voda ili obratno).

Да се охлажда нещо с вряла вода изглежда абсурдно, но точно това се прави в някои охладителни процеси в индустрията и особено в металургията. Като в този случай охлаждането става за сметка на парообразуване и така ефективността на процеса се увеличава няколкократно.

При този начин на охлаждане, освен това, се спестява изграждането и поддържането на сложна и скъпа серпентинна система. Разбира се, гореща вода може да се използва само в случаите, когато температурата е по-голяма от 100 градуса.

Съвсем друг е случая, и даже обратен, в една друга област на човешка дейност, каквато е селското стопанство. Това се прави в случаите на пролет, когато възниква опастност от измръзване на разцъфнали плодови дръвчета, което води до увреждане на продукцията и носи загуби на стопаните.

Опитните градинари намират съвсем неочакван изход - оросяват с изкуствен дъжд градината. Пелената от дребни водни капчици обгръща замръзващите дръвчета. Водните капчици покриват листенцата на цветовете. Като се превръща в лед, водата покрива цветовете в ледена шуба, като при това им отдава своята топлина - 335 Дж от 1 грам замръзваща вода.
-------------------------------------------------

Какво е повърхностно напрежение? | dLambow

Повърхностно напрежение на водата

Формула за повърхностно напрежние на водата
W = σS Където:
— W	повърхностна енергия на водата	[ J ]
— σ	коефициент на повърхностно напрежение	[ N/m ]
— S	свободна повърхност	[ m2 ]
Повърхността на всяка течност, на границата с въздуха, притежава свободна енергия на повърхността, която се пресмята по горната съвсем проста формула.

 

Какво е повърхностно напрежение?

Същност на явлениетоповърхностно напрежение

Повърхностно напрежение е силата, която изпитват молекулите върху свободната повърхността на течността на границата газ-течност и която е насочена в дълбочината на обема на течността. Това е молекулярната сила, свързана с граничния слой на течността и възникваща на границата между двете фази, която води до свойството на течностите да приемат форма с минимална повърхност.

Следователно, поради повърхностното напрежение течността винаги се стреми да се превърне в капката, която има сферична форма. Обикновено терминът "повърхностно напрежение" се отнася до повърхностното напрежение на течни тела на границата течност-газ.

Повърхностното напрежение е стойност, която показва стремежът на течността да намали свободната си повърхност, тоест да намали излишъка от потенциалната си енергия на границата с газовата фаза. Колкото по-голяма е повърхностната площ на течността, толкова повече молекули имат излишна потенциална енергия и толкова по-голяма е повърхностната енергия. 

Повърхностно напрежение

Формула за  повърхностно напрежние на водата

Повърхността на всяка течност, на границата с въздуха, притежава свободна енергия на повърхността, която се пресмята с помощта на следната проста

Формула:

W = σS

Където:

• — W е повърхностната енергия на течността [J]

• — σ - коефициентът на повърхностно напрежение [N/m]
• — S - свободна повърхност [m2]

Коефициент на повърхностно напрежение

От горната формула можем да изведем формулата за коефициента на повърхностно напрежение (Coefficient of surface tension of water). Коефициентът на повърхностно напрежение е физическа величина, която характеризира дадена течност и е числено равна на съотношението на повърхностната енергия към свободната повърхност на течността.

Формула:

σ = W/S

Кадето:

• — σ — коефициент на повърхностно напрежение [N/m]

• — W е повърхностната енергия на течността [J]
• — S — свободната повърхност на течността [m2]

 

Коефициент на повърхностно напрежение

Коефициентът на повърхностно напрежение на течност зависи от:

• - естеството на течността;
• - температура на течността;
• - свойствата на газа, който граничи с дадената течност;
• - наличието на повърхностноактивни вещества
• = сапун,
• =  прах за пране,

които намаляват повърхностното напрежение. Коефициентът на повърхностно напрежение не зависи от площта на свободната повърхност на течността, въпреки че може да бъде изчислен с него.

Сила на повърхностно напрежение

Ако върху течността не действат други сили или тяхното действие е малко, течността ще има тенденция да приеме формата на сфера, като капка вода или сапунен мехур. Водата се държи по същия начин в състояние на безтегловност (в космоса). Течността се държи така, сякаш силите действат тангенциално към нейната повърхност, свивайки тази повърхност. Тези сили се наричат ​​сили на повърхностно напрежение.
Формула:

F = σl

Където:

• - F е силата на повърхностно напрежение [N]
  

• - σ е коефициентът на повърхностно напрежение [N/m]
• - l е дължината на контура, ограничаващ повърхността на течността [m]

Видове определения за повърхностно напрежение

Повърхностното напрежение има две физически определения:

• – енергийно (термодинамично) и
• – силово (механично).

— Енергийно (термодинамично) определение

Повърхностното напрежение е термодинамична характеристика на повърхността между две фази в равновесие, определена от работата на обратимо изотермокинетично образуване на единична площ на тази повърхност, при условие че температурата, обемът на системата и химическите потенциали на всички компоненти в и двете фази остават постоянни.

Т.е. повърхностното напрежение е специфичната работа за увеличаване на повърхността на течността при разстилане, при условие, че температурата е постоянна. Най-правилно е повърхностното напрежение да се определи като енергията в джаули за разкъсването на единица площ (m²). В този случай се появява ясен физически смисъл на понятието повърхностно напрежение (въздействие върху цялата повърхност).

— Силово (механично) определение

Повърхностното напрежение е сила, действаща на единица дължина по линията, която ограничава повърхността на течността. Силата е насочена тангенциално към повърхността на течността, перпендикулярно на участъка от контура, върху който тя действа и е пропорционална на дължината на този участък.

Повърхностно напрежение на водата

Същност на явлението

Силите на повърхностно напрежение действат по повърхността на водата, като се стремят да намалят нейната площ. Сякаш водата е затворена в еластичен филм, който има тенденция да компресира съдържанието му. 

Потенциалната енергия на взаимното привличане на течните молекули е приблизително равна на тяхната кинетична енергия. Това позволява на водата да запази обема (но не и формата) си и този обем е ограничен от свободната повърхност на водата.

Обяснение

Върху молекулата на водата, която е вътре, действат силите на привличане от други молекули и те се балансират взаимно. И върху молекулата, която е на повърхността, привличащите сили действат не само от други молекули на течността, но и от страната на въздуха (външната среда). 

Междумолекулните сили от страна на въздуха са много по-малки от тези вътре във водата, така че резултантната сила е насочена навътре към течността, което спомага за задържане на молекулите на повърхността и не им позволява да се разлетят в атмосферата.

Кохезия на водата

Какво е кохеция?

Кохезия е сцеплението на молекулите на физическото тяло едни с други под действието на силите на привличане. Благодарение на повърхностното напрежение течността се стреми да заеме такава форма, че нейната повърхност да е възможно най-малка, като в идеалния случай това е формата на топче (сфера).

Същност на кохезията

На повърхността на всяка течност и особено при водата, съществува повърхностно напрежение, което е в резултата на действащите между молекулите сили на кохезия, насочени навътре. Колкото по-голямо е вътрешното напрежение, толкова по-голяма е кохезията.

Значение на кохезията

От всички течности, най-голямо повърхностно напрежение има при водата и то е 7,6 х 10-4 Н/м. Тази значителна кохезия, характерна за нейните молекули, играе важна роля в живите клетки, а също и при движение на водата по съдовете на растенията.

Редица дребни организми реализират полза за себе си от повърхностното напрежение и кохезията, което им позволява да се удържат върху повърхността на водата или да пълзят и да се приплъзват по нейната повърхност без да потъват.

Значение на повърхностното напрежение в живота

Явления, свързани с повърхностно напрежение

Всеки ден се сблъскваме с явлението повърхностно напрежение на течност:

• - водните капки са склонни да приемат форма, близка до сферична (а в безтегловност те са напълно сферични);
• - струя вода от кран клони към цилиндрична форма;
• - щифтът не потъва на повърхността на водата в чашата;
• - много насекоми могат да се плъзгат по повърхността на водата.

Мярка за замърсяване на храните в хранителната промишленост

В някои индустрии повърхностното напрежение се използва като проста мярка за замърсяване на храните. Тъй като се определя на молекулярно ниво, всяка промяна в съставките на дадено вещество може да доведе до промяна в този показател. 

Тоест, ако знаем какво трябва да бъде повърхностното напрежение при напълно чисто вещество, тогава чрез отклонение от тази норма можем да определим нивото на неговото замърсяване.

Движение по повърхността на водата

Представителите на дивата природа използват физическото явление за свои цели. Например, поради повърхностно напрежение, насекомото на воден стридер може да се движи по повърхността на водата, без да намокря лапичките си. 

Крайниците на водохода отблъскват водата и улавят въздуха, което позволява на насекомите да се избутват по повърхността на водата, без да я нарушават.

Ламинарно течение

Поради повърхностното напрежение възниква такова любопитно явление като ламинарно течение. Това е подреден режим на потока на вискозна течност или газ, при който съседните слоеве на течността не се смесват. Изглежда като ламинарна струя, сякаш водата е замръзнала.

Екологично равновесие

Повърхностното напрежение позволява на предмети да плават, благодарение на него екосистемите оцеляват и се развиват и дори съставът на водата е стабилен само поради това явление. 

Без него водата би била постоянно на границата на две агрегатни състояния: тя би се изпарявала и кондензирала отново, тъй като молекулите лесно биха изскочили от нейната повърхност.

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

В организма на човек има вода (Voda v organizma na choveka).

В организма на човек се съдържа около 70% вода, като тя основно изпълнява ролята на разтворител, в чийто среда протичат всички елементарни процеси на жизнената му дейност.

В същото време водата е продукт и субстрат на енергетичния металобизъм в живата клетка, или ако говорим условно - тя е нещо като арена, върху която се разиграва действието на живота.

Във всички основни биохимични превръщания основен участник е водата, като е известно, че тя присъства във всички части на организма, макар и в различни съотношения.

Така например, в човешката кожа се съдържат около 72% вода, в мозъка - около 85%, а в зъбния емайл - едва 3%. Това показва, че в по-интензивно (от гледна точка на енергообмен) работещите органи, се съдържа по-голямо количество вода.
-------------------------------------------------

Как да направим питейна вода от морската вода? | dLambow

Обезсоляване и опресняване на морска вода я прави годна за пиене

Какво е обезсоляване на водата?

Обезсоляването е процес, който отнема минералните компоненти от солената вода. По-общо, обезсоляването се отнася до отстраняването на соли и минерали от целевото вещество (например, морска вода), както при обезсоляването на почвата, което е проблем за селското стопанство. Солената вода (особено морската) се обезсолява, за да се получи вода, подходяща за консумация от човека или за напояване.

Страничният продукт от процеса на обезсоляване са отделените соли. Обезсоляването се използва на много морски кораби и подводници. По-голямата част от съвременния интерес към обезсоляването е насочена към рентабилното осигуряване на прясна вода за човешка употреба. Заедно с рециклирането на отпадъчни води, това е един от малкото водни ресурси, които може да ни направи независими от валежите.

Как да направим питейна вода от морската вода?

Защо е нужно да се обезсолява морска вода за питейни нужди?

Липсата на висококачествена питейна вода става все по-остър проблем всяка година, като се вземе впредвид бързия растеж на световното население и развитието на индустрията. Освен това съвременната индустрия и селското стопанство непрекъснато замърсяват природната среда (а оттам и питейната вода!) с тежки метали, токсични и отровни химически съединения, нитрати и пестициди.

Въпреки факта, че повече от седемдесет процента от земната повърхност е покрита от реки, езера, морета и океани, само малко повече от 2% от световните водни ресурси са годни за пиене. В същото време по-голямата част от запасите от вода, подходяща за пиене, попадат в ледниците и подпочвените води, а много малка част - в реките и езерата.

В миналото само богати държави, чиито територии се намират в най-сухите кътчета на планетата (като Израел и страните от Персийския залив), са се занимавали с добиване на прясна вода от морето в промишлен мащаб. Напоследък, все повече се строят инсталации за обезсоляване. Всеки ден се получават десетки милиони тонове питейна вода чрез обезсоляване. Ето защо неотложна задача е да се намерят евтини и ефективни начини за получаването й, както от морска вода, така и минерализирана и замърсена вода.

Струва ли си да се обезсолява морска вода?

Доколкото Световния океан е огромен и съдържа практически неограничени количества от морска вода, заслужва си да помислим дали няма начини, чрез които лесно и удобно да се превръща морската вода в питейна или както й викат - прясна вода? Световният океан е 72% от земната площ и в него се намира 99% от всичката вода върху планетата.

Проблемът е, че в нея се съдържат множество химически елементи, които я правят негодна за пиене, докато вече много райони от Земята страдат от катастрофален недостиг на пресни водни ресурси. От година на година този проблем ще става все по-належащ за окончателно разрешаване и технологиите за пречистване ще се усъвършенстват все повече и повече.

Поради високата консумация на енергия, процесът на обезсоляването на морска (океанска) вода обикновено е по-скъп от използването на прясна вода от повърхностни или подпочвени води, рециклирането на вода или методине за опазване на водата. Тези алтернативи обаче не винаги са налични навсякъде и изчерпването на резервите от прясна (питейна) вода е критичен проблем за човечеството в световен мащаб. Процесите на обезсоляване на морската вода обикновено се задвижват от:

• - термични (в случай на дестилация),
• - механични (например в случай на обратна осмоза,
• - биологични (при използване на бактерии)
  

видове енергия.

Какви методи се използват за получаване на питейна вода от морска вода?

Хората не могат да пият солена вода, но солената вода може да се превърне в питейна вода, за която има много приложения. Процесът се нарича "обезсоляване" и се използва все повече и повече по света, за да осигури на хората необходимата прясна (питейна) вода. Обезсоляването е изкуствен процес, чрез който солена вода (обикновено морска вода) се превръща в прясна вода.

Обикновената морска вода съдържа 3,4-3,5% соли (приблизително 3,4-3,5 грама на литър). Питейна вода, условно, се счита тази, в която нивото на минерализация не надвишава един процент (по-малко от 1 грам соли на литър). Според препоръката на Световната здравна организация концентрацията на разтворени соли в питейната вода не трябва да надвишава 600 милиграма на литър.

Изглежда, че изобщо не е трудно да се намали съдържанието на сол в разтвор от 3,5 на 1%, но на практика това се оказва много трудна инженерна задача, изискваща проектирането и производството на сложно оборудване и значителни разходи за енергия. Има много начини за обезсоляване, различни по сложност и ефективност.
Най-често срещаните процеси на обезсоляване са дестилация и обратна осмоза.

Методи за обезсоляване на солена вода

За питейна вода е подходяща водата със съдържание на разтворими соли не повече от 1 g / l. Следователно практическата задача при обезсоляването на вода (главно морска вода) е да се намали нейната излишна соленост. Това се постига с помощта на различни методи:

• - изпаряване (дестилация),
• = конвенционална дестилация,
• = многоетапна флаш дестилация,
• = дестилация под ниско налягане (вакуумна дестилация),
• = термокомпресионна дестилация,
• = слънчева дестилация,
• = естествено изпаряване,
• = мултиефективна дестилация,
• = парно компресионна дестилация,
• = вълново обезсоляване (преобразува се механичното вълново движение директно в хидравлична мощност за обратна осмоза),
• = мембранна дестилация,
• - замразяване,
• = включително чрез газови хидрати,
• - йонен обмен,
• - електродиализа (използва електрически потенциал за придвижване на солите през двойки заредени мембрани, които улавят солта в редуващи се канали),
• - обратна осмоза,
• - директна осмоза,
• - хидродинамично разделяне (сепарация).
• - електрохимичен метод (специална микросхема разделя потока от солена вода на два потока с високо и ниско съдържание на сол, съответно).

Обезсоляването на вода за промишлени и битови нужди се извършва в инсталации за обезсоляване. В зависимост от използвания метод, разходите за енергия на кубичен метър варират от 0,7 kWh до 20 kWh (2,5-72 MJ).

Методи за получаване на питейна вода

Нека, сега, да разгледаме в по-големи подробности, някои от най-популярните методи за получаване на питейна вода чрез опресняване на морска или океанска вода, споменати по-горе.

Дестилация на морска вода

Дестилацията за отделяне на солите е най-старият и лесен начин за получаване на питейна вода от морска вода. Принципа не е сложен. В този случай водата се нагрява до температурата на кипене, парите й се събират (нещо като варенето на ракия или дестилацията на розово масло), след което се охлаждат с цел да кондензират, т.е. отново да се втечнят, а солите се отделят и остават извън пречистената вода.

Най-големия проблем в масовото използване на този метод е това, че солите се трансформират в твърда утайка, която създава допълнителни технически и технологически проблеми, за да бъде отделята от инсталацията, в противен случай тя често ще се задръства. Въпреки това, превръщането на течността в пара и последващата кондензация, изискват и много високи енергийни разходи, така че конвенционалната дестилация практически не се използва в промишлен мащаб. Метода има и по-ефективни свои варианти:

• - Дестилацията при ниско налягане се оказва по-ефективна, тъй като позволява да се понижи точката на кипене на водата;
• - Многоетапната дестилация, при която кондензиращата пара от първия дестилационен апарат загрява водата във втория, а парата от втория - в третия и т.н.

Замразяване на солена вода

Методът на отделяне на питейна вода чрез замразяване се основава на различната точка на замръзване на чистата и солената вода. Солената вода се превръща в лед при по-ниски температури от чистата вода. Това е сравнително евтин и ефективен метод за обезсоляване, изискващ обемно и скъпо хладилно оборудване.

• - По-екзотичен начин за обезсоляване е превръщането на морската вода в газохидратен лед (нестабилна химическа комбинация от вода с определени газове), който след това се разлага до чиста вода и газ.

Химическо опресняване (обезсоляване)

При метода на химическото опресняване към морската вода се добавят химически реагенти (обикновено бариеви или сребърни соли), които, когато реагират с морска сол, образуват неразтворими, утаечни съединения. Това е най-скъпият метод и не се използва в промишлен мащаб. В същото време химическите дестилатори често се включват в спасителните комплекти за лодки и яхти.

Йонообменен метод

Тук минерализираната (морска) вода се пропуска последователно през филтри, изработени от два вида синтетични йонообменни смоли:

• – катионообменни смоли и
• – анионообменни смоли.

В катионообменните филтри положителните йони на натрия, калция и магнезия се задържат (или по-скоро се заменят), а в анионообменните филтри се задържат отрицателни хлоридни йони и сулфатни аниони. Йонообменният метод на обезсоляване е сравнително скъп и се използва само за нискоминерализирана вода.

Микробно обезсоляване

Клетките за обезсоляване от микробите са биологични електрохимични системи, които реализират използването на електроактивни бактерии за захранване на обезсоляването на вода in situ, осигурявайки естествения аноден и катоден градиент на електроактивните бактерии и по този начин създавайки вътрешен суперкондензатор.

Електродиализа

Този метод се основава на феномена на електролитната дисоциация. В най-простия случай електродиализата се извършва в съд, разделен на три части от две мембрани - катион и анион. В страничните части са монтирани електроди, като катодът е поставен до катионообменната мембрана, а анодът е поставен до анионообменната мембрана. След прилагане на постоянно напрежение към анода и катода, солните йони ще започнат да се натрупват в страничните части на съда, а деминерализираната вода в централната му част.

Пряка (директна) осмоза

Пряката осмоза за обезсоляване се основават на използването на мембрани, които позволяват на водните молекули да преминават, но са непроницаеми за солните йони. При директната осмоза, едната част от контейнера, разделена от полупропусклива мембрана, се пълни с морска вода, а другата със силно концентриран разтвор на някакво лесно разложимо вещество. Под действието на осмотичното налягане водните молекули започват да се просмукват в тази част на съда, където концентрацията на разтвора е по-висока. След като по-голямата част от водните молекули преминат в концентрата, той се нагрява, в резултат на което веществото се разлага, утаявайки се или преминавайки в газообразно състояние. Резултатът е питейна вода. Методът е скъп и рядко се използва на практика.

Обратна осмоза

Обратната осмоза е най-евтиният, прост и надежден начин за получаване на прясна вода от морска и минерализирана вода. При обратна осмоза водните молекули преминават през мембраната под действието на външно налягане - обратна осмоза. Морската вода се насочва към специална мембрана, която има свойството да пропуска течността и да не пропуска солевите съединения. В този случай, за да протича процеса, е необходимо да се създава високо налягане, което е свързано с неголямата пропускливост на мембраната, а следователно и производителността на метода не е голяма.

Към днешна дата, технологията за обезсоляване на солена вода чрез обратна осмоза е най-обещаваща за промишлени цели. Инсталациите за обезсоляване, работещи по този метод, са относително евтини, икономични и високопроизводителни. Ниската консумация на енергия, осигуряваща доста дълъг експлоатационен живот и ниската цена на сменяеми филтри и мембрани, правят разходите за обезсоляване минимални.

Има ли перспектива в морската вода за пиене?

В момента има съвсем реални и работещи технологии за обезсоляване и опресняване на морските (и океанските) води с различна осоленост, но те все още не са приспособени за масово производство. Но с времето живителната влага (прясната вода, годна за пиене) ще става все по-дефицитна и момента за решаване на проблема ще става все по-належащ, така че инженерните решения все повече ще се усъвършенстват. Историята показва, че винаги когато пред човечеството е възниквал належащ проблем, винаги са се намирали подходящи и ефективни решения. Разликата е, че сега те трябва да са и екологосъобразни.

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