Što čini vodu tijekom hlađenja. Što se događa s vodom kada se zagrijava
Sam smo okruženi vodom, u sastavu drugih tvari i tel. Može biti u čvrstom, tekućem ili plinovitim stanju, ali voda je uvijek oko nas. Što god asfalt puca na cestama, zašto se staklo može s vodom u hladnom prasku, zašto se prozori bori tijekom hladne sezone, zašto avion napušta bijelu marku na nebu - odgovore na sve to i drugo "zašto" Pretražit ćemo u ovoj lekciji. Naučimo kako se svojstva vode mijenjaju pri zagrijavanju, hlađenju i smrzavanju, kako se u njima formiraju podzemne špilje i bizarne brojke, jer to termometar radi.
Tema: ne-masnoća priroda
Lekcija: svojstva vode u tekuće stanje
U svom čistom obliku, voda nema okus, miris i boje, ali se gotovo nikada ne događa, jer se aktivno otapa samo po sebi većina tvari i povezuje se sa svojim česticama. Također voda može prodrijeti u različita tijela (znanstvenici su pronašli vodu čak iu kamenjem).
Ako dobijete vodu ispod slavine u staklu, čini se čistom. Ali u stvari, to je rješenje mnogih tvari, među kojima se nalaze plinovi (kisik, argon, dušik, ugljični dioksid), razne nečistoće sadržane u zraku, otopljene soli iz tla, željeza od vodenih cijevi, najmanji neoprani prašinu čestice, itd.
Ako primijenite kapljice pipete vode iz slavine za čišćenje stakla i dajte ga ispari, bit će jedva vidljivi mrlje.
U vodi rijeka i potoka, većina jezera sadrži razne nečistoće, na primjer, otopljene soli. Ali oni su malo, jer je ova voda svježa.
Vode teče na Zemlji i podzemlje, ispunjava struje, jezera, rijeke, more i oceane, stvara podzemne palače.
Polaganje puta kroz lako riješiti tvari, voda prodire duboko pod zemljom, noseći ih s njima i kroz proreze i pukotine u stjenovitim stijenama, formirajući podzemne špilje, kaplje iz njihovog luka, stvarajući bizarne skulpture. Milijarde kapljica vode za stotine godina isparavaju i otopljene u vodenim tvarima (soli, vapnenac) se nalaze na špiljskom laka, tvoreći kamene ledenice, koje se nazivaju stalaktiti.
Slične formacije na polu špiljama nazivaju se stalagmiti.
I kada stalaktis i stalagmiti raste zajedno, formiraju kamenu stupac, zove se spajalice.
Gledanje nosača leda na rijeci, vidimo vodu u krutom (led i snijeg), tekućine (struja ispod njega) i plinovitom stanju (najmanji čestice vode, koji se dižu u zrak, koji se još uvijek nazivaju vodenom parom).
Voda može istovremeno biti u sva tri stanja: U zraku uvijek postoje vodene pare, koje se sastoje od kapljica vode i kristala leda.
Voda para je nevidljiva, ali se lako može otkriti ako ostavite čašu vodom ohladi u hladnjaku u toploj sobi, na zidovima koje će se odmah pojaviti kapljice vode. Kada je u kontaktu s hladnim zidovima stakla, vodena pare sadržana u zraku se pretvara u kapljice vode i smiri se na površinu čaše.
Sl. 11. Kondenzat na zidovima hladne šalice ()
Iz istog razloga, u hladnoj sezoni, unutarnja strana prozorskog stakla je punjena. Hladan zrak ne može sadržavati što je više vodene pare, tako da se neka od njezina količina kondenzira - pretvara u kapljice vode.
Bijeli trag letenja na nebu je također rezultat kondenzacije vode.
Ako donesete ogledalo u usne i izdahnite, najmanji kapljice vode ostaju na njegovoj površini, to dokazuje da pri disanju, osoba je udisala zrakom vodene pare.
Kada se zagrijava voda širi. Može se pokazati jednostavnim iskustvom: staklena cijev spušta se u tikvicu s vodom i mjeriti razinu vode u njemu; Tada je tikvica spuštena u posudu s toplom vodom i nakon zagrijavanja vode, razina u cijevi je ponovno izmjerena, koja je primjetno porasla, jer se voda tijekom zagrijavanja povećava volumen.
Sl. 14. Tikvica s cijevi, broj 1 i značajka označena početnom razinom vode
Sl. 15. Tikvicu s cijevi, broj 2 i značajka naznačenu razinu vode pri zagrijavanju
Kada se hladi, voda "skuplja". To može dokazati slično iskustvo: u ovom slučaju, tikvicu s cijevi je spuštena u posudu s ledom, nakon hlađenja razine vode u cijevi se smanjila u odnosu na izvornu oznaku, jer se voda smanjila u volumenu.
Sl. 16. Tikvica s cijevi, znamenkom 3 i značajka ukazuje na razinu vode tijekom hlađenja
To je zato što čestice vode, molekula, se kreću brže kada se zagrijavaju, guraju iz zidova posude, povećava se udaljenost između molekula, te stoga tekućina uzima veći volumen. Kada se voda ohladi, njegove čestice usporava, udaljenost između molekula je smanjena, a potrebna je manji volumen.
Sl. 17. Molekule vode normalne temperature
Sl. 18. Molekule vode kada se grije
Sl. 19. Molekule vode pri hlađenju
Ne samo voda, već i druge tekućine (alkohol, živa, benzin, kerozin) posjeduju takva svojstva.
Znajući da se ova svojstva tekućina dovela do izuma termometra (termometar), gdje se koristi alkohol ili živa.
Kada se voda zamrzavanja širi. To se može dokazati ako je spremnik napunjen do rubova s \u200b\u200bvodom labavo prekriven poklopcem i stavljen u zamrzivač, nakon što ćemo vidjeti da je rezultirajući led kišilo poklopac, ide dalje od kapaciteta.
Ova nekretnina uzima se u obzir prilikom polaganja vodenih cijevi koje su nužno izolirane tako da kada zamrzavanje leda nastali iz vode ne prekida cijevi.
U prirodi, zamrzavanje voda može uništiti planine: ako voda nakuplja vodu u padu pukotina, zimi se zamrzava i pod pritiskom leda, koji zauzima veći volumen od vode iz kojeg se formira, Rock stijene su pucanje i uništena.
Zamrzavanje vode u pukotinama ceste dovodi do uništenja asfaltne premaz.
Dugi grebeni nalik nabojima, na debla na drvetu - rane od drvenih pauza pod pritiskom drvenastog soka zamrzavanje. Stoga, u hladnim zimama možete čuti pukotine drveća u parku ili u šumi.
- Vakhrushev aa, Danilov D.D. Svijet oko 3. m.: Ballas.
- Dmitrieva n.ya., Kazakov A.N. Svijet oko 3. m.: ID "Fedorov".
- PLESHAKOV A.A.A.Rorrushing World 3. M.: Prosvjetljenje.
- Festival pedagoških ideja ().
- Znanost i obrazovanje ().
- Otvorena klasa ().
- Napravite kratki test (4 pitanja s tri odgovora) na temu "Voda oko nas".
- Provedite malo iskustvo: čašu s vrlo hladnom vodom, stavite na stol u toploj sobi. Opišite što će se dogoditi, objasniti zašto.
- * Nacrtajte kretanje molekula vode u zagrijanoj, normalnoj i ohlađenim uvjetom, Ako je potrebno, napravite potpise u crtežu.
U sustavima za grijanje vode, voda se koristi za prijenos topline iz svog generatora do potrošača.
Najvažnija svojstva vode su:
toplinski kapacitet;
promjenu glasnoće kada se zagrijava i kada se ohladi;
Ključne karakteristike pri mijenjanju vanjskog tlaka;
kavitacija.
Razmotrite podatke fizička svojstva voda.
Određena toplina
Važno svojstvo bilo kojeg rashladnog sredstva je njegov toplinski kapacitet. Ako ga izrazite kroz masu i razliku u temperaturi rashladnog sredstva, dobiva se određena toplina. To je označeno pismom c. i ima dimenziju kJ / (kg k)
Određena toplina - To je količina topline koja se mora prenijeti 1 kg tvari (na primjer, voda) da ga zagrije na 1 ° C. Nasuprot tome, tvar daje istu količinu energije tijekom hlađenja. Prosječna vrijednost specifičnog toplinskog kapaciteta vode u rasponu između 0 ° C i 100 ° C je:
c \u003d 4,19 kj / (kg k) ili c \u003d 1,16 vtc / (kg k)
Količina apsorbirane ili topline P:, izgovara se J. ili kJ.ovisi o masi m., izgovara se kg, određena toplina c. i temperaturna razlika izražena u K..
Povećanje i smanjenje volumena
Sve prirodni materijali Proširuje se kada se zagrijava i komprimira kada se ohladi. Jedina iznimka od ovog pravila je voda. Ova jedinstvena nekretnina naziva se voda anomalija. Voda ima najveću gustoću na +4 ° C, na kojoj 1 dm3 \u003d 1 L ima masu od 1 kg.
Ako se voda zagrijava ili ohladi u odnosu na ovu točku, njegov volumen se povećava, što znači smanjenje gustoće, tj. Voda postaje lakše. To se može jasno promatrati na primjeru spremnika s točkom preljeva. Spremnik sadrži točno 1000 cm3 vode s temperaturom od +4 ° C. Kada se voda zagrijava, neka količina će se izliti iz spremnika do mjernog spremnika. Ako zagrijte vodu na 90 ° C, točno 35,95 cm3 će se izliti u mjerni spremnik, što odgovara 34,7 g. Voda se također širi kada se hladi ispod +4 ° C.
Zahvaljujući ovoj anomaliji vode u rijekama i jezerima zimi skriva upravo gornji sloj. Iz istog razloga led pluta na površini i proljetno sunce može topiti. To se ne bi dogodilo ako je led bio teži od vode i potonuo na dno.
Spremnik s točkom preljeva
Međutim, ova nekretnina se širi može biti opasna. Na primjer, automobilski motori i pumpe za vodu mogu se rasprsnuti ako voda zamrzne vodu. Da biste to izbjegli, aditivi koji se sprečavaju da se njegovo zamrzavanje dodaju u vodu. Glikoli se često koriste u sustavima grijanja; Za omjer vode i glikola, pogledajte specifikaciju proizvođača.
Karakteristike vrenja vode
Ako se voda zagrijava u otvorenom spremniku, kuhati na 100 ° C. Ako izmjerimo temperaturu kipuće vode, ispostavi se da ostaje jednak 100 ° C sve dok se posljednji pad ispari. Tako se konstantna potrošnja topline koristi za potpuno isparavanje vode, tj. Promjene u svom agregatnom stanju.
Ova energija se također naziva latentna (skrivena) toplina. Ako se opskrba topline nastavlja, ponovno će se pojaviti temperatura formiranog para.
Opisani postupak se daje na tlaku zraka od 101,3 kPa na površini vode. Za bilo koji drugi tlak, vrelište vode je pomaknuta od 100 ° C.
Ako ponovimo opisani eksperiment na nadmorskoj visini od 3000 m - na primjer, na Zugspitz, najviši vrh Njemačke - otkrili bismo da voda kuha na 90 ° C. Razlog takvog ponašanja je smanjiti atmosferski tlak s visinom.
Što je pritisak na površini vode, donje točke vrenja. Nasuprot tome, točka vrenja će biti veća s povećanjem tlaka na površini vode. Ova nekretnina se koristi, na primjer, u štednjacima.
Grafikon prikazuje ovisnost točke vrenja vode od tlaka. Tlak u sustavima grijanja namjerno se povećava. Pomaže u sprječavanju mjehurića plina u kritičnim radnim načinima rada, a također sprječava ulaz vanjski zrak iz sustava.
Proširenje vode pri grijanju i zaštiti od nadprema
Sustavi za grijanje vode rade na temperaturama vode do 90 ° C. Obično je sustav ispunjen vodom na 15 ° C, koji se zatim širi kada se grije. Ne može se pretpostaviti da je to povećanje volumena dovelo do pojave nadtlake i preljeva tekućine.
Kada je grijanje isključeno u ljeto, volumen vode se vraća na početnu vrijednost. Dakle, kako bi se osigurala nesmetana ekspanzija vode, potrebno je instalirati prilično velikog spremnika.
Stari sustavi grijanja imali su otvorene spremnike za proširenje. Uvijek su se kretali iznad najvišeg cjevovoda. Uz sve veću temperaturu u sustavu, što je dovelo do ekspanzije vode, povećala se i razina u spremniku. S smanjenjem temperature, to je, respektivno pao.
Suvremeni sustavi grijanja koriste spremnike za proširenje membrana (MRB). S povećanjem tlaka u sustavu, nemoguće je povećati tlak u cjevovodima i drugim elementima sustava iznad granične vrijednosti.
Stoga je preduvjet za svaki sustav grijanja prisutnost sigurnosnog ventila.
Kada se pritisak podigne iznad norme, sigurnosni ventil mora otvoriti i pucati višak volumena vode koja ne može primiti spremnik za proširenje. Međutim, u pažljivo dizajniranom i servis sustavu, takva kritična država ne bi se trebala dogoditi.
Svi ovi argumenti ne uzimaju u obzir činjenicu da cirkulacijska crpka dodatno povećava tlak u sustavu. Odnos između maksimalne temperature vode, odabrane pumpe, veličine ekspanzijskog spremnika i tlaka sigurnosnog ventila, mora se instalirati na najotrudniji način. Slučajni izbor elemenata sustava - čak i na temelju njihove vrijednosti - u ovom slučaju je neprihvatljivo.
Spremnik za ekspanziju membrane isporučuje se s ispunjenim azotom. Početni tlak u spremniku za ekspanzijsku membranski spremnik mora se podesiti ovisno o sustavu grijanja. Širenje vode iz sustava grijanja ulazi u spremnik i komprimira plinsku komoru kroz dijafragmu. Plin se može uništiti, a nema tekućina.
Pritisak
Određivanje tlaka
Tlak je statički tlak tekućina i plinova, mjereno u posudama, cjevovodima u odnosu na atmosferski tlak (PA, mbar, bar).
Statički tlak
Statički tlak je tlak fiksne tekućine.
Statički tlak \u003d Razina iznad odgovarajuće točke mjerenja + početni tlak u ekspanzijskom spremniku.
Dinamički tlak
Dinamički tlak je tlak pokreta tekućine. Tlak tlaka pumpe je tlak u središtu centrifugalne pumpe tijekom njegovog rada.
Pad tlaka
Tlak razvijen centrifugalnom pumpom za prevladavanje ukupne otpor sustava. Mjeri se između ulaza i izlaza centrifugalne pumpe.
Radni tlak
Tlak koji postoji u sustavu tijekom rada crpke. Dopušteni radni tlak Najveća vrijednost radnog tlaka dopuštena su od sigurnosnih uvjeta pumpe i sustava.
Kavitacija
Kavitacija - To je formiranje mjehurića plina kao rezultat izglede lokalnog pritiska ispod tlaka isparavanja pumped tekućine na ulazu rotora. To dovodi do smanjenja performansi (tlaka) i učinkovitosti i uzrokuje buku i uništavanje materijala unutarnjih dijelova pumpe. Zbog kolapsa mjehurića zraka u područjima s višim tlakom (na primjer, na izlazu rotora), mikroskopske eksplozije uzrokuju skokove tlaka koji mogu oštetiti ili uništiti hidraulički sustav. Prvi znak toga je buka u radnom kotaču i njegova erozija.
Važan parametar centrifugalne crpke je NPSH (visina stupca fluida preko usisne mlaznice). Ona određuje minimalni tlak u ulazu crpke, koji je potreban ovom vrstom pumpe za rad bez kavitacije, tj. Dodatni pritisak potreban za sprječavanje pojave mjehurića. Vrsta rotora i frekvencija rotacije crpke utječu na vrijednost NPSH. Vanjski čimbenici koji utječu na ovaj parametar su temperatura tekućine, atmosferski tlak.
Spriječiti kavitaciju
Kako bi se izbjegla kavitacija, tekućina bi trebala teći na centrifugalnoj pumpi umetnuti na određenoj minimalnoj visini apsorpcije, koja ovisi o temperaturi i atmosferskom tlaku.
Drugi načini za sprječavanje kavitacije su:
Povećati statički tlak
Smanjenje temperature tekućine (smanjenje tlaka isparavanja PD)
Odabir crpke s manjom vrijednost konstantnog hidrostatskog tlaka (minimalna visina usisavanja, NPSH)
Stručnjaci tvrtke "Agroad" rado će vam pomoći da odredite optimalni izbor crpke. Kontakt!
|
Aleksandar
2013-10-22 09:38:26
[Odgovor] [Odgovor s citatom] [Poništiti odgovor]
|
Japanski fizičar Masakhadz Matsumoto iznijela je teoriju koja objašnjava zašto je voda kada se zagrijana od 0 do 4 ° C komprimirana, umjesto širenja. Prema njegovom modelu, voda sadrži mikroformacije - "elektronika", koja su konveksna šuplje polihedra, u vrhovima od kojih su molekule vode, a poslužuju se vodikove veze. Kada se temperatura raste, dva fenomena međusobno se natječu: izduživanje vodikovih veza između molekula vode i deformacije zavojnica, što dovodi do smanjenja u njihovim šupljinama. U temperaturnom rasponu od 0 do 3,98 ° C, potonji fenomen dominira učinak produljenih vodikovih veza, što na kraju daje promatranu kompresiju vode. Eksperimentalna potvrda modela Matsumoto još nije - međutim, kao i druge teorije koje objašnjavaju kompresiju vode.
Za razliku od ogromne većine tvari, voda tijekom grijanja može smanjiti svoj volumen (sl. 1), tj. Ima negativan koeficijent toplinskog širenja. Međutim, ne govorimo o cijelom temperaturnom rasponu, gdje postoji voda u tekućem stanju, ali samo o uskom presjeku - od 0 ° C do oko 4 ° C. Na visokim temperaturama, voda, kao i druge tvari, širi se.
Usput, voda nije jedina tvar koja ima imovinu kako bi se smanjila s povećanjem temperature (ili se širi kada se ohladi). Takvo ponašanje može "pohvaliti" više bizmutom, galijima, silicija i antimona. Ipak, zbog svoje složenije unutarnje strukture, kao i prevalencija i važnosti u različitim procesima, to je voda koja mijenja pozornost znanstvenika (vidi proučavanje vodene strukture, "elementi", 09.10.2006).
Prije nekog vremena, općenito prihvaćena teorija odgovorna za pitanje zašto voda povećava svoj volumen kada se temperatura smanjuje (Sl. 1), došlo je do mješavine modela dvije komponente - "normalno" i "slično". Prvi put je ova teorija predložena u XIX stoljeću Harold pobjede i kasnije se razvila i poboljšala mnogi znanstvenici. Ukratko nedavno, u okviru detektiranog polimorfizma vode, teorija prioriteta je provedena. Od sada se vjeruje da u superhladnoj vodi postoje dvije vrste u obliku nanodazoma: područja slične amorfnom ledu visoke i niske gustoće. Grijanje premazivanja vode dovodi do taljenja tih nanostrukcija i izgled dvije vrste vode: s većom i manjom gustoćom. Temnomjerno tržišno natjecanje između dviju "sorti" dobivene vode i stvara nemonotonsku ovisnost gustoće temperature. Međutim, dok ova teorija ne potvrđuje eksperimentalno.
Uz objašnjenje objašnjenja morate biti oprezni. Nije slučajno da se kaže samo o strukturama koje nalikuju amorfnom ledu. Činjenica je da nanoskopska područja amorfnog leda i njegovih makroskopskih analoga imaju različite fizičke parametre.
Japanski fizičar Masakhadz Matsumoto odlučio je pronaći objašnjenje učinka "od nule" ovdje, odbacujući teoriju dvo-komponente smjese. Koristeći računalnu simulaciju, smatrao je fizikalnim svojstvima vode u širokom rasponu temperatura - od 200 do 360 k na nultom tlaku kako bi saznali istinski uzroci širenja vode tijekom hlađenja. Njegov članak u časopisu Fizički pregled slova naziva se: Zašto se voda širi kada se hladi? ("Zašto je voda u hlađenju širi?").
U početku je korišten autor članka: što utječe na koeficijent toplinske ekspanzije vode? Matsumoto vjeruje da je to dovoljno da sazna utjecaj samo tri faktora: 1) promjene u duljini vodikovih veza između molekula vode, 2) topološkog indeksa - broj obveznica po molekuli vode i 3) odstupanja od kut između veza iz ravnotežne vrijednosti (kutna izobličenja).
Sl. 2. Molekule vode "prikladnije" sve se mogu kombinirati u klastere s kutom između vodikovih veza jednakih 109,47 stupnjeva. Takav kut se naziva tetraedar, jer je kut koji povezuje središte ispravnog tetrahedrona i njezinih dvaju vrhova. Slika iz lsbu.ac.uk
Prije nego što govorimo o rezultatima japanskog fizičara, učinit ćemo važne komentare i objašnjenja o gore spomenutim tri čimbenika. Prije svega, uobičajeno kemijska formula Voda H 2 o odgovara samo pamskom stanju. U tekućem obliku molekule vode pomoću vodikovih veza se kombiniraju u skupine (H20) X, gdje je X broj molekula. Najviše energije je povoljna kombinirati s pet molekula vode (X \u003d 5) s četiri vodikove veze, u kojima spojevi tvore ravnotežu, tzv. Tetrahedralni kut jednak 109,47 stupnjeva (vidi sliku 2).
Nakon analize ovisnosti duljine vodikovog vez između molekula vode na temperaturi, matsumoto je došao do očekivanog zaključka: porast temperature podiže linearnu produljenje vodikovih veza. A to, zauzvrat, dovodi do povećanja volumena vode, odnosno njegovom širenju. Ta je činjenica u suprotnosti s promatranim rezultatima, pa je nadalje smatralo utjecajem drugog čimbenika. Kako koeficijent toplinske ekspanzije ovisi o topološkom indeksu?
Računalna simulacija dala je sljedeći rezultat. Pri niskim temperaturama najveći volumen vode u postocima zauzimaju klasteri vode, u kojima jedna molekula čini 4 vodikove veze (topološki indeks je 4). Povećanje temperature uzrokuje smanjenje broja pridruženih suradnika s indeksa 4, ali ujedno i broj klastera s indeksima 3 i 5 počinju povećati, Matsumoto je utvrdio da je lokalni volumen klastera s topološkim indeksom 4 s Porast temperature praktički ne mijenja, a promjena ukupnog volumena suradnika s indeksima 3 i 5 na bilo kojoj temperaturi međusobno kompenzira jedni druge. Prema tome, promjena temperature ne mijenja ukupni volumen vode, a time i topološki indeks ne utječe na kompresiju vode tijekom grijanja.
Ostaje da otkrije utjecaj kutne izobličenja vodikovih veza. I ovdje počinje najzanimljivije i važnije. Kao što je gore spomenuto, molekule vode imaju tendenciju da se ujedine tako da je kut između vodikovih veza je tetrahedralna. Međutim, toplinske fluktuacije molekula vode i interakcije s drugim molekulama koje nisu uključene u klaster ne daju im to da to učine odbijanjem kuta vodikovog veza iz ravnotežne vrijednosti od 109,47 stupnjeva. Da bi se nekako kvantificirao ovaj proces kutne deformacije, Matsumoto s kolegama, na temelju prethodnog rada topoloških građevnih blokova mreže vodikovih obveznica u vodi, objavljenom u 2007. godini u časopisu za kemijsku fiziku, iznijela je hipotezu o postojanju trodimenzionalnih mikrostruktura koji nalikuju konveksnoj šupljoj polihedri. Kasnije, u sljedećim publikacijama, nazvali su takve mikrostrukture (sl. 3). U njima, vrhovi su molekule vode, vodikove veze igraju ulogu rebara, a kut između vodikovih veza je kut između rebara u spitritu.
Prema teoriji Matsumoto, postoji veliki izbor oblika snimaka, koji, poput mozaičkih elemenata, čine većinu vodene strukture i koji ravnomjerno ispunjavaju cijeli svoj volumen.
Sl. 3. šest tipičnih šokova koji formiraju unutarnju strukturu vode. Lopte odgovaraju molekulama vode, segmenti između loptice označavaju vodikove veze. Izbornici zadovoljavaju dobro poznati euler teorem za polihedru: ukupan broj vrhova i rubova minus broj rubova je 2. To znači da prozori - konveksna polihedra, Ostale vrste šokova mogu se naći na web stranici vitrite.chem.nagoya-u.ac.jp. Sl. Od članka Masakazu Matsumoto, Akinori Baba i Network Motiv Vode, objavljen u časopisu AIP Conf. Proc.
Molekule vode tetrahedralne kutove u prozorima, jer bi izbornici moraju imati minimalnu energiju. Međutim, zbog toplinskih pokreta i lokalnih interakcija s drugim izbornim izborom, neke mikrostrukture nemaju geometriju s tetraedralnim kutovima (ili kutovima bliskim toj vrijednosti). Oni uzimaju takve konstrukcijske konfiguracije neinkaliznih (koje nisu korisne od energetske točke gledišta), koji omogućuju svima "obitelj" zavojnice u cjelini kako bi se omogućila najmanja energetska vrijednost. Takve ističe, to jest, prozori koji se čine da žrtvuju "opće energetske interese" se nazivaju na polju. Ako su narušeni koctre, volumen šupljine maksimum na određenoj temperaturi, frustrirani prozori, naprotiv, imaju minimalnu volumen.
Modeliranje računala koje je provelo Matsumoto pokazalo je da se prosječni volumen šupljih snimaka s povećanjem temperature linearno smanjuje. U isto vrijeme, frustrirani snimci značajno smanjuju svoj volumen, dok je volumen šupljine inspescingiranih zavojnica gotovo nikakva promjena.
Dakle, kompresija vode s povećanjem temperature uzrokuje dva konkurentna učinka - produljenje vodikovih veza, što dovodi do povećanja volumena vode, te smanjenje volumena šupljina frustrirane elektronike. Na temperaturnom segmentu od 0 do 4 ° C, posljednji fenomen, kao što je prikazano izračunima, prevladava, što na kraju dovodi do opažene kompresije vode s povećanjem temperature.
Ostaje čekati eksperimentalnu potvrdu postojanja elektronike i takvog ponašanja. Ali ovo, nažalost, vrlo težak zadatak.
Proširuje se ili skuplja? Odgovor je sljedeći: s dolaskom zime, voda počinje proces proširenja. Zašto se ovo događa? Ova nekretnina ističe vodu s popisa svih ostalih tekućina i plinova, koji su, naprotiv, komprimirani tijekom hlađenja. Koji je razlog za to neobično ponašanje tekućine?
Fizika 3 klasa: voda tijekom smrzavanja širi se ili komprimira?
Većina tvari i materijala povećava se u volumenu pri zagrijavanju i smanjenju tijekom hlađenja. Gaza Ovaj efekt je prikazan vidljiviji, ali različite tekućine i kruti metali pokazuju ista svojstva.
Jedan od najupečatljivijih primjera ekspanzije plina i komprimiranje je zračni balon. Kada izdržimo balon na ulicu u minus vrijeme, lopta se odmah smanjuje. Ako dovedemo loptu u grijanu sobu, odmah se povećava. Ali ako donesemo balon u kupku - to će se rasprsnuti.
Molekule vode zahtijevaju više prostora
Razlog za ono što se ti procesi ekspanzije i kompresije različitih tvari pojavljuju molekule. Oni koji su dobili više energije (to se događa u toploj sobi), kretati se mnogo brže od molekula u hladnoj sobi. Čestice koje imaju veću energiju lice mnogo aktivnije i češće, trebaju više prostora za kretanje. Kako bi se spriječio tlak koji uzrokuje molekule, materijal počinje povećavati u veličini. A to se događa vrlo brzo. Dakle, voda se širi ili komprimira tijekom smrzavanja? Zašto se ovo događa?
Voda ne sluša ova pravila. Ako počnemo hlađenje vode do četiri stupnja Celzijusa, smanjuje svoj volumen. Ali ako temperatura i dalje padne, onda se voda iznenada počinje širiti! Postoji takva nekretnina kao anomalija gustoće vode. Ova nekretnina se javlja na temperaturi od četiri stupnja Celzija.
Sada, kada smo saznali, voda se širi ili komprimira tijekom smrzavanja, otkrijmo kako se to općenito pojavljuje ova anomalija. Razlog je lorking u česticama, od kojih se sastoji. Molekula vode se stvara iz dva atoma vodika i jedan - kisik. Formula vode koju svi znaju primarne klase, Atomi u ovoj molekuli privlače elektrone na različite načine. Vodik stvara pozitivan centar gravitacije i na kisiku, naprotiv - negativ. Kada se molekule vode međusobno suočavaju, a zatim se atomi vodika jedne molekule kreću na atom kisika potpuno različite molekule. Ovaj fenomen se naziva vodikov vezan.
Voda treba više prostora prilikom hlađenja
U tom trenutku, kada započne proces formiranja vodikovih veza, mjesta se počinju javljaju u vodi, gdje su molekule na isti način kao u ledenom kristalu. Ove greške nazivaju se klasteri. Nisu izdržljivi kao u krutom kristalu vode. Uz sve veću temperaturu, uništeni su i mijenjaju svoju lokaciju.
Tijekom procesa, broj klastera u tekućini počinje se brzo povećavati. Oni zahtijevaju više prostora za distribuciju, kao rezultat ove vode i povećava se u veličini nakon postizanja njegove nenormalne gustoće.
Kada je termometar pao ispod nulte klastera počinju se pretvara u najmanji kristali leda. Počinju se penjati. Kao rezultat toga, voda se pretvara u led. Ovo je vrlo neobična sposobnost vode. Ovaj fenomen je potreban za vrlo velik broj procesa u prirodi. Svi znamo, a ako ne znamo, sjećam se da je gustoća leda manje manje od gustoće hladnog ili hladna voda, Zbog ovog leda plovci na površini vode. Svi rezervoari počinju zamrznuti od vrha do dna, što vam omogućuje da lako postoje i ne zamrznete stanovnike vode na dnu. Dakle, sada znamo detaljno o tome hoće li se voda širiti ili komprimirati tijekom smrzavanja.
Vruća voda zamrzava brže hladnoću. Ako uzmemo dvije identične naočale i nallem u jednoj toploj vodi, a u drugoj tako hladnoću, onda napominjemo da će se vruća voda zamrznuti brže nego hladno. Nije logično, slažem se? Potrebno je ohladiti tople vode za početak smrzavanja, a to nije potrebno. Kako objasniti tu činjenicu? Znanstvenici do danas ne mogu objasniti ovu zagonetku. Ovaj fenomen ima ime "MPMbe efekt". Otvoren je 1963. godine od strane znanstvenika iz Tanzanije s neobičnim oblaganjem okolnosti. Student je želio da se sladoled i primijeti da se vruća voda brže zamrzne. On je to podijelio sa svojim učiteljem liječnika, koji mu prvi nije vjerovao.
Na pitanje zašto se voda tijekom hlađenja proširuje u volumenu, kada se ohladi druge tvari? Objavio je autor Pavel anufren Najbolji odgovor je Hlađenje, voda se u početku ponaša kao mnoge druge veze: postupno se zbija - smanjuje njegov specifični volumen. No, na 4 ° C (točnije, na 3,98 ° C), nastaje krizno stanje - strukturno podešavanje, a uz daljnje smanjenje temperature, volumen vode se više ne smanjuje, ali se povećava. Kada se ohladi pod normalnim uvjetima ispod 0 ° C, voda se kristalizira, formira led, čija gustoća je manja, a volumen je gotovo 10% više količine izvorne vode.
Povećanje volumena objašnjava se činjenicom da je svaka molekula u strukturi leda spojena vodikovim vezama s četiri druge molekule. Kao rezultat toga, u ledenoj fazi se formira dizajn otvorenog rada s "šupljinama" između fiksne molekule vode, što uzrokuje značajnu ekspanziju cijele smrznute mase. Kristalna struktura leda nalikuje strukturu dijamanta: svaka H20 molekula je okružena četvero molekulama u blizini njemu uključena u formiranje vodikovog veza i na identičnim udaljenostima iz njega jednake 2,76 angstroma i smještena u vrhovima Ispravan tetraedar pod kutom od 109 ° 28 "(vidi sl.). Zbog niskog koordinacijskog broja, struktura leda je mreža, koja utječe na njegovu nisku gustoću. Openwork Struktura leda dovodi do činjenice da je njegova gustoća jednaka 916,7 kg / m³ na 0 ° C, ispod gustoće vode (999.8 kg / m³) na istoj temperaturi.
Stoga voda, pretvara u led, povećava svoj volumen za oko 9%:
U procesu taljenja, na 0 ° C, približno 10-15% vode gubi vez s spojevima, kao rezultat toga, pokretljivost dijela molekula se povećava, a oni su uronjeni u te šupljine da je struktura ledene u otvorenom bogati. To objašnjava kompresiju leda kada se topi i veliki u usporedbi s njim formira gustoća vode, koja se povećava za oko 10%. Može se smatrati da ova vrijednost na određeni način karakterizira broj molekula vode u šupljini. Gustoća dobivene vode doseže maksimum na temperaturi od 4 ° C, a uz daljnji rast temperature, prirodna ekspanzija vode povezana s amplifikacijom molekularnog pokreta premašuje učinak strukturne preraspodjele "ledene vode", Gustoća vode počinje se smanjuje glatko.
Odgovoriti 2 odgovora[guru]
Hej! Evo odabira tema s odgovorima na vaše pitanje: zašto je voda kada se hlađenje širi u volumenu, kada se druge tvari komprimiraju kada se ohladi?
Odgovoriti Placer[pridošlica]
Voda tijekom hlađenja ne širi se. Tek nakon što se voda zamrzava i postane led, tek nakon toga će se oduzeti njegov volumen, zbog povećanja udaljenosti između molekula vode.
Odgovoriti Mike Tiaroff[guru]
voda je također komprimirana ... Pitanje je netočno. , Voda se komprimira do -4 stupnjeva, a nakon toga se širi ... To se naziva fazni prijelaz, a s takvim prijelazima, tvari se ponašaju potpuno nezamislive načine ... Kada se zagrijava na 100 stupnjeva, postoji produžetak, a iznad temperature se ne regrutira, a prijelaz na paru je također fazni prijelaz. Komunikacija između molekula stječu druga svojstva - kristalizaciju počinje u vodi ...
