Apa are o capacitate termică mare. Capacitatea mare de căldură a apei joacă un rol semnificativ în procesul de răcire și încălzire a corpurilor de apă, precum și în formarea condiții climatice zone de anexare. Apa se răcește încet și se încălzește atât în timpul zilei, cât și în timpul schimbării anotimpurilor. Max Swing temperaturile din oceane nu depășesc 40°C, în timp ce în aer aceste fluctuații pot ajunge la 100-120°C. Conductivitatea termică (sau transferul de energie termică) a apei este neglijabilă. Prin urmare, apa, zăpada și gheața nu conduc bine căldura. În corpurile de apă, transferul de căldură la adâncimi este foarte lent.
Vâscozitatea apei. Tensiune de suprafata
Pe măsură ce salinitatea crește, vâscozitatea apei crește ușor. Vâscozitatea sau frecare internă- proprietatea substanţelor fluide (lichide sau gazoase) de a rezista propriul curs. Vâscozitatea lichidelor depinde de temperatură și presiune. Scade atât cu creșterea temperaturii, cât și cu creșterea presiunii. Tensiunea superficială a apei determină puterea de aderență între molecule, precum și forma suprafeței lichidului. Dintre toate lichidele, altele decât mercurul, apa are cea mai mare cantitate tensiune de suprafata. Pe măsură ce temperatura crește, aceasta scade.
Mișcarea apei laminare și turbulente, constantă și instabilă, uniformă și neuniformă
mișcare laminară- debit cu jet paralel, la un debit constant de apa, viteza fiecarui punct al curgerii nu se modifica in timp nici ca magnitudine, nici ca directie. Turbulent - o formă de curgere în care elementele fluxului efectuează mișcări dezordonate de-a lungul traiectoriilor complexe. La mișcare uniformă suprafața este paralelă cu suprafața inferioară nivelată. la mișcare neuniformă panta vitezei curgerii secțiunii vii este constantă pe lungimea secțiunii, dar variază pe lungimea curgerii. Mișcarea instabilă se caracterizează prin faptul că toate elementele hidraulice ale fluxului din secțiunea considerată se modifică în lungime și în timp. Stabilit – dimpotrivă.
Ciclul apei, legăturile sale continentale și oceanice, ciclul intracontinental
În ciclu se disting trei verigi - oceanice, atmosferice și continentale. Continental include legături litogene, sol, râu, lac, glaciare, biologice și economice. Legătura atmosferică se caracterizează prin transferul de umiditate în circulația aerului și formarea precipitațiilor. Legătura oceanică se caracterizează prin evaporarea apei, în timpul căreia conținutul de vapori de apă din atmosferă este restabilit continuu. Circulația intracontinentală este tipică pentru zonele de scurgere internă.
Bilanțul hidric al oceanelor lumii, globul, sushi
Ciclul global de umiditate al Pământului își găsește expresia în echilibrul hidric al Pământului, care este exprimat matematic prin ecuație echilibrul apei(pentru glob ca un întreg și pentru el părți separate). Toate componentele (componentele) bilanțului de apă pot fi împărțite în 2 părți: intrare și ieșire. Echilibrul este caracteristică cantitativă ciclu de apă. Metoda de calcul a bilanțului de apă este utilizată pentru studiul elementelor de intrare și de ieșire piese mari globul – pământ, Oceanul și Pământul în ansamblu, continente individuale, mari și mici bazine hidrograficeși lacuri și, în sfârșit, suprafețe mari de câmpuri și păduri. Această metodă permite hidrologilor să rezolve multe probleme teoretice și sarcini practice. Studiul bilanțului apei se bazează pe o comparație a părților sale de intrare și de ieșire. De exemplu, pentru pământ, precipitațiile sunt partea de intrare a balanței, iar evaporarea este partea de ieșire. Oceanul este umplut cu apă prin scurgere. apele fluviale de pe uscat, iar consumul - din cauza evaporării.
Informații conexe:
- Cum poți cumpăra cerul sau căldura pământului? Această idee este de neînțeles pentru noi. Dacă nu deținem aer proaspăt și stropi de apă, cum le poți cumpăra de la noi?
În direcția în jos, acestea încep să fie detectate atunci când grosimea stratului de apă este între sferică (cu o rază de curbură de aproximativ 1 m) și plană.
Ca urmare a schimbului de căldură dintre vapori și lichid, numai stratul superior al lichidului va prelua temperatura de saturație corespunzătoare presiunii medii de scurgere. Temperatura cea mai mare parte a lichidului va rămâne sub temperatura de saturație. Încălzirea lichidului decurge lent datorită valorii scăzute a difuzivității termice a propanului sau butanului lichid. De exemplu, propanul lichid pe linia de saturație la o temperatură ts - 20 ° C a = 0,00025 m - / h, în timp ce pentru apă, care este una dintre substanțele cele mai inerte termic, valoarea difuzivității termice la aceeași temperatură va fie a = 0,00052 m/h
Conductivitatea termică și difuzivitatea termică a lemnului depind de densitatea acestuia, deoarece, spre deosebire de capacitatea termică, aceste proprietăți sunt afectate de prezența cavităților celulare umplute cu aer distribuite pe volumul lemnului. Coeficientul de conductivitate termică al lemnului absolut uscat crește odată cu creșterea densității, în timp ce difuzivitatea termică scade. Când cavitățile celulelor sunt umplute cu apă, conductivitatea termică a lemnului crește, iar difuzivitatea termică scade. Conductivitatea termică a lemnului de-a lungul fibrelor este mai mare decât transversală.
CE depinde de valorile puternic diferite ale acestor coeficienți pentru substanțele de cărbune, aer și apă. Astfel, capacitatea termică specifică a apei este de trei ori, iar coeficientul de conductivitate termică este de 25 de ori mai mare decât cel al aerului, prin urmare, coeficienții de căldură și difuzivitate termică cresc odată cu creșterea umidității în cărbuni (Fig. 13).
Dispozitivul prezentat în fig. 16 din stânga, servește la măsurarea căldurii și a difuzivității termice a materialelor în vrac. În acest caz, materialul de testat este plasat în spațiul format din suprafața interioară a cilindrului 6 și a încălzitorului cilindric 9, plasate de-a lungul axei dispozitivului. Pentru reducerea debitelor axiale, unitatea de masura este echipata cu capace 7, 8 din material termoizolant. In mantaua formata din cilindrii interiori si exteriori circula apa cu temperatura constanta. Ca și în cazul precedent, diferența de temperatură este măsurată printr-un termocuplu diferențial, dintre care o joncțiune 1 este fixată lângă încălzitorul cilindric, iar cealaltă 2 - pe suprafața interioară a cilindrului cu materialul de testat.
Ajungem la o formulă similară dacă luăm în considerare timpul necesar pentru evaporarea unei singure picături de lichid. Difuzitatea termică Xv a lichidelor precum apa este de obicei scăzută. În acest sens, încălzirea picăturii are loc relativ lent în timpul t o/Xv. Acest lucru ne permite să presupunem că evaporarea lichidului are loc numai de la suprafața picăturii fără încălzire semnificativă.
În apele puțin adânci, apa este încălzită nu numai de sus datorită proceselor de schimb de căldură cu atmosfera, ci și de jos, din partea fundului, care se încălzește rapid datorită difuzivității termice scăzute și capacității termice relativ scăzute. Noaptea, fundul transferă căldura acumulată în timpul zilei către stratul de apă situat deasupra acestuia și apare un fel de efect de seră.
În aceste expresii, Yad și H (în cal mol) sunt căldurile de absorbție și reacție (pozitive când reacția este exotermă), iar denumirile rămase sunt indicate mai sus. Difuzivitate termică pentru apă este de aproximativ 1,5-10"cm 1sec. Funcții și
Conductivitatea termică și difuzivitatea termică a fluidelor de foraj sunt mult mai puțin studiate. În calculele termice, coeficientul lor de conductivitate termică, conform lui V. N. Dakhnov și D. I. Dyakonov, precum și B. I. Esman și alții, este luat la fel ca apa - 0,5 kcal / m-h-deg. Conform datelor de referință, coeficientul de conductivitate termică a fluidelor de foraj este de 1,29 kcal/m-h-deg. S. M. Kuliev și colaboratorii au propus ecuația de calcul al coeficientului de conductivitate termică
Pentru calcule aproximative ale proceselor de evaporare a apei în aer și de condensare a apei din aerul umed, se poate folosi raportul Lewis, deoarece raportul dintre difuzivitatea termică și coeficientul de difuzie la 20 ° C este 0,835, care nu este foarte diferit de unitate. . În secțiunea D5-2, procesele care au loc în aer umed au fost studiate folosind o diagramă a conținutului de umiditate specifică versus entalpie. Prin urmare, ar fi util să transformăm ecuația (16-36) în așa fel încât în partea dreaptă în loc să fie parțială
În ecuațiile (VII.3) și (VII.4) și condițiile la limită (VII.5), se adoptă următoarele denumiri Ti și T - respectiv, temperaturile straturilor întărite și neîntărite - temperatura mediului T p - temperatura crioscopică a și U2 - respectiv, difuzivitatea termică a acestor straturi a \u003d kil ifi), mV A.1 - coeficientul de conductivitate termică pentru carnea congelată, W / (m-K) A.2 - același pentru carnea răcită, W / (m-K) q și cg - capacități termice specifice ale cărnii congelate și răcite, J / (kg-K) Pi ir2 - densitatea cărnii congelate și refrigerate p1 \u003d pj \u003d 1020 kg / m - grosimea stratului congelat, numărat din
Teorii ale fenomenelor de transport bazate pe metoda statistica Gibbs, și-au propus sarcina de a obține ecuații cinetice, din care se poate găsi vedere specifică funcții de distribuție de neechilibru. Se presupune că funcția de distribuție de neechilibru a sistemului are o formă de cvasi-echilibru, iar temperatura, densitatea numărului de particule și a acestora. viteza medie depinde de
coordonate spațiu-timp. Corelarea coliziunilor succesive se realizează luând în considerare nu doar coliziunile dure (datorite repulsiei), ci și așa-numitele coliziuni moi (datorite atracției), în urma cărora particulele se deplasează pe traiectorii curbe.
Cea mai cunoscută este metoda Kirkwood, în care impacturile moi determină coeficientul de frecare. Conform lui Einstein-Smoluchowski coeficientul de frecare
Unde constanta lui Boltzmann, T - temperatura absolutăși coeficientul de autodifuzie.
Potrivit lui Kirkwood, corelarea interacțiunii particulelor din jur cu o anumită particulă se realizează în timpul caracteristic, după care forțele care acționează de la alte particule asupra particulei date sunt considerate necorelate. În plus, timpul de corelare a interacțiunii ar trebui să fie mai mic decât timpul caracteristic de relaxare a caracteristicilor macroscopice ale substanţei.
Pentru coeficientul de conductivitate termică, Kirkwood obține următoarea expresie
unde este numărul de particule pe unitatea de volum, este funcția de distribuție a echilibrului radial a particulelor, este potențialul forțelor perechilor.
Pe lângă faptul că, pentru a calcula N folosind această formulă, este necesar să se cunoască cu mare precizie nu numai, ci și derivatele sale, precum și (care în sine este practic de nerezolvat în acest moment problema) S-a demonstrat recent că coeficienții cinetici nu pot fi extinși direct într-o serie în puteri de densitate, așa cum se sărută Kirkwood, dar trebuie folosită o expansiune mai complicată. Acest lucru se datorează necesității de a lua în considerare ciocnirile repetate ale particulelor deja corelate în
rezultatul coliziunilor anterioare cu alte particule. În legătură cu dificultățile de mai sus, este necesar să se recurgă la metode de cercetare model.
Printre lucrările model, de interes sunt lucrările bazate pe idei despre natură mișcarea termicăîn lichide, în care transferul de căldură este determinat prin oscilații hiperacustice ale mediului (fononi). Această abordare ia în considerare caracter colectiv mișcarea moleculelor într-un lichid. În acest caz, conductivitatea termică K este determinată, de exemplu, după cum urmează (formula Sakiadis și Kotes)
unde este viteza hipersunetului; capacitatea termică la presiune constantă, distanța medie între molecule, densitate.
Pe lângă abordarea modelului, există și relații semi-empirice pentru conductivitatea termică (Filippov,
Conductivitate termică de aproximativ 5 ori conductivitate termică mai mică(Tabelul 43). Tetraclorura de carbon este un lichid obișnuit, pentru care, ca și pentru toate celelalte lichide, există o scădere a vitezei sunetului odată cu creșterea temperaturii, o scădere a conductibilității termice și o creștere a capacității termice. În apa la temperaturi scăzute, este adevărat invers. Natura modificării tuturor acestor proprietăți în apă seamănă cu natura modificării lor pentru substanțele obișnuite în stare gazoasă. Într-adevăr, conductivitatea termică a unui gaz crește odată cu creșterea temperaturii.
Viteza medie a moleculelor, capacitatea termică și calea liberă medie).
De exemplu, mai jos este dependența conductivității termice a aerului la presiunea atmosferică pentru un număr de temperaturi.
Schimbarea conductivității termice în timpul topirii gheții I și modificarea suplimentară a T odată cu creșterea temperaturii apa in stare lichida prezentată în fig. 57, care arată că conductivitatea termică în timpul topirii gheții I scade cu aproximativ
Tabelul 43 (vezi scanarea) Dependența de temperatură a conductibilității termice a apei și a tetraclorurii de carbon
de 4 ori. Un studiu al modificării conductibilității termice a apei suprarăcite până la -40°C arată că apa suprarăcită nu are nicio caracteristică la 0°C (Tabelul 43). Pentru a ilustra cursul normal al temperaturii conductivității termice, este prezentată dependența conductibilității termice de temperatură. Conductivitatea termică scade monoton odată cu creșterea temperaturii.
Toate lichidele normale schimbă semnul modificării conductibilității termice cu temperatura odată cu creșterea presiunii. Pentru o clasă mare de lichide, această schimbare are loc la presiune.Conductivitatea termică a apei nu schimbă caracterul dependență de temperatură sub presiune. Valoare relativă cresterea conductibilitatii termice a apei la presiune este de -50%, in timp ce pt
alte lichide normale aceasta crestere la aceeasi presiune este (Fig. 58).
Dependența de presiune a lui K pentru apă este prezentată în fig. 58. O creștere relativă atât de mică a conductibilității termice a apei cu creșterea presiunii se datorează compresibilității scăzute a apei în comparație cu alte lichide, care este determinată de natura forțelor interacțiunii intermoleculare.
Orez. 57. Dependența conductibilității termice a apei și a temperaturii
Orez. 58. Dependența de temperatură a conductibilității termice și a uleiului de silicon pentru un număr de presiuni
Pagina 1
Conductivitatea termică a apei este de aproximativ 5 ori mai mare decât cea a uleiului. Crește odată cu creșterea presiunii, dar la presiuni care apar în transmisiile hidrodinamice, poate fi luată constantă.
Conductivitatea termică a apei este de aproximativ 28 de ori mai mare decât cea a aerului. În conformitate cu aceasta, rata pierderii de căldură crește atunci când corpul este scufundat în apă sau în contact cu acesta, iar acest lucru determină în mare măsură senzația de căldură a unei persoane în aer și în apă. Deci, de exemplu, la - (- 33, aerul ni se pare cald, iar aceeași temperatură a apei pare indiferentă. Temperatura aerului 23 ni se pare indiferentă, iar apa cu aceeași temperatură pare rece. La - (- 12) , aerul pare rece, iar apa pare rece.
Conductivitatea termică a apei și a vaporilor de apă este, fără îndoială, cea mai bine studiată dintre toate celelalte substanțe.
| Vâscozitatea dinamică (x (Pa-s a unor soluții apoase. | Modificarea capacității termice masice a soluțiilor apoase a unor săruri în funcție de concentrația soluției. | Conductivitatea termică a unor soluții în funcție de concentrația la 20 C.) |
Conductivitatea termică a apei are un curs de temperatură pozitiv, prin urmare, la concentrații scăzute, conductivitatea termică solutii apoase multe săruri, acizi și alcalii crește odată cu creșterea temperaturii.
Conductivitatea termică a apei este mult mai mare decât cea a altor lichide (cu excepția metalelor) și, de asemenea, se modifică anormal: crește până la 150 C și abia apoi începe să scadă. Conductivitatea electrică a apei este foarte mică, dar crește semnificativ odată cu creșterea atât a temperaturii, cât și a presiunii. Temperatura critică a apei este de 374 C, presiunea critică este de 218 atm.
Conductivitatea termică a apei este mult mai mare decât cea a altor lichide (cu excepția metalelor), și se modifică și ea anormal: crește până la 150 C și abia apoi începe să scadă. Conductivitatea electrică a apei este foarte mică, dar crește semnificativ odată cu creșterea atât a temperaturii, cât și a presiunii. Temperatura critică a apei este de 374 C, presiunea critică este de 218 atm.
| Vâscozitatea dinamică q (Pa-s a unor soluții apoase. | Modificarea capacității termice masice a soluțiilor apoase a unor săruri în funcție de concentrația soluției. | Conductivitatea termică a unor soluții în funcție de concentrația la 20 C. |
Conductivitatea termică a apei are un curs de temperatură pozitiv, prin urmare, la concentrații scăzute, conductivitatea termică a soluțiilor apoase de multe săruri, acizi și alcaline crește odată cu creșterea temperaturii.
Conductivitatea termică a apei, a soluțiilor apoase de săruri, a soluțiilor alcool-apă și a altor lichide (de exemplu, glicoli) crește odată cu creșterea temperaturii.
Conductivitatea termică a apei este foarte mică în comparație cu conductivitatea termică a altor substanțe; deci, conductivitatea termică a plutei este 0 1; azbest - 0 3 - 0 6; beton - 2 - 3; arbore - 0 3 - 1 0; caramida-1 5 - 2 0; gheață - 5 5 cal / cm sec grad.
Conductivitatea termică a apei X la 24 este 0 511, capacitatea sa de căldură cu 1 kcal kg C.
Conductibilitatea termică a apei prn 25 este de 1 43 - 10 - 3 cal / cm-sec.
Deoarece conductivitatea termică a apei (R 0 5 kcal / m - h - grade) este de aproximativ 25 de ori mai mare decât cea a aerului liniștit, deplasarea aerului de către apă crește conductivitatea termică a materialului poros. Cu înghețare rapidă și formare în pori materiale de construcții nu mai gheață, ci zăpadă (R 0 3 - 0 4), după cum au arătat observațiile noastre, conductivitatea termică a materialului, dimpotrivă, scade oarecum. Contabilitatea corectă a conținutului de umiditate al materialelor este de mare importanță pentru calculele de inginerie termică ale structurilor, atât supraterane, cât și subterane, de exemplu, apă și canalizare.
Sub conductivitate termică se referă la abilitate diverse corpuri conduce căldura în toate direcțiile din punctul de aplicare a unui obiect încălzit. Conductivitatea termică crește pe măsură ce densitatea unei substanțe crește, deoarece vibrațiile termice sunt mai ușor transmise la mai multe materie densă unde particulele individuale sunt situate mai aproape una de alta. Lichidele respectă și ele această lege.
Conductivitate termică este determinată de numărul de calorii care trec într-o secundă. printr-o zonă de 1 cm2 cu o scădere de temperatură de 1 ° pe un traseu de 1 cm. În ceea ce privește conductivitatea termică, apa ocupă un loc între sticlă și ebonită și este de aproape 28 de ori superioară aerului.
Capacitatea termică a apei. Capacitatea termică specifică este înțeleasă ca cantitatea de căldură care poate încălzi 1 g din masa unei substanțe cu 1 °. Această cantitate de căldură se măsoară în calorii. Unitatea de măsură a căldurii este gramul-calorie. Apa percepe la 14-15° cantitate mare căldură decât alte substanțe; de exemplu, cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 kg de apă cu 1° poate încălzi 8 kg de fier sau 33 kg de mercur cu 1°.
Acțiunea mecanică a apei
Cel mai puternic acțiunea mecanică diferă duș, cel mai slab - băi complete. Să comparăm efectul mecanic, de exemplu, al dușului Charcot și al băilor complete.
Adiţional presiune apa pe piele într-o baie în care coloana de apă nu depășește 0,5 m este de aproximativ 0,005 sau 1,20 presiune atmosferică, iar forța de impact a unui jet de apă în dușul Charcot, îndreptată spre corp de la o distanță de 15-20 m, este de 1,5-2 atmosfere.
Indiferent temperatura a apei aplicate, sub influenta dusului, apare o dilatare energetica a vaselor pielii imediat dupa ce jetul de apa cade pe corp. În același timp, se manifestă acțiunea incitantă a sufletului.
Pentru cercetare acțiunea mecanică a mării și râului: scăldat, se aplică formula F = mv2/2, unde forța F este egală cu jumătate din produsul masei m și pătratul vitezei v2. actiune mecanica maritime si valurile râului depinde nu atât de masa de apă care avansează pe corp, cât de viteza cu care are loc această mișcare.
Apa ca substanță chimică solvent. Apa are capacitatea de a dizolva diverse saruri minerale, lichide și gaze, de aici este sporit efectul iritant al apei. Mare importanță atașat schimb de ioni care apar între apă și un corp uman scufundat într-o baie mineralizată.
În condiții normale presiune(adică când temperatura zero) un volum de apă absoarbe 1,7 volume de dioxid de carbon; odată cu creșterea presiunii, solubilitatea dioxidului de carbon în apă crește semnificativ; la două atmosfere de presiune la o temperatură de 10°C se dizolvă trei volume de dioxid de carbon în loc de 1,2 volume la presiune normală.
Conductibilitatea termică a dioxidului de carbon jumătate din conductibilitatea termică a aerului și de treizeci de ori mai mică decât conductibilitatea termică a apei. Această proprietate a apei este folosită pentru amenajarea diferitelor băi de gaze, înlocuind uneori izvoarele minerale.
