При изменении температуры жидкости меняется ее плотность


Глава 4.1. Свойства воды | BookOnLime

Описание свойств воды начинают, обычно, с характеристики аномалий, присущих воде – самому распространенному и, вместе с тем, самому загадочному и необычному веществу на земле. Причем практически каждое из этих аномальных свойств имеет важное значение для обеспечения жизнедеятельности на земле. Необычные свойства воды особенно ярко выделяются на фоне свойств ее гомологов: h3S, h3Se, h3Te. Молекула воды является самым первым и легким представителем этого гомологического ряда, однако гидриды серы, селена и теллура при комнатной температуре, в отличие от воды, находятся в газообразном состоянии (рис. 23).

И вода, если бы она была обычным членом гомологического ряда, должна в соответствии со своей молекулярной массой закипать при температуре –70 оС и превращаться в лед при температуре –90 оС, а значит, не могла бы быть основой жизни на земле.

Рис. 23. Точки плавления и кипения гидридов VI группы Периодической системы элементов

Другая особенность воды – это аномальное изменение плотности в зависимости от температуры (рис. 24). В обычных жидкостях плотность всегда уменьшается с ростом температуры. Для воды характер изменения плотности в зависимости от температуры другой – после таяния льда плотность увеличивается, проходит через максимум при температуре 4 оС, а затем уменьшается с ростом температуры.

Рис. 24. Зависимость плотности воды от температуры

Жидкая вода имеет максимум плотности не в точке плавления, а при температуре 4 оС и ее плотность уменьшается, как при повышении температуры, так и при ее понижении до температуры возможного переохлаждения, равной – 40 оС (при 1 атмосфере). При этом плотность воды больше плотности льда на 10%, благодаря чему лед плавает на поверхности воды. При температуре 4 оС вода уменьшается в объеме до минимальных значений, а при дальнейшем понижении температуры от 4 оС до 0 оС расширяется (рис. 25).

Рис. 25. Зависимость молярного объема воды и льда от температуры

Минимум объема воды при температуре 4 оС обусловлен, по мнению Зацепиной Г.Н., особенностью межмолекулярного взаимодействия системы Н2О, в которой число межмолекулярных переходов протонов равно числу внутримолекулярных переходов. Вода, превращаясь в лед, благодаря увеличению объема приобретает огромную силу, способность разрушать крепчайшие породы и, вместе с тем это спасает нашу планету от оледенения. Так как максимум плотности при 4 оС предотвращает конвективное перемешивание жидкости и опускание на дно поверхностных слоев воды, остывших до температуры ниже 4 оС, что замедляет дальнейшее охлаждение и промерзание водоемов.

Морская вода, в отличие от пресной ведет себя иначе. Наличие различных солей меняет ее физико-химические свойства. Она замерзает при – 1,9 оС (переохлажденная вода) и имеет максимальную плотность при – 3,5 оС, то есть она превращается в лед, не достигая наибольшей плотности. Переохлажденная вода, то есть остающаяся в жидком состоянии ниже точки замерзания 0 оС, ведет себя странно, с одной стороны плотность воды сильно уменьшается по мере переохлаждения, но, с другой стороны она приближается к плотности льда при понижении температуры.

Другая аномалия воды – необычное поведение ее сжимаемости, то есть уменьшение объема при увеличении давления. Для обычных жидкостей сжимаемость растет с температурой – при высоких температурах жидкости более рыхлы, имеют меньшую плотность, их легче сжать. Вода так ведет себя при высоких температурах выше 50 оС. При низких температурах, от 0 оС до 45 оС сжимаемость воды меняется противоположным образом, в результате при температуре 45 оС появляется минимум. Изотермическая сжимаемость воды при температуре 0 оС в четыре раза больше, чем изотермическая сжимаемость льда (рис. 26).

Рис. 26. Зависимость сжимаемости воды от температуры

Максимальное изменение сжимаемость испытывает при плавлении. Сжимаемость воды и льда мала по сравнению со сжимаемостью других веществ (табл.4.1.1).

Таблица 4.1.1. Сжимаемость ряда веществ в интервале температур от 5 оС до 30 оС

Температура,

оС

βs ·1012, дин/см2

Вода

Метанол

Бензин

5

51,6

84,2

10

48,7

114,9

88,5

15

118,8

92,2

25

46,6

122,7

95,6

30

45,8

131,0

103,1

Указание особенности изменения сжимаемости воды и льда объясняют характером водородных связей в них. На этих примерах видно, что необычные свойства воды характеризуются появлением максимумов или минимумов на кривых зависимостей от температуры. Такие зависимости означают, что имеют место два противоположных процесса, которые и определяют эти свойства. Один процесс – это обычное тепловое движение, которое усиливается с ростом температуры и делает воду, как и любую другую жидкость, более разупорядоченной. Другой процесс необычный, присущий только воде, за счет него вода становится более упорядоченной при низких температурах. Разные свойства воды по-разному чувствительны к этим двум процессам, и поэтому положение экстремума наблюдается для каждого свойства при своей температуре.

Самая сильная аномалия воды – это температурная зависимость ее теплоемкости. Величина теплоемкости показывает, сколько нужно затратить тепла, чтобы поднять температуру вещества на один градус. При нагревании вещества теплоемкость, как правило, возрастает для всех веществ, кроме воды. Изменение теплоемкости воды с повышением температуры аномально – от 0 оС до 37 оС она падает и от 37 оС до 100 оС начинает повышаться. Теплоемкость водяного пара приближается к теплоемкости льда. Минимальное значение теплоемкость воды имеет около 37 оС. Это нормальная температура тела человека (36,6–37 оС), именно при этой температуре происходят сложные биохимические процессы в организме человека, значит энергетически это наиболее выгодные условия. Для подавляющего числа веществ теплоемкость жидкости после плавления кристалла изменяется незначительно (табл. 4.1.2).

Таблица 4.1.2. Теплоемкость веществ в трех агрегатных состояниях

Агрегатное состояние

Теплоемкость вещества (СоР, кал/моль)

Н2О

Nh4

Ch5

HCl

h3

Hg

Na

газообразное

8,75

9,9

6,7

6,9

5,0

жидкое

18,0

12,0

11,0

12,0

11,0

6,8

7,6

твердое

9,0

9,0

14,0

15,0

13,0

6,7

8,0

Вода же при плавлении льда меняет теплоемкость в два раза, такого огромного скачка при плавлении не наблюдается ни у одного вещества. Теплоемкость льда имеет очень низкое значение, она близка к теплоемкости одноатомных кристаллов и равна теплоемкости твердого аммиака. В процессе плавления металлов теплоемкость практически не изменяется, для веществ из многоатомных молекул в процессе плавления она, как правило, уменьшается, что, вероятно, связано с тем, что молекулы могут свободно вращаться в жидкости, и не могут в твердом теле. Для таких соединений как Н2О и Nh4 теплоемкость в жидком состоянии много больше, чем в твердом состоянии. Это означает, что в воде открываются какие-то новые, энергоемкие процессы, на которые тратится подводимое тепло, что и обуславливает появление избыточной теплоемкости, причем это характерно для всего диапазона температур, при которых вода находится в жидком состоянии. Эта аномалия исчезает только в паре, то есть это свойство именно жидкой воды. Для переохлажденной воды теплоемкость еще больше возрастает при сильном переохлаждении, то есть переохлажденная вода еще более аномальна, чем обычная. Высокая теплоемкость воды и высокая удельная теплота плавления среди простых веществ (лед трудно растопить, а воду заморозить) способствуют смягчению климата на земле, не происходит резкого перепада температур зимой и летом, ночью и днем, поскольку существует гигантский регулятор, своеобразный термостат – воды Мирового океана.

Другой величиной, которая определяет характер теплового движения в жидкостях, является теплопроводность. Зависимость изменения теплопроводности воды от температуры приведена на рисунке 26. Для сравнения приведено изменение теплопроводности четыреххлористого углерода, который ведет себя, как обычная жидкость, то есть с ростом температуры уменьшается теплопроводность и растет теплоемкость. Как видно из рисунка 27, теплопроводность при плавлении льда уменьшается приблизительно в четыре раза. Переохлажденная вода имеет тот же характер изменения теплопроводности, что и обычная.

Рис. 27. Зависимость теплопроводности воды и четыреххлористого углерода от температуры

Все нормальные жидкости с ростом давления изменяют знак зависимости теплопроводности от температуры. Теплопроводность воды не изменяет характера температурной зависимости под давлением. Относительная величина увеличения теплопроводности воды при давлении 1200 кг/см2 составляет около 50%, в то время как для нормальных жидкостей это увеличение при том же давлении составляет приблизительно 270%. Теплопроводность воды слабо зависит от давления, что связано с малой сжимаемостью воды по сравнению с другими жидкостями.

И, наконец, еще одно удивительное свойство воды, связанное с особенностями ее поверхностного натяжения. Вода в свободном состоянии принимает шарообразную форму (капли дождя, росы). На границе двух сред (вода-воздух) силы межмолекулярного притяжения действуют с одной стороны, стягивая поверхность жидкости. На структуру поверхностного слоя воды влияет два фактора – полярность молекул воды и сетка водородных связей. Поверхностное натяжение воды 72 мн/м (миллиньютон/метр). Это поверхностное натяжение настолько велико, что смоченные водой две пластинки из стекла удается разъединить только с помощью огромных усилий. Из всех известных жидкостей силы поверхностного натяжения воды по своей величине уступают только ртути (около 500 мн/м).

Рис. 28. Зависимость сдвиговой вязкости от температуры для воды и четыреххлористого углерода

Еще одно аномальное свойство воды – ее вязкость. Обычные жидкости с повышением давления увеличивают вязкость, а с ростом температуры уменьшают. Характер изменения вязкости у воды другой. На рисунке 28 представлена зависимость вязкости от температуры для воды и четыреххлористого углерода. Как видно из рисунка вязкость четыреххлористого углерода до температуры около 23 оС меньше, чем у воды, а для больших температур она больше, чем у воды.

Зависимость вязкости от давления для разных температур приведена на рисунке 29, из которой следует, что для низких температур с ростом давления вплоть до 2000 атм вязкость воды уменьшается, а затем начинает расти и при температуре 100 оС кривая близка по характеру зависимости для обычных жидкостей.

Рис. 29. Зависимость сдвиговой вязкости от давления для ряда температур

Увеличение вязкости для них с ростом давления связано с уменьшением длины свободного пробега молекул, так как при большем давлении они плотнее упакованы. Как видно из приведенных характеристик, вода действительно является необычной, аномальной жидкостью и природа этих аномалий кроется в особенностях ее структуры.

Ученые выяснили структуру воды и объяснили её аномальные свойства

Аномально высокое поверхностное натяжение жидкой воды не только позволяет некоторым насекомым спокойно ходить по её поверхности, но и благодаря капиллярным силам обеспечивает поступление питательных веществ к кронам гигантских деревьев, достигающих нескольких десятков метров в высоту.

Объяснить эти свойства на основании лишь строения и химических параметров молекул воды ученые до последнего времени не могли. Секрет крылся в структуре, в которую самоорганизуются молекулы жидкой воды. Он долгое время оставался неразгаданным, так как изучить эту структуру теми же методами, что применяются для изучения строения твердых тел, практически невозможно.

Команда Андерса Нильсона (Anders Nilsson), ведущего специалиста Стенфордского центра синхротронного излучения (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource), сумела преодолеть эти трудности благодаря новейшим методам изучения строения жидкостей с использованием мощного рентгеновского излучения, получаемого с помощью больших ускорителей элементарных частиц, называемых синхротронами. Один из использованных в работе синхротронов находится в Японии, а второй в США.

Ученые выяснили, что существовавшие до сих пор представления о молекулярной структуре воды были неверными - оказалось, что её молекулы формируют не одну структуру, а одновременно два типа структур, сосуществующих в жидкости вне зависимости от температуры. Один тип структуры формируется в виде сгустков примерно по 100 молекул, структура которых напоминает структуру льда. Второй тип структуры, окружающей сгустки, гораздо менее упорядочен.

Увеличение температуры вплоть до точки кипения воды приводит к некоторому искажению структуры сгустков и уменьшению их количества и доминированию разупорядоченной структуры.

"Этот процесс можно представить как танцевальный клуб, где часть людей сидит за столиками, отражая упорядоченную компоненту воды, а часть находясь в толпе, непрерывно перемещается в танце, отражая разупорядоченную. Увеличение температуры воды в этом случае можно сравнить с всеобщим поднятием настроения и ускорением музыки, когда люди начинают вставать из-за столов и присоединяться к танцующим, а часть пустующих столов и вовсе убирается для высвобождения места. Охлаждение - обратный процесс, когда танцпол заполняется столами, и за них присаживаются утомленные танцами гости клуба. При этом при одной и той же "температуре" танцующие и сидящие люди постоянно меняются местами - некоторые присаживаются отдохнуть а некоторые наоборот идут танцевать, тогда как общее соотношение танцующих и сидящих остается прежним" - пояснил результаты работы Нильсон, слова которого приводит пресс-служба Стенфордского центра линейных ускорителей в США.

Это, в частности, объясняет нелинейную зависимость плотности воды от температуры - упорядоченные скопления молекул имеют меньшую плотность, чем неупорядоченные, и она мало меняется с изменением температуры, которую можно сравнить с постоянным размером столов, не зависящим от настроения собравшихся или громкости музыки в ресторане.

Плотность пластовой нефти - Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Плотность нефти (объемная масса) изменяется в пределах 730 - 1040 кг/м³. 
На практике чаще используют единицы измерения г/см³ , плотность нефти изменяется в интервале 0,730 - 1,040 г/см³. 
Более распространена нефть плотностью - 0,82-0,90 г/см³.

Классы плотности сырой нефти:

  • супер легкая (super light) - до 0,78 г/см³  - выше 50оAPI - газовый конденсат;
  • сверх легкая (extra light) - 0,78 - 0,82 г/см³ - 41,1- 50 оAPI;
  • легкая (light) - 0,82- 0,87 г/см³ (light) - 31,1- 41,1оAPI;
  • средняя (medium) - 0,87-0,92 г/см³ - 22,3-31,1оAPI;
  • тяжелая - 0,92-1 г/см³ (heavy) - 10-22,3 оAPI;
  • сверх тяжелая (extra heavy) - более 1 г/см³ - до 10 оAPI - битум.
Для нефти низкой плотности характерно:
  • преобладание метановых углеводородов, 
  • низкое содержание смолисто - асфальтеновых компонентов, 
  • во фракционном отношении - высокое содержание бензиновых и керосиновых фракций.
Тяжелая нефть имеет повышенную концентрацию смолисто-асфальтеновых компонентов.

В США плотность нефти измеряется в градусах оAPI ( American Petroleum Institute (API), Американский институт нефти): высокие значения API соответствуют низким значениям плотности нефти. 

Для характеристики нефти, как правило, используют величины относительной плотности. 
Относительная плотность P – это безразмерная величина, численно равная отношению массы нефти (mнt) при температуре определения к массе дистиллированной воды при 40С (mвt), взятой в том же объеме: 
Pt= mнt / (mвt
Поскольку плотность воды при 40С равна 1, то численное значение абсолютной плотности и относительной совпадают. 
Наряду с плотностью в нефтехимии существует понятие относительного удельного веса (Ɣ). Относительным удельным весом называется отношение веса нефтепродукта при температуре определения к весу дистиллированной воды при 4оС в том же объеме. 
При одной и той же температуре плотность и удельный вес численно равны друг другу. 
В соответствии с ГОСТом в РФ принято определять плотность и удельный вес при температурах 15 и 200 С.

Плотность нефти можно определить следующими методами:

  • определение  ареометром;
  • гидростатическими весами Вестфаля-Мора;
  • пикнометром;
  • расчетным методом.

По плотности можно оценить состав и качество сырой нефти, поскольку ее значение для углеводородов различных групп различно:
  • более высокая плотность - большее содержание ароматических углеводородов,
  • средняя плотность - нафтеновая группа,
  • более низкая - большее содержание парафиновых углеводородов. 
Чем меньше плотность сырой нефти, тем легче процесс ее переработки нефти и выше качество получаемых нефтепродуктов.
Плотность нефти снижается с увеличением глубины залегания продуктивного пласта.

Плотность пластовой нефти - это масса нефти, извлеченной из недр с сохранением пластовых условий, в единице объема.

Обычно она в 1,2 - 1,8 раза меньше плотности дегазированной нефти, что объясняется увеличением ее объема в пластовых условиях за счет растворенного газа.
Известна нефть, плотность которой в пласте составляет всего 0,3 - 0,4 г/см3.
Ее значения в пластовых условиях могут достигать 1,0 г/см3.
  
По плотности пластовая нефть делится на:

  • легкую - с плотностью менее 0,850 г/см3;
  • тяжелую - с плотностью более 0,850 г/см3.
Легкая нефть характеризуется высоким газосодержанием, тяжелая - низким.

Увеличиваются ли молекулы при нагревании? / Хабр

Все мы знаем, что если надуть пластиковую бутылку горячим воздухом, крепко-накрепко закрыть крышкой, а потом охладить, то бутылка сожмётся. Причина этого лежит в физике 8-го класса, или, если точнее, в законе Гей-Люссака, утверждающем, что отношение объёмов при разных температурах равно отношению абсолютных температур. То есть ещё со школьных времён (а может и раньше) нам всем известно, что при нагревании некоторого количества газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается.

А что насчёт того, из чего этот газ состоит? Увеличивается ли объём самих частичек газа, то есть размер атомов и молекул? Банальный ответ на этот банальный вопрос под катом.



Ха-ха, попались!

Ответ на этот вопрос весьма прост: как мы определим

объём

размер частиц (что такое размер атома/молекулы в зависимости от температуры), такой ответ мы и получим. Поскольку атомы по-своей сути — это одноатомные молекулы, то дальше мы будем называть все эти частицы единым термином "

молекула

".

Если взять бутылку с газом, и из этой бутылки взять одну единственную молекулу, то окажется, что для неё не возможно (по-честному) даже принципиально измерить температуру. Частица находится в каком-то конкретном (квантовом) состоянии, которое мы можем определить и измерить, но при этом мы не сможем засунуть ей в в неё термометр и узнать сколько там у неё градусов. Связанно это с тем, что «температура» — это свойство макроскопических (т.е. больших) систем, состоящих из большого числа частиц. А значит если молекул в системе мало, то и измерять у этой системы нечего. «Большое число частиц», конечно, это плавающее понятие, но обычно оно измеряется в молях, или в числах Авогадро (), поэтому очевидно, что одна молекула горааааздо меньше этого порядка величин, а значит само понятие температуры не применимо к одной, двум, да даже десяти молекулам.

Что такое температура?

Но что вообще такое температура? Ещё со школы мы знаем, что есть т.н. абсолютная температура

T

, измеряемая в градусах Кельвина. Именно она стоит во всех газовых законах, в частности в уравнении Менделеева-Клайперона.

Для забывших, как выглядит уравнение Менделеева-Клайперона

Это уравнение имеет вид

, где

P

— давление,

V

— объём,

n

— количество вещества (в молях),

R

= 8.314 Дж/(моль · К) — универсальная газовая постоянная, а

T

— абсолютная температура в Кельвинах (К).


Абсолютная температура связанна с относительной температурой

t

, измеряемой в градусах Цельсия, как

, и абсолютный ноль (

T

=0, или же

) — это недостижимая величина. Ещё всем в голову вбивают мантру:


абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии молекул.

Но эта мантра не объясняет, что же именно из себя представляет температура.

Попробуем разобраться. Начнём с простого примера. Закроем глаза и представим себе Африку: жаркую, солнечную, заполненную равнинными саваннами, и с горой Килиманджаро торчащей посередине. А ещё там есть слоны.

Каждый слон имеет определённую (большую) массу, и поэтому любое поднятие своей туши из равнинной местности в горную — это большая затрата энергии.

Представим, что слоны голодные, поэтому энергии у них мало. Будучи слоном, я бы в таком состоянии не попёрся бы в гору, а тусовался бы в саванне. В горы бы я ходил только по очень-очень большой нужде. В результате, если бы мы сняли фотографию Африки со спутника, она бы выглядела примерно так, как показано на картинке ниже: много-много слонов на равнине, и очень мало смелых и отчаянных в горах, причём, чем выше — меньше вероятность найти слона.

А теперь представим, что слоны хорошенько поели, да ещё какой-нибудь [Роскомнадзор] ещё для скорости им в еду подсыпали, так что энергии у слонов много. В этом случае, что равнина, что гора, слоны будут туда переться без особой устали, поэтому теперь вероятность отыскать слона на равнине и в горах будет отличаться уже меньше, чем в предыдущем примере (см. картинку ниже), хотя всё ещё будет сохраняться правило: чем выше на гору — тем меньше слонов.

Эти два примера весьма точно иллюстрируют случаи газа с низкой (первый) и высокой (второй) температурой. У каждой молекулы (слона) есть какая-то своя энергия, в нашем примере — это гравитационная энергия , где m — масса, g = 9.8 м/c2 — ускорение свободного падения, а h — высота над равниной. Из энергии каждой конкретной частицы (места, где нашли слона) мы не можем ничего сказать о том, как всех слонов покормили в целом, но именно то, сколько на всех выделили еды, или другими словами, сколько энергии вкачали в среднем во всю систему, даст нам распределение слонов по ландшафту Африки. Собственно, температура в наших примерах — это общая величина накормленности всех слонов во всей Африке. Именно поэтому мантра из школьного курса физики и оказывается верна — температура — это то, сколько в среднем энергии (причем, как кинетической, так и потенциальной) имеет каждая молекула, или, что в данном случае эквивалентно, какова вероятность найти частицу с очень большой энергией. Но более точно, температура — это параметр распределения Больцмана (или Гиббса) — распределения частиц по состояниям с различной энергией. Это распределение говорит нам, что чем выше температура, тем больше высокоэнергетических молекул относительно числа низкоэнергетических мы имеем.

Распределение Больцмана

Собственно, распределение Больцмана имеет вид:

где

n(E)

— это число частиц с энергией

E

,

R

— универсальная газовая постоянная (см. предыдущий спойлер), а

T

, само собой, температура.

В примере же со слонами мы иллюстрировали т.н. барометрическую формулу: частный случай распределения Больцмана, показывающий как меняется давление газа с увеличением высоты:

где

P(h)

— это давление на высоте

h

,

, а

M

— это молярная масса газа.



Растут ли атомы от температуры?

Теперь, собственно, можно перейти к вопросу: а растут ли, например, атомы при росте температуры. Само собой, каждый конкретный атом находится в каком-то квантовом состоянии, поэтому от температуры его размер не зависит, но вот средний размер всех атомов в сосуде с газом от той самой температуры зависеть уже будет.

Представим себе, например, атом водорода: тяжёлый протон, а вокруг него летает электрон. Поскольку протон положительный, а электрон отрицательный, то один притягивает другой по закону Кулона, который выглядит точно так же как ньютоновская гравитация, поэтому в этом смысле атом вполне себе напоминает, например, Солнце и Землю, летающую вокруг него. Только, как говорит нам (далеко не полностью удачная, см. например, тут) атомная модель Бора, в отличие от системы «звезда + планета», электрон летает вокруг ядра только по орбитам определённого радиуса.

Так или иначе, чем больше энергии мы закачиваем в атом водорода, тем более широкая орбита будет доступна электрону для полёта вокруг ядра. Естественно, если мы возьмём один конкретный атом, мы можем узнать его орбиту, и она ничего нам о температуре всех атомов не скажет. Но вот если мы измерим радиусы у множества атомов, а потом усредним полученные величины, то у нас действительно возникнет зависимость от температуры для этого среднего числа. В результате получится что-то типа такой картинки:

Из неё видно, что чтобы начать замечать хоть какие-то изменения в размере электронной оболочки, нужно ооочень сильно нагреть атом (в данном случае до более 10000 градусов). Это в целом общий тренд.

Как была посчитана эта зависимость

Подробнее о формулах можно узнать

в этом посте

.

Если кратко, то радиус орбиты (R) в зависимости от главного квантового числа n=1,2,3… — это

где

R0

=5.3×10

−11

метра − это боровский радиус. Энергия (

E

) же орбиты имеет вид

где

Eh= 4.3597447222071(85)×10−18 Джоулей − это энергия Хартри

.

Далее используя распределение Больцмана для одной частицы, мы можем посчитать среднее значение радиуса от температуры как

Знаменатель у нас появляется из-за того, что полная вероятность всех исходов измерений должна быть равна единице.


Иными словами,

ответ на вопрос поста: да, при нагревании электронные оболочки атомов (и молекул) в среднем расширяются

. Но, это увеличение очень маленькое, и требует нагрева до очень высоких температур, к которым мы в обыденной жизни не привыкли.

Растут ли молекулы от температуры?

Теперь зададимся вопросом: а что если наша молекула составлена не из одного, а из двух, трёх или более атомов? Можем ли мы что-то сказать о межатомных расстояниях в ней, как ведут они себя при повышении температуры? Для простоты, естественно, ограничимся двухатомными молекулами, кои, в частности, составляют как минимум 98.7 % нашей атмосферы (азот и кислород).

У нас есть один атом, у нас есть второй атом: ммммм, и расстояние между ними, обозначим его как R. Как ведёт себя потенциальная энергия взаимодействия этих атомов в зависимости от R?

  • Если мы разведём атомы оооочень далеко друг от друга, то химическая связь между ними давно будет разорвана. Поэтому особой разницы от того, что расстояние мы увеличим от «очень много» до «очень много и ещё чуть-чуть», мы не заметим. Иными словами при R → ∞ у нас должна быть горизонтальная асимптота.
  • Если же, наоборот, мы будем пытаться впихнуть один атом в другой (R → 0), то в какой-то момент мы выгоним из пространства между этими атомами все электроны, ибо те не идиоты, чтобы тусоваться в токсичной высокоэнергетической атмосфере, и у нас останутся два голых положительно заряженных ядра, отталкивающиеся друг от друга через Кулоновскую силу. Т.е. при R → 0 у нас будет вертикальная асимптота, стремящая потенциальную энергию взаимодействия атомов в высокоэнергетическую бесконечность.
  • Ну и, логично, что не будь какого-то минимума на этой потенциальной кривой между R=0 и R → ∞, то самих молекул о которых мы говорим, не существовало бы.

В итоге мы понимаем, что кривая потенциальной энергии взаимодействия имеет следующий вид:

Атомы в молекуле всегда колеблются, даже при абсолютном нуле, когда никакой лишней энергии не осталось. Из-за принципа неопределённости они не могут просто скатиться в минимальную по энергии точку на потенциале и сдохнуть лежать, свернувшись калачиком: им приходится совершать т.н. нулевые колебания. Если же энергия у них выше, то и колеблются они с большей амплитудой. Поэтому возникает вопрос: а как конкретно колеблются атомы?

Если бы слева и справа от точки минимума потенциал был одинаков, как, например, в случае закона Гука, то атомы во время колебаний отклонялись бы в область малых значений межатомных расстояний ровно то же количество времени, сколько и в область больших значений. В этом случае бы среднее значение межатомного расстояния при любой температуре было бы равно значению расстояния в точке минимума. Иными словами, если бы мы взяли газ, и в любой момент времени сфоткали все молекулы, а потом посчитали бы среднее значение для всех расстояний между атомами, то в итоге получили бы расстояние в точке минимума.

Но реальность у нас другая: слева от точки минимума (при R → 0) у молекулы стоит жёсткая стенка, а справа (при R → ∞) — мягкий диван. Вопрос: где будет больше времени проводить молекула: долбиться о стенку, или валяться на диване? Правильно: конечно на диване. Иными словами, распределение расстояний в молекуле, что при абсолютном нуле, что при какой-то температуре, будет несимметричным, поэтому среднее значение расстояний будет сдвинуто в сторону больших расстояний относительно минимального. Мало того, при повышении температуры, т.е. когда мы будем закачивать больше кинетической энергии в систему, увеличивая амплитуду колебаний, молекула будет видеть гораздо более жёсткую стенку, и гораздо более мягкий диван. Поэтому среднее значение межатомных расстояний будет расти с ростом температуры, а значит и средний размер молекул, причём всех, не только двухатомных, будет увеличиваться.

К сожалению, чтобы посчитать этот рост среднего расстояния, потребуется много больше усилий, чем в случае атома водорода. Но можно пойти другим путём, и поискать, а не исследовался ли этот вопрос в экспериментах?

И порывшись на просторах этих наших Интернетов, можно набрести на следующую работу: J. Chem. Phys. 79, 170 (1983). В ней делали эксперимент буквально описанный выше:

  • брали кучу молекул углекислого газа (CO2) и нагревали их до разных температур, в диапазоне температур от комнатной (300 K ≈ 25oC) до «ай как горячо» (1000 К ≈ 730oC ),
  • при каждой выбранной температуре делали «фотку» всех молекул при помощи электронов (этот метод зовётся газовой электронографией, о нём можно немного почитать здесь),
  • ну а дальше буквально измеряли средние значения для межатомных расстояний на каждой фотке.

В результате они, в частности, получили следующую зависимость средней длины двойной связи C=O в молекуле углекислого газа (O=C=O):

Из графика видно, что при нагреве от комнатной температуры до 1000 градусов К это среднее значение выросло почти на 0.004 Å (1 ангстрем, Å, = 10—10 метров). Конечно, в наших привычных величинах это очень мало, но сама длина связи C=O в этой молекуле составляет 1.2 Å, так что это рост на почти 0.3 %! Вполне себе заметная величина при нагреве, достижимом привычными средствами (например, газовой плитой).

Зачем это вообще знать?

Да хотя бы просто ради любопытства. Разве не прикольно поспорить с коллегой на чашку кофе, что при нагреве контейнера с едой в микроволновке помимо объёма газа увеличится и размер частиц газа? Ну и в практическом смысле это тоже важно. Все эти температурные расширения/уменьшения всяких макроскопических объектов, таких как рельсы, провода линий электропередач, да даже крышки банки под горячей водой, работают ровно по тому же механизму, что и для молекул газа: средние межатомные расстояния увеличиваются, т.к. в систему при увеличении температуры закачивается больше энергии движения частиц. И по-моему, осознание того, что за такими обыденными явлениями стоят такие нетривиальные процессы, вдохновляет на новые подвиги и свершения.

Всех благ, и да пребудет с Вами межатомная сила.

Плотность воды

Плотность воды в 800 раз, а вязкость - примерно в 55 раз больше, чем воздуха. Поэтому водная среда очень своеобразна и влияет на образ ■ жизни и жизненные формы ее обитателей.[ ...]

Вода обладает многими ярко выраженными аномальными свойствами. Все они являются следствием особенностей структуры воды и развитости в ней водородных связей. Плавление твердой воды (льда) сопровождается не расширением, как для подавляющего большинства веществ, а сжатием. Аномально изменение плотности воды с повышением температуры: при ее возрастании от 0 до 4°С плотность увеличивается, при 4°С она достигает максимальной величины и только при дальнейшем повышении температуры плотность воды начинает уменьшаться. Зависимость теплоемкости воды от температуры также имеет экстремальный характер. Минимальная теплоемкость достигается при 35,5 °С, что вдвое превышает теплоемкость льда (при плавлении других твердых тел теплоемкость изменяется незначительно). И вообще, удельная теплоемкость воды аномально велика. Она равна 4,2 Дж/(г-К), в то время как, например, теплоемкость спирта равна 0,14 Дж/(г-К). Вязкость воды в отличие от вязкости других веществ возрастает с повышением давления в интервале температур от 0 до 30°С. Вода имеет температуры плавления и кипения, значительно отличающиеся от этих температур других гидратных соединении, соразмерных с водой. Воде свойственна также исключительно высокая диэлектрическая проницаемость, обусловливающая большую ее растворяющую способность.[ ...]

Для воды характерно существование нескольких полиморфных форм льда. В зависимости от температуры и давления, при которых происходит формирование кристаллической фазы, различают 13 видов льда. При обычных условиях устойчивым является лед, имеющий гексагональную структуру. Данными рентгеноструктурного анализа подтверждено, что в кристалле льда, имеющем молекулярную кристаллическую решетку, каждая молекула воды тетраэдрически окружена четырьмя другими молекулами, образующими с ней водородные связи (рис. 3). Подобное соединение молекул воды друг с другом способствует образованию пустот в кристаллической решетке льда. Такой рыхлой структурой объясняется аномально малая плотность воды в твердом состоянии. Свободные полости в структуре льда способствуют образованию клатратных соединений включения клеточного типа. Подобные образования могут давать молекулы таких газов, как С12, Н2Э, метан и др.[ ...]

Обработка воды коагулянтами приводит к образованию крупных хлопьев. Однако эти хлопья вследствие рыхлой структуры (объем содержащейся в них воды достигает 97—99,99%) имеют малую плотность, близкую к плотности воды. Для цветных маломутных вод плотность таких хлопьев составляет 1,001— 1,003 г/мл, для мутных вод, содержащих достаточно большое количество взвешенных веществ, — 1,01—1,03 г/мл. Хлопья, полученные йри коагулировании, вследствие малой плотности оседают медленно, даже если их размер составляет сотни микрометров. Скорость оседания частиц зависит от температуры, что связано с изменением вязкости и плотности воды (табл. Ш.З).[ ...]

Изменение плотности воды играет существенную роль для оседания хлопьев, образующихся при коагулировании цветных вод. При температуре менее 10 °С скорость оседания этих хлопьев только в результате изменения плотности воды может быть в 2—3 раза меньше, чем при температуре 20—25 °С. Оседание хлопьев, образующихся при коагулировании мутных вод, в меньшей степени зависит от плотности воды.[ ...]

Определение плотности воды производится тем же методом и по той же формуле.[ ...]

Для повышения плотности на 0,1 г/см3 (плотность воды - 1 г/см3) примерно две трети пустот додекаэдра необходимо заполнить и тогда среднее координационное число составит 4,5. Модель Маленкова предполагает наличие только зеркально-симметричных связей в структуре жидкой воды и согласуется с результатами Л. Полинга [25].[ ...]

Изменение плотности воды с температурой при давлении 101 кПа.

Учитывая, что конечная плотность пластовых вод является величиной, которая должна быть положена в основу при определении глубины заложения водоводов, в проектах разработки нефтяных месторождений следует давать прогноз изменения плотности воды в процессе эксплуатации залежи.[ ...]

Пример 3. Выпуск сточных вод в количестве [ ...]

Турбулентность втекающих вод. Контраст между плотностью озерной воды и воды притоков оказывает влияние на турбулентные движения вод в озере. При «чистом» поступлении энергии на поверхность земли (например, весной и летом или в дневные часы) воды рек и водотоков будут относительно более теплыми, чем озерные воды, вследствие ограниченной глубины водотоков. Эта разница температуры приводит к различию в плотности вод — втекающие в озеро воды должны иметь меньшую плотность, чем озерные воды, и по этой причине они будут стремиться подняться к поверхности. Если воды притока поступают в озеро на уровне его поверхности («перетекание» на рис. 2.29), то они вызовут незначительную турбулентность вод. Если же втекающие воды проникают на большую глубину, то в озере формируется струя, которая, обладая плавучестью, поднимается к поверхности до определенной глубины (рис. 2.30).[ ...]

Биологическое загрязнение воды. Природные воды обильно заселены бактериями, водорослями, простейшими, червями и другими организмами. Биологические загрязнители развиваются тем интенсивнее, чем больше в воде питательных веществ. Самыми распространенными из микроорганизмов являются бактерии, которые принимают активное участие в образовании всех водных сообществ. Они в изобилии развиваются в иле и других грунтах, входя в состав донного населения; бактерии могут образовывать весьма обильные обрастания подводных предметов (перифитон). В виде бактериопланктона они входят в состав планктонного сообщества, относящегося к наиболее мелкой части планктона (наннопланктон). Бактерии образуют устойчивые взвеси, так как они по плотности близки к плотности воды из-за содержания в клетке высокой влажности (около 85% воды).[ ...]

В водохранилищах циркуляция воды в верхних слоях поддерживается благодаря действию ветра, что приводит к полному насыщению воды кислородом. Это, в свою очередь, создает нормальные условия для развития планктона, служащего пищей для рыб. Однако ниже определенного уровня перемешивающее действие ветра перестает сказываться и плотность воды быстро повышается. Вода из придонных слоев выше этого уровня подняться не может, в ней происходит накопление остатков растительных и животных организмов, опускающихся из верхних слоев и разлагающихся с образованием сероводородных соединений. Следствием этого являются обескислороживание воды и значительное ухудшение ее качества.[ ...]

Основная часть взвеси природных вод и взвеси после коагулирования имеет плотность больше плотности воды и поэтому седиментирует на дно. Скорость осаждения частиц (в мм/сек) при температуре воды 10° С называется гидравлической крупностью.[ ...]

Выделение всплывающих примесей из воды по существу аналогично осаждению твердых взвешенных частиц; отличие лишь в том, что плотность частицы р2 в этом случае меньше плотности воды р; и частица вместо осаждения всплывает.[ ...]

Объемная гексагонально-клатратная модель воды включает гексамеры в виде «кресла» или «ванны», которые образуют по оси г пакеты (I—IV), состоящие из открыто- и плотноупакованных структур воды в составе единой водородной сетки, т.е. связаны между собой по оси г и в плоскости х, у водородными связями. Наличие больших (А) и малых (Б) полостей в структуре воды (между гексамерами) объясняет наличие широкополостного и узкополостного клатрата воды и фазовые переходы в ней при деформации этих полостей под действием внешних факторов.[ ...]

Влияние интенсивности перемешивания воды на хлопьеобразование сернистого железа. Плотность воды

Необычны многие физико - химические характеристики воды. Взять хотя бы изменение ее объема при переходе от жидкого состояния к твердому — при замерзании. Ведь подавляющее большинство известных нам веществ (кроме серебра, висмута и чугуна) в обычном состоянии по мере охлаждения сжимаются, а в твердом состоянии имеют объем значительно меньший, чем в жидком. При этом соответствующим образом увеличивается и их плотность. Вода же при охлаждении в нормальных условиях ниже 0° С кристаллизуется, образуя лед, плотность которого меньше, а объем почти на 10% больше объема исходной воды. Характерно, что хотя расширение объема происходит скачкообразно, оно некоторым образом подготовлено, имеет, так сказать, свою предысторию.[ ...]

Горизонтальные и вертикальные колебания солености вод имеют важнейшие для Океана динамические следствия. Дело в том, что с ростом солености увеличивается плотность воды. При солености 35%о и температуре 0°С плотность морской воды составляет 1,02813 (масса каждого кубометра такой морской воды на 28,13 кг больше, чем соответствующий объем дистиллированной воды). Но плотность воды зависит еще и от ее температуры. Вдобавок температура замерзания морской воды не 0°С, как у пресной, а ниже (—1,9ГС при солености 35%о), и температура наибольшей плотности не +4°С, как у пресной, а отрицательная (—2,47 °С при солености 30%о, —3,52 °С при солености 35 %0). Все это прямым образом влияет на циркуляцию вод Океана, причем механизм этого влияния отличен от аналогичных процессов в пресной воде.[ ...]

Распределение возвратно-поступательных движений вод по акватории оз. Байкал при действии одноузловой сейши (а) и схемы дискретных крупномасштабных вихрей при однородной плотности воды (б) и наличии стратификации плотности по глубине (е).

Молекулярные основы свойств Р—V—Т. Основываясь на данных о плотности воды и о структуре льда I, Бернал и Фаулер [23] предположили, что вода должна иметь более открытую структуру, чем неупорядоченные, плотно упакованные структуры простых жидкостей, таких, как аргон и неон. Они отметили, что межмолекулярное расстояние молекул воды во льду I составляет около 2,8 А, что соответствует «молекулярному радиусу» приблизительно 1,4 А. Неупорядоченный, плотно упакованный ансамбль молекул с радиусом 1,4 А будет иметь плотность 1,84 г/мл. Следовательно, для объяснения наблюдаемой плотности воды, равной 1,0 г/мл, надо исходить из предположений, что либо жидкая вода является плотно упакованной жидкостью, в которой эффективный молекулярный радиус увеличивается от 1,4 А во льду до 1,72 А в воде, либо укладка молекул имеет значительно более открытый характер в воде, чем в плотно упакованных жидкостях. Бернал и Фаулер исходя из рентгенографической картины воды вынуждены были отказаться от первого предположения (см. п. 4.2.1). Как отмечалось выше, они приписали относительно открытую структуру воды наличию широко распространенной четверной координации молекул в жидкости.[ ...]

Не меньшее значение имеет и аномально большая теплоемкость воды, из-за которой в зимнее время массы воды медленно остывают, а летом постепенно нагреваются, являясь таким образом регулятором температуры на земном шаре. Поверхностное натяжение и плотность воды определяют высоту, на которую она может подниматься по капиллярам. Это свойство обеспечивает движение воды в стеблях растений и стволах деревьев, другими словами — их жизнь.[ ...]

Для выделения тонкодисперсных нерастворенных загрязнений с плотностью меньше плотности воды (чаще всего для выделения эмульгированных жидкостей) может быть использован метод флотации, при котором производится насыщение сточной воды пузырьками мелкодиспергированного воздуха. К последним прилипают частицы эмульгированных примесей, содержащихся в сточной воде, затем они всплывают на поверхность, образуя пену, которую затем удаляют вместе с флотируемыми веществами.[ ...]

Например, для загрязнителей, представленных нефтепродуктами (НП), плотность которых обычно ниже плотности воды, барьерами на их пути являются прежде всего водоносные горизонты. Воды, содержащиеся в почвенном слое, верховодка, фронт капиллярного подъема грунтовых вод и, наконец, зеркало грунтовых вод служат барьерами на пути миграции таких загрязнителей. Поэтому чаще всего техногенные "залежи" НП являются водоплавающими, они располагаются на небольшой глубине, в пределах первых метров (реже - нескольких десятков метров). Пластовое давление таких техногенных залежей равно гидростатическому. В районах многолетнемерзлых пород барьерами для формирования таких залежей НП являются многолетнемерзлые породы, надмерзлотные воды сезонных таликов или сезонномерзлые породы.[ ...]

Выделение частиц нефтепродуктов происходит под действием разности плотностей воды рш и частицы рч.[ ...]

Широкое использование флотации для очистки масло- и.нефтесодержащих сточных вод обусловлено в первую очередь тем, что масла и нефтепродукты являются гидрофобными веществами и- легко поддаются флотации . Кроме того, их плотность значительно меньше плотности воды, что также способствует флотационному разделению систем масло - вода.[ ...]

Электрофлотационный способ является одним из наиболее эффективных при очистке вода нефтепродуктов, тонкодисперсных частиц, растворенных органических соединений. Наиболее высокая степень очистки сточных вод достигается в электрофлотационных аппаратах, имеющих наряду с флотационной камерой и камеру электрокоагуляции. В этом случае сточные воды предварительно подвергаются воздействию как электрического поля, так и образующихся при электрокоагуляции оксидов металлов - продуктов растворения анодных электродных пластин. Б качестве таких пластин используют сталь Ст.З. В камере электрокоагуляции в результате адсорбции загрязнений на хлопьях гидрооксида железа образуются агрегаты, которые включают также пузырьки выделяющихся при электролизе водорода и кислорода. Плотность этих агрегатов меньше, чем плотность воды. Однако скорость их флотационного отделения от воды невелика. Для интенсификации отделения этих агрегатов от воды и доочистки осветленной жидкости используют электрофлотацию с применением нерастворимого анода. Как показали экспериментальные исследования, продолжительность электрокоагуляции и флотации сточных вод должна быть одинаковой. При этом максимальная общая продолжительность электрокоагуляции и флотации сточных вод составляет 30 - 40 мин (0,5 - 0,65 ч).[ ...]

Топография дна. Основным фактором является наличие континентального шельфа. На мелких местах плотность воды определяется ее соленостью, а не температурой. Наличие, размеры и форма подводных ущелий также заметно влияют на физическую структуру системы, а геологическая структура и формы бентоса — на химические и биологические свойства водных масс.[ ...]

Напорные гидроциклоны, изготавливаемые из нержавеющей стали, применяют для выделения из сточных вод примесей минерального происхождения, плотность которых значительно отличается от плотности воды. Они состоят из цилиндрической части диаметром от 25 до 500 мм и конической. Сточная вода подается под давлением 0,15...0,4 МПа.[ ...]

Мерная посуда для выполнения точных работ должна быть всегда проверена путем определения веса чистой воды, заполняющей указанный на посуде объем. При этом для получения правильных результатов необходимо вводить поправки на тепловое расширение воды и стекла посуды, а также на различие плотностей воды и латунного разновеса при взвешивании на воздухе (табл. 2).[ ...]

При ограниченных возможностях использования вышеупомянутых средств на нефтебазах образуются сточные воды, загрязненные нефтепродуктами. В соответствии с требованиями существующих нормативных документов они подлежат довольно глубокой очистке. Технология очистки нефтесодержащих вод определяется фазоводисперсным состоянием образовавшейся системы нефтепродукт — вода. Поведение нефтепродуктов в воде обусловлено, как правило, меньшей их плотностью по сравнению с плотностью воды и чрезвычайно малой растворимостью в воде, которая для тяжелых сортов близка к нулю. В связи с этим основными методами очистки воды от нефтепродуктов являются механические и физико-химические. Из механических методов наибольшее применение нашло отстаивание, в меньшей мере— фильтрование и центрифугирование. Из физико-химических методов серьезное внимание привлекает флотация, которую иногда относят и к механическим методам. Важную роль при очистке нефтесодержащих вод выполняют коагуляция и флокуляция. В отдельных случаях используется сорбция с применением активированных углей.[ ...]

Давление в водной среде возрастает по мере погружения. Благодаря значительно (в 800 раз) большей, чем у воздуха, плотности воды на каждые 10 м глубины в пресноводном водоеме давление увеличивается на ОД МПа (1 атм).[ ...]

Хлоридность (С1) — содержание хлора, брома и иода в граммах (определенные аргентометрически по Фольгарту) в 1 кг воды в пересчете на хлорид-ион. Хлористость — концентрация хлора в 1 л воды — употребляется редко; она равна хлоридности, умноженной на плотность воды при 20°С.[ ...]

Граничное условие на соленость состоит просто в том, что нет потока в атмосферу. Однако если происходит испарение, то вода отводится, и поэтому соленость воды начинает возрастать. Поверхность раздела движется вниз относительно жидких частиц со скоростью Е/pw, где pw— плотность воды, и поэтому имеется эффективная плотность потока соли (E/pw)s в поверхностную пленку, где s — соленость у основания пленки. Если этот поток не балансируется диффузионным потоком, направленным вниз, то соленость поверхностной пленки будет возрастать. Если происходит выпадение осадков, то капли пресной воды попадают на поверхность, после чего ее движение и свойства будут определяться из обычных уравнении.[ ...]

Специфика водной среды обитания определяется многими факторами, прежде всего - термодинамическими характеристиками воды. Так, ее удельная теплоемкость в 3000 раз выше, чем воздуха, скрытая теплота плавления больше, чем любых других веществ (для превращения в воду 1 г льда необходимо затратить 335 Дж). Вода имеет самую высокую из известных веществ теплоту парообразования: для испарения 1 г воды при температуре +100 °С затрачивается почти 2260 Дж, а при 0 °С - 2493 Дж. Плотность воды (1 г/см3) самая большая при температуре +4 °С, а не при 0 °С. При температуре выше или ниже +4 °С вода увеличивается в объеме, а ее плотность снижается.[ ...]

Методами вычислительного эксперимента в целом ряде работ (см., например, обзорную работу [159]) выполнено моделирование профилей плотности воды вблизи стенки. Расчеты показывают, что в тонких пленках воды существует пространственное и ориентационное упорядочение молекул воды, которое сохраняется в широком интервале температур. Физической причиной такого упорядочения является усиление водородных связей в слоях за счет их ослабления между слоями. Такое перераспределение водородных связей позволяет говорить о выделенных квазидву-мерных (2с1) структурах со свойствами жидкокристаллической фазы.[ ...]

Для турбин, работающих в морской среде, массовые ограничения менее существенны из-за действия на элементы конструкций силы Архимеда. Повышенная плотность воды позволяет, кроме того, уменьшить столь существенное для воздушных турбин воздействие вибраций, вызывающих усталостное разрушение материалов.[ ...]

Из приведенной формулы видно, что скорость осаждения пропорциональна квадрату диаметра частиц. Кроме того, скорость тем больше, чем меньше вязкость и плотность жидкости и больше плотность взвешенных в ней частиц. В связи с тем, что вязкость и плотность воды с повышением температуры уменьшаются, скорость осаждения при этом увеличивается.[ ...]

Атмосфера способствует испарению летучих фракций нефти, последние подвергаются атмосферному окислению и переносу и могут вернуться на землю или в океан. Местом контакта атмосферы с морскими водами является поверхностный микрослой, в котором и происходит концентрирование углеводородов, что объясняется, прежде всего, несколько меньшей их плотностью по сравнению с плотностью воды и незначительной водорастворимостью. Многие источники такого поступления достаточно регулярны, но с поверхностного водного слоя путем испарения легких фракций и улета с брызгами осуществляется и постоянный отток нефтяных углеводородов.[ ...]

Адаптивные изменения, имеющие место у рыб при изменениях Температуры, связаны и с некоторой морфологической перестройкой. Так, например, у многих рыб адаптивйой реакцией на изменение температур, а тем самым и плотности воды, является изменение числа позвонков в хвостовой области (с замкнутыми гемальными дугами), т. е. изменение гидродинамических свойств в связи с приспособлением к движению в воде иной плотности.[ ...]

Период летнего нагревания начинается с момента возникновения прямой стратификации (температура уменьшается с глубиной) во всем озере. По мере нагревания озера в условиях прямой (устойчивой) стратификации разность температур и плотностей воды между поверхностными и глубинными слоями, особенно в безветренную погоду, резко возрастает. Конвекция, возникающая при ночном охлаждении, выравнивает температуру лишь в сравнительно тонком поверхностном слое. В результате в верхнем, прогретом слое воды устанавливается более или менее одинаковая температура. В нижних глубинных слоях сохраняются холодные «весенние» воды с плавным изменением температуры.[ ...]

Другим методом классификации эстуариев, имеющим большее отношение к целям настоящей главы, является классификация на основе химических характеристик системы. В этой классификации [8] учитывается концентрация и распределение растворенных солей, что определяет плотность воды в большей степени, чем изменения температуры (рис. Х1-3).[ ...]

После того как достигается однородный профиль температуры, озеро, очевидно, продолжает охлаждаться и конвективные течения достигают дна. Однородность таким образом устанавливается й поддерживается до тех пор, пока не будет достигнута тейпература максимальной плотности воды. Если температура„ вод поверхностного слоя снижается ниже 277 К, то аномальные вариации плотности воды от температуры предопределят, что эти более холодные воды станут менее плотными, приводя к увеличению стабильности, при которой температурный профиль показывает обратную стратификацию (см. рис. 2.19). Воды поверхностного слоя в конце концов замерзнут. Однако вследствие того, что этот более холодный слой расположен на поверхности, нижележащие слои будут иметь температуру около 277 К и не замерзнут. Таким образом водоем приобретет ледяной покров; он образуется только тогда, когда вода озера, промерзающего до определенной глубины, потеряет достаточно тепла. Так, в большинстве водоемов Канады, расположенных в пределах Полярного круга, толщина льда может быть 2—3 м (рис. 2.22). Надо отметить, что лед эффективно защищает водные массы от ветрового перемешивания.[ ...]

Растворитель должен удовлетворять следующим требованиям: иметь, возможно, высокий коэффициент распределения; обладать селекционирующей способностью экстрагировать из сложной среды один вид загрязнения, предназначенный для улавливания; обладать низкой растворимостью в воде; существенно отличаться от плотности воды и иметь температуру кипения, отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества.[ ...]

Сейши в оз. Байкал действуют в безледоставный период примерно 90% времени [160, 161]. Одноузловые сейши имеют период, около 5 ч, а наибольшую высоту колебания уровня около 0,2 м. Наибольшие из средних скоростей сейшевых течений в узловых створах составляют 2—4 см/с, а максимальные достигают 7— 10 см/с [171]. Поля поверхностных сейшевых течений обычно характеризуются прямолинейными траекториями, ориентированными вдоль продольной оси озера (рис. 2.11а). В отдельных местах акватории озера, приуроченных к выступам и резким изгибам линии берега, отмечаются искривления движения потока, которые иногда приводят к формированию крупномасштабных циклональ-ных или антициклональных вихрей. В отдельных частях озера группы таких вихрей объединяются в системы. При свободном затухании мощных сейш вихревым движением охватывается большая часть акватории южной части озера, как показано, например, на рис. 2.116 для условий однородной плотности воды по вертикали.[ ...]

Рассмотренные выше черты структуры ветровых развивающихся и квазиустановившихся течений наиболее отчетливо выражены в вертикальной продольной плоскости таких натурных объектов, как каналы и озера удлиненной формы, в условиях действия ветра вдоль продольной оси. В водоемах со сложным рельефом котловины при длительном действии устойчивого ветра формируются, как показывают данные лабораторных исследований и натурных наблюдений, циркуляционные движения, охватывающие весь водоем или его частично обособленные в морфологическом отношении участки. Путем обобщения материалов многочисленных экспериментов, проводившихся в ГГИ на пространственных гидравлических моделях нескольких водных объектов и материалов исследований на озерах и водохранилищах, удалось выявить некоторые характерные черты и особенности указанных макроциркуляций. Характерные черты макроциркуляций рассмотрены применительно к простым условиям: водоем имеет удлиненную форму с плавными очертаниями береговой линии и плавным рельефом дна; ветер устойчив по направлению и скорости; плотность воды одинакова по всей глубине и не меняется по акватории. Для таких условий выделено десять наиболее характерных схем макроциркуляции вод (рис. 2.7).[ ...]

Урок 21. взаимные превращения жидкостей и газов - Физика - 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 21. Взаимные превращения жидкостей и газов

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

  1. взаимные превращения жидкостей и газов;
  2. насыщенные и ненасыщенные пары;
  3. динамическое равновесие;
  4. давление насыщенного пара;
  5. кипение;
  6. влажность воздуха и приборы для ее измерения;
  7. парциальное давление и точка росы.

Глоссарий по теме:

Испарение процесс превращения жидкости в пар, происходящий с поверхности жидкости.

Конденсация – процесс превращения пара в жидкость.

Кипение – это процесс парообразования, происходящий по всему объему жидкости при температуре кипения при определенной температуре кипения и внешнем давлении.

Динамическое равновесие – состояние, при котором число молекул, покидающих поверхность жидкости за некоторый промежуток времени, будет равно в среднем числу молекул пара, возвратившихся за то же время в жидкость.

Пар – состояние вещества при температуре ниже критической, когда у пара есть возможность превратиться в жидкость.

Насыщенный пар – пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

Ненасыщенный пар – если пар постепенно сжимают при постоянной температуре, а превращение его в жидкость не происходит, то такой пар называют насыщенным.

Давление насыщенного пара – давление pн.п. пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром.

Критическая температурамаксимальная температура, при которой пар еще может превратиться в жидкость.

Абсолютная влажность – плотность водяного пара в воздухе.

Относительная влажностьотношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению pн.п.насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах.

Парциальное давление водяного пара давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали.

Точка росы – температура, при которой водяной пар становится насыщенным.

Гигрометр, психрометрприборы для измерения влажности воздуха

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 225 – 234.

2. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2009. – С. 78 – 80.

3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 т./под редакцией академика Ландсберга Г. С.: Т.1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. – 13-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. С. 529 – 556.

4. Джанколи Д.К. Физика в двух томах. Т.1. М: «МИР», 1989. С. 514 – 515, 532 - 541.

Открытые электронные ресурсы:

Основное содержание урока

Идеальный газ нельзя превратить в жидкость. В жидкость можно превратить реальный газ.

Вы уже знакомы с процессами испарения, конденсации и кипения. Если число молекул, покидающих жидкость за определённый промежуток времени, больше числа молекул, возвращающихся в неё, то мы наблюдаем испарение. Чем выше температура жидкости, тем большее число молекул имеет достаточную для вылета из жидкости кинетическую энергию, тем быстрее идет испарение. Если число молекул, возвращающихся в жидкость, будет больше, покидающих её, то мы наблюдаем процесс конденсации.

Кипение – это процесс парообразования, происходящий по всему объему жидкости при температуре кипения при определенной температуре кипения и внешнем давлении.

Динамическое равновесие – состояние, при котором число молекул, покидающих поверхность жидкости за некоторый промежуток времени, будет равно в среднем числу молекул пара, возвратившихся за то же время в жидкость.

Пар – состояние вещества при температуре ниже критической, когда у пара есть возможность превратиться в жидкость.

Состояние вещества при температуре выше критической называется газом; при температуре ниже критической, когда у пара есть возможность превратиться в жидкость, - паром.

Насыщенный пар – пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

Если пар постепенно сжимают при постоянной температуре, а превращение его в жидкость не происходит, то такой пар называют насыщенным

Давление насыщенного пара – давление pн.п. пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром.

Газовые законы для насыщенного пара несправедливы. В то же время состояние насыщенного пара достаточно точно описывается уравнением Менделеева-Клапейрона.

Свойства насыщенного и ненасыщенного пара различны.

Так как давление насыщенного пара не зависит от объёма, то, следовательно, оно зависит только от температуры.

Однако эта зависимость, найденная экспериментально, не является прямо пропорциональной, как у идеального газа при постоянном объёме. С увеличением температуры давление реального насыщенного пара растёт быстрее, чем давление идеального газа.

Критическая температура – максимальная температура, при которой пар еще может превратиться в жидкость.

Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объёма при постоянной температуре) изменяется масса пара.

Абсолютная влажность – плотность водяного пара в воздухе.

Относительная влажность – отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению pн.п.насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

Парциальное давление водяного пара – давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали.

Точка росы – температура, при которой водяной пар становится насыщенным.

Гигрометр, психрометр – приборы для измерения влажности воздуха.

Разбор тренировочных заданий

1. Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде с поршнем равна 40%. Объем сосуда за счет движения поршня медленно уменьшают при постоянной температуре. В конечном состоянии объем сосуда в 3 раза меньше начального. Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений, и укажите их номера.

1. При уменьшении объема сосуда в 2,5 раза на стенках появляется роса.

2. Давление пара в сосуде все время увеличивается.

3. В конечном и начальном состоянии масса пара в сосуде одинакова.

4. При уменьшении объема в 2 раза относительная влажность воздуха в сосуде стала равна 80%.

5. В конечном состоянии весь пар в сосуде сконденсировался.

Решение.

После уменьшения объёма в 2 раза относительная влажность воздуха увеличилась в 2 раза и стала 80%. Когда объём стал в 2,5 раза меньше первоначального, относительная влажность достигла 100%, после чего водяные пары начинают конденсироваться на стенках. При дальнейшем уменьшении объёма давление водяных паров оставалось постоянным. В конечном состоянии не весь пар в сосуде сконденсировался.

Верны первое и четвёртое утверждения.

Ответ: 14.

2. Относительная влажность воздуха равна 42%, парциальное давление пара при температуре 20 °С равно 980 Па. Каково давление насыщенного пара при заданной температуре? (Ответ дать в паскалях, округлив до целых.)

Решение.

Относительная влажность воздуха связана с парциальным давлением пара при некоторой температуре и давлением насыщенных паров при той же температуре соотношением

 φ = (p/pн.п.) ∙ 100%. Отсюда находим давление насыщенного пара при 20 °С:

Ответ: 2333 Па.

Факты о воде

Чистая вода - прозрачная жидкость без вкуса, цвета и запаха. Молекулярная масса воды равна 18,016 а.е.м. Молекула воды нелинейна, угол между связями H-О-H составляет 104°27'. Связи H-О ковалентные полярные, электронная плотность смещена к атому кислорода. Поэтому атом кислорода способен притягивать атом водорода соседней молекулы воды, образуя водородную связь. Из-за высокой полярности молекул вода является уникальным растворителем других полярных соединений.

Таким образом, каждая молекула воды может образовать четыре водородных связи - с участием двух несвязанных электронных пар атома кислорода и двух поляризованных атомов водорода. 
Многие свойства воды аномальны, что как раз и вызвано особенностями строения молекулы воды.. Так, вода имеет наибольшую теплоемкость среди жидкостей – 4,1868 кДж/кг, что почти вдвое превышает таковую растительных масел, ацетона, фенола, глицерина, спирта, парафина; и она в 10 раз больше, чем у железа. У воды от 0оС до 37оС градусов теплоемкость снижается, а с 37оС градусов и выше – растет. Получается, что легче всего она нагревается и быстрее всего охлаждается при температуре 37оС градусов.

Эта особенность пока не объяснена, как утверждает академик А. М. Черняев, однако совпадение с нормальной температурой здорового человека (36,6оС –37,0оС) невольно наводит на размышления. Предположим, если бы вода не обладала этим удивительным качеством, что бы произошло с человеком, состоящим в большем объеме из воды. Тогда бы просто столь высокоорганизованная система не была защищена от воздействия высоких температур. Вряд ли целебные свойства бани-сауны были бы здесь уместны. Уже при 42оС градусах белок необратимо разрушается. Остается только восхищаться, что вода снабдила человека наилучшим режимом теплового саморегулирования.

Аномально изменяется и плотность воды при нагревании-охлаждении. При понижении температуры от 100оС до 3,98оС вода непрерывно сокращается в объеме, и ее плотность составляет порядка 1 г/мл. Но после пересечения границы 3,98оС наступает обратное явление. При кристаллизации плотность резко уменьшается и для льда составляет 0,91 г/мл. Таким образом, единица объема воды при 3,98оС весит больше, чем при 0оС. При охлаждении ниже четырех градусов образуется лед, он всплывает, но под ним всегда остается вода. Создается некий термос жизнеобеспечения. Не обладай этим свойством вода, все естественные хранилища воды промерзли бы, и все живое исчезло.

Вода обладает самым высоким поверхностным натяжением среди всех жидкостей (за исключением ртути).

Вода - слабый электролит и диссоциирует в очень малой степени. Поэтому дистиллированная вода не проводит электрического тока.

Относительная диэлектрическая постоянная воды равна 80 - это очень высокая величина, чем и объясняется ее способность быть универсальным растворителем.

Природная вода всегда представляет собой раствор различных химических соединений, большей частью солей. В воде, кроме различных солей, растворены также и газы. Современными методами анализа в морской воде найдено две трети химических элементов таблицы Менделеева и, надо полагать, с ростом технических возможностей остальная треть будет обнаружена.

Вода разлагает соли на отдельные ионы. При этом образующиеся ионы могут соединяться с водой в более сложные группы, находящиеся в состоянии диссоциации. Так как молекулы воды являются диполями, то они неизбежно присоединяются к другим частичкам, несущим электрический заряд, и образуют более сложные группы, изменяя структуру воды.

Жесткость воды определяется присутствием в воде солей кальция и магния. При нагревании такой воды на стенках сосуда выделяется осадок. Дождевая вода является наиболее мягкой. Жесткую воду смягчают кипячением или добавлением химических реагентов. Вода является одной из причин коррозии.

Все вышеперечисленные экстраординарные свойства воды наводят на мысль о том, что жидкая вода имеет упорядоченную структуру, благодаря чему воду может нести информацию.

Вода, обработанная магнитным полем, значительно меняет свою биологическую активность. Мало того, «магнитная» вода в некоторых случаях способствует лечению болезней, ран и т.д.

Определенное изменение физических свойств воды происходит под воздействием внешних полей. Известны экспериментальные данные о странном влиянии электрического поля, которое увеличивает скорость испарения воды. Под действием ультразвука уменьшается ее вязкость. Свежесконденсированная вода обладает повышенной плотностью. Интересно и то, что после снятия действия внешних полей вода какое-то время сохраняет вызванные ими аномальные свойства. Эту способность некоторые ученые называют «структурной памятью» воды. Интереснейшее явление, еще до конца не изученное...

Особыми свойствами обладает вода в переходных состояниях, например, при таянии льда. Многим доводилось видеть, как ранней весной среди тающих сугробов появляются проталины, на которых в считанные сутки вырастают растения. Здесь таится немало удивительного, и самое главное – поражает необыкновенно быстрый рост этих растений благодаря талой воде, ускоряющей биологические процессы в растительных организмах.

А найденная в высокогорных озерах Гималаев вода, по предварительным исследованиям, способна лечить людей от диабета, ревматизма, полиартрита и даже от рака. Также в Гималаях был обнаружен феномен Сомати, механизм которого основан на переходе воды, находящейся в организме, в пока неизвестное науке четвертое агрегатное состояние.

Более того, как утверждают участники экспедиции, им удалось на основе опытов выяснить, что вода способна передавать информацию. Правда, о механизме накопления и передачи информации водой ученые пока предпочитают умолчать.

Однако все более распространенной становится идея о круговороте воды через информационные поля человечества: в любой момент времени 0,005% от общего запаса воды участвует в процессе круговорота воды. Капля воды примерно в течение 9 дней движется в воздухе и «считывает» информацию полей человечества. Когда она выпадает в виде осадков – может задержаться в леднике на 40 лет, в озере – на 100 лет, в земле – от 200 до 10 000 лет. Молекула воды может оставаться в океане 40 000 лет до того, как опять вступит в круговорот, но, в конце концов, каждая капля воды на Земле проходит полный цикл круговорота в природе, записывая и сохраняя в себе определенное количество информации.

Кучевые облака - теория метеорологии

Говоря простым языком, плотность — это вес вашего тела, разделенный на покрыты, как это тело имеет место. Обычно измеряется в кг на кубический метр. На уровне моря, при температуре 0 градусов С в 1 м3 может поместиться 1,275 кг сухого воздуха, т. е. плотность воздуха в в этих условиях она составляет 1,275 кг/м3.

Гсто воздух зависит от его температуры , давления и количества воздуха содержащийся в нем водяной пар .

ГОСТ воздух и температура

Молекулы азота, кислорода и других газов (составляющих воздуха) движутся они сталкиваются с огромной скоростью, они сталкиваются друг с другом и с окрестности. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. Поэтому, когда воздух нагревается, молекулы ускоряют его. означает, что их столкновения становятся сильнее.Нагревая воздух в воздушный шар сделает его больше; если мы охладим воздух воздушным шаром будет уменьшаться по мере замедления частиц. Если нагретый воздух он окружен только воздухом (при другой температуре) он будет оно отталкивало воздух вокруг них. В итоге количество воздуха в например, металлическая банка станет меньше, если мы будем держать ее в тепле (при условии, что этот воздух имеет возможность выхода наружу). Аналогичный процесс происходит и в атмосфере - плотность воздуха оно уменьшается по мере повышения его температуры (нагревается).

ГОСТ давление воздуха и давление

Атмосферное давление оказывает противоположное влияние на плотность воздуха, чем температура. Плотность увеличивается с повышением артериального давления.

Высота над уровнем моря и погодные условия оказывают значительное влияние на давление воздуха. С высотой давление снижается примерно до 1000 миллибар на уровне моря примерно до 500 мбар на высоте 5486 м.На 30 480 м над уровнем моря давление всего 10 миллибар. Договоренности давление тоже влияет на плотность воздуха, но не так важно, насколько высоко.

Видно, что плотность воздуха наименьшая в более длинных высота в жаркий день, когда атмосферное давление низкое, слишком высокий на малой высоте, высоком давлении и низком температура (солнечный, но морозный день).

ГОСТ воздух и влажность

Многие люди, которые не имели большого отношения к физике или химии трудно поверить, что влажный воздух легче (менее плотный), чем сухой воздух.«Как это возможно, воздух станет легче, если мы добавим в него водяной пар ?» — спрашивают.

Ученые давно знают ответ на этот вопрос. Первым был Исаак Ньютон , который объявил, что влажный воздух менее плотный, чем воздух высохнет уже в 1717 году.

Для того, чтобы понять, почему это происходит, нам нужно обратиться к одному из законы физики, открытые итальянским физиком Амадео Авогадро .Он обнаружил, что постоянная «порция» газа (например, 1 м3), заданная температуре и давлении, в нем будет одинаковое количество частиц, независимо от того, что по типу газа.

Представьте газовый баллончик, давайте добавим в него молекулы другой газ, который легче баллонного газа (температура и давление не меняются) это приведет к тому, что часть более спокойных молекул «выронил» банку, уступив место более легким. Если банка была бы плотно закрыта, и мы бы продолжали добавлять новые молекулы давление возрастет.

Авогадро и многие другие ученые после него доказали, что число молекул олово останется постоянным. Добавьте больше легких молекул мы уменьшаем плотность газа в ящике, потому что они заменяют частицы тишина.

Вот что происходит, когда вода испаряется в сухой воздух. давай май законопроект. Воздух состоит из молекул азота (атомная масса 28) и молекул кислорода (атомная масса 32, т.к. 2 атома от масс атомов 16).Молекула воды, состоящая из атома кислорода (м.а. 16) и 2 атомов водорода (м.а. 1), имеет атомную массу 18. Таким образом, добавление водяной пар в воздухе заменяет более спокойные молекулы азотная или кислородная зажигалка. Но подождите минутку, вы могли бы сказать вода молчит с воздуха. Правильно насчет воды св. жидкая форма - при этом вода, повышающая влажность воздуха он находится в форме газа (водяного пара), но он легче.

По сравнению с температура и давление, влажность воздуха на это мало влияет плотный.Но влажный воздух всегда легче этого. высушите при той же температуре и давлении.

.

Определение плотности тел по закону Архимеда

Год и направление Имя и фамилия
Выполнено Дата поставки

Закон Архимеда формулируется следующим образом:

«Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна весу жидкости, вытесненной телом»

ПЛОТНОСТЬ - это отношение веса к объему.

м - вес

В - объем

Для гетерогенных веществ это зависит от точки вещества и затем определяется как предел отношения массы к объему, когда объем охватывает все меньшие объемы, охватывающие точку:

, где m — масса тела (как функция объема), а V — его объем.

Единицы плотности: килограмм на кубический метр - кг/м³ (в СИ), кг/л, г/см³ (СГС).

Плотность является характеристикой вещества, а при определенных стандартных условиях является одной из важнейших характеристик вещества - используется для расчета массы и веса данного объема вещества.Для однородного вещества встречается

,

и для неоднородных тел

Плотность твердых тел можно определить путем взвешивания образцов известного объема, для определения плотности жидкостей используют ареометры. Для определения плотности твердых тел можно использовать ареометры, наполненные жидкостью известной плотности. При определении плотности газов применяют методы взвешивания газовых сосудов с различным давлением газа.

Плотность большинства веществ уменьшается с повышением температуры (одним исключением является вода при температуре ниже 4°С).Это явление связано с тепловым расширением тел. При фазовых переходах плотность изменяется скачком (при температуре превращения), при затвердевании обычно увеличивается (наиболее известные исключения — вода, чугун, элементы висмут, галлий, германий).

Мы используем для опыта:

-

Весы электрические

- вес плиты

- термометр

- стакан воды

- резьба

-3 корпуса (бакелит, латунь, алюминий)

2.Ход эксперимента:

  1. Измерение каждого тела на электронных весах.

  2. Измерение температуры воды.

  3. Измерение каждого тела на весах в стакане с дистиллированной водой.

  4. Расчет плотности воды.

  5. Расчет плотности тел.

  6. Расчет погрешности плотности тел.

Измерение веса на электрических весах:

Затем отобранные тела (бакелит, латунь и алюминий) взвешивают на электрических весах, измеряют температуру воды и массу погруженных в воду тел, результаты записывают.

Масса

бакелит

латунь

алюминий

Измерение массы после погружения в воду и измерение температуры воды:

Три тела (бакелит, алюминий, латунь) погружаем на нити в воду и измеряем их массу с помощью весов.С помощью термометра измеряем температуру воды, в которой находятся эти тела, и записываем результаты в таблицу. Делаем расчеты.

Вес и температура

Расчет плотности воды:

ς = 0,9984 * 10 3 кг/м 3 = 0,9984 * 1000кг/м 3 = 998,4 кг/м 3

Используем формулу объема:

$ \ mathbf {\ text {Po}} \ mathbf {=} \ frac {\ mathbf {m0}} {\ mathbf {mo - m1}} $ * Pw

Бакелит Po =

Алюминий Po =

Латунь Po =

=

Затем составляем общую таблицу с: массой тела, массой тела после помещения в воду, температурой воды, данными из таблицы относительно температуры, которые необходимо ввести в формулу (постоянное значение), плотностью

Латунь 132,09 г 116,39 г 19.4°С 998,4 кг/м 3 8352.036479 кг/м 3
Алюминий 42,39 г 26,9 г 19,4°С 998,4 кг/м 3 2732,225694 кг/м 3
Бакелит 19,03 г 3,4 г 19.4°С 998,4 кг/м 3 1215,582342 кг/м 3

Определяем относительную плотность твердых и жидких тел на основании закона Архимеда

δ = $ \ frac {m0} {m0 - m1} \ $ * δw

М = m0- m1

δ = $ \ frac {m0} {M} \ $ * δw

δ = δc * ($ \ frac {\ delta m0} {m0} \ $ + $ \ frac {\ text {δM}} {M} \) $

δm0 = 0,01 г

δM = δm0 + δm1

δm1 = 0,01 г

Бакелит:

М = 19.03 г-3,4 г = 15,53 г

δМ = 0,01 + 0,01 = 0,02

δ = 1215,5823 кг/м 3 * ($ \ frac {0,01г} {19,03г} $ + $ \ frac {0,02г} {15,53г} $) = 1215,5823 кг/м 3 * 0,0000128 кг =

= 0,0155594

Алюминий:

δМ = 0,01 + 0,01 = 0,02

М = 42,39 г-26,9 г = 15,49 г

δ = 2732,225694 кг/м 3 * ($ \ frac {0,01г} {42,39г} $ + $ \ \ frac {0,02г} {15,49г} $) = 2732,2257 кг/м 3 * 0.0000152 кг = 0,0415298

Медь:

δМ = 0,01 + 0,01 = 0,02

М = 132,09-116,39 = 15,7

δ = 8352,036479 кг/м 3 * ($ \ frac {0,01г} {132,09г} $ + $ \ frac {0,02г} {15,7г} $) = 8352,0365 кг/м 3 * 0,0000135кг = 0,1127524

Обсуждение ошибки:

Погрешность измерения в основном связана с неточностью приборов, температура воды могла быть неправильной (вода меняет свой объем под влиянием температуры), точность электрических весов = 0,01 г, точность тремометра = 0.1°С,

Сводка:

Измерив вес трех тел (бакелит, алюминий, латунь) на весах и в стакане, наполненном дистиллированной водой, получили результаты, что вес тела, помещенного в стакан, легче его фактического веса на весах .


Поисковик

Связанные подстраницы:
определение плотности твердых тел по закону Архимеда, исследования, физика
определение плотности твердых тел по закону Архимеда, исследования, физика
33A - ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕЛ - случай, PWr
100 Определение плотности твердых тел с помощью гири Джолли и пикнометра
, лаборатория фундаментальной физики, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
определение плотности твердых тел взвешиванием и измерением (1), исследования, физика
Определение плотности твердых тел с помощью пикнометра, УТП строительство, семестр 1 и 2, Новая папка
cw3, Определение плотности тел правильной формы с помощью измерителей длины и различных весов
Определение плотности твердых тел с помощью пикометрии и веса Джолля, 100, плотность
Определение плотности твердых тел с помощью взвешивания и измерение 2 способ, исследования, физика
Определение плотности тел констант с помощью пикометрии и веса Джолля, ФИЗА100Y, плотность
физ31 100-Определение плотности твердых тел ych
Определение плотности твердых тел с помощью пикометрии и веса Джолля, LABFIZA7, плотность
II01 Определение плотности тел ареометром Николсона
cw 3, Определение плотности тел правильной формы с помощью линейных и весовых измерителей различной длины
методы определения плотности тела , плотность понятие, методы определения плотности различных материалов,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ С ПОМОЩЬЮ ПИКНОМЕТРА И ВЕСОВ ЙОЛЛЕ6, ФИЗИК-ОТЧЕТЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ С ПОМОЩЬЮ ПИКТРОМЕТРА

подробнее определение твердых тел ( 1) подстраницы

.

Температура влияет на объем топлива

Эталонная температура, эталонная температура или просто 15 градусов. Вышеуказанные сроки встречались, наверное, у каждого, кто хоть какое-то время занимался покупкой, продажей или расчетом поставок дизельного топлива, печного топлива или автомобильного бензина.

Не все осознают важность осознанного и правильного пересчета плотности и объема топлива по отношению к температуре 15оС.В этом должны быть заинтересованы практически все те, кто занимается торговлей топливом в более широком масштабе, чем просто заправка собственного автомобиля. Автозаправочные станции, оптовики, топливные базы, предприятия с резервуарами для собственных нужд - ответственные за расчеты по торговле топливом в компаниях данного типа сталкиваются с большими проблемами, связанными с правильным определением объема топлива при переходе от эталонной температуры к наблюдаемой температуре или наоборот. Более любознательные просматривают различные издания и Интернет.Они ищут таблицы и коэффициенты, но получить их — это только полдела. Для того, чтобы получить окончательный результат, нужно еще нагреть карточки, ручки и калькуляторы до красна...

Калькулятор 15oC

Обычные калькуляторы — устройства, известные практически каждому. Они, как правило, доступны и дешевы. Однако в них отсутствуют функции, которые существенно облегчили бы труд людей из топливной отрасли.

Почти десятилетний опыт работы на топливном рынке побудил ЭЛАТЕХ создать компьютерную программу, сочетающую простоту использования обычного калькулятора с расширенными функциями преобразования нефтепродуктов.

KALK15 – это ответ на потребности компаний, работающих в топливном секторе. Программа позволяет точно, легко и, главное, быстро рассчитать величины, характерные для нефтепродуктов. На основании "Таблицы пересчета нефтепродуктов 53B и 54B API-ASTM-IP" определяет плотность и объем для температуры 15°C или наблюдаемой температуры (измерение). Дополнительно, что полезно для топливных баз, можно производить расчеты с учетом веса топлива.

Доставка - Сколько я на самом деле купил?

Покупка топлива как при 15°С, так и при фактической температуре несет в себе риск недостачи. Дело в том, чтобы осознавать его величие. Количество топлива в счете, которое нам придется оплатить, может отличаться от количества, которое мы затем продаем клиентам или доставляем на собственные автомобили. Использование программы KALK15 поможет оценить, сколько у нас есть на самом деле и не обманули ли мы. Программа также позволит вам выбрать наиболее выгодную для нас форму покупки топлива.
Наблюдая за средней температурой топлива в заданный период и вычисляя количество купленного топлива по отношению к ней, мы можем легко определить величину потерь (или излишков - хотя, принимая во внимание климатические условия в Польше, это явление менее распространено ).

Наши наблюдения показывают, что средняя температура топлива в надземных резервуарах зимой может колебаться в районе -2 или -3 градусов Цельсия. Это примерно на 17-18 градусов ниже принятой эталонной температуры в 15°С.Получение средней температуры топлива +32°С в летний период практически невозможно. Таким образом, видно, что соотношение излишков и потерь в обороте топлива за год, однако, преобладает в сторону потерь. Вот почему важно знать их размеры. Без возможности рассчитать изменение объема топлива в зависимости от температуры контролировать ситуацию может быть сложно.

Представьте ситуацию, что мы покупаем 25 000 литров топлива при 15oC. Прекрасный солнечный зимний день.Танкер перевозит заказанное топливо с нефтебазы. Залив его в бак, получаем распечатку со счетчика, подтверждающую отпуск 25 000 литров топлива с температурой, например, 2оС и плотностью при 15оС 832 кг/м3, или в случае самотечного сброса , загрузка документов. Вопрос в том, сколько топлива на самом деле было залито в мой бак? Пользователь программы KALK15 способен ответить на них за несколько секунд. После ввода данных получается 24 732 литра.

Все чаще встречаются ситуации, когда счетчики цистерн печатают накладную, по которой мы получим оба значения, т.е.объем топлива при 15oC и реальной температуре. Так почему KALK15? KALK15 будет полезен для определения того, сколько топлива у нас будет, когда его температура стабилизируется, т.е. достигнет средней температуры в данный период -3oC. Получается, что на следующий день после доставки в нашем случае мы можем иметь только 24 629 литров (потеря ок. 100 литров).

Владельцы подземных резервуаров, особенно в зимнее время, могут наблюдать обратную ситуацию, т.е. после доставки температура топлива в резервуаре повысится и, следовательно, топливо будет поступать.Предполагая, что средняя температура топлива зимой в подземном резервуаре составляет около +5оС и используя КАЛК15, мы можем рассчитать, что указанный выше расход после стабилизации температуры «вырастет» до 24 794 литров (более 60 литров приращения). ). Выполнение вышеуказанных расчетов позволит не только оценить размер убытка или прироста, но и документально подтвердить количество фактически полученного и отнесенного на склад топлива.

Доставка клиенту - Сколько я продал?
Проанализируем приведенный выше пример с точки зрения оптового торговца топливом.Не все из них имеют современный танкер, оборудованный счетчиком, который печатает подтверждения о доставке при эталонной и измеренной температуре. Если он хочет оставаться заслуживающим доверия и надежным в глазах своего клиента, и при этом облегчить себе работу, он может с успехом использовать программу КАЛК15 для оформления документации по оптовым продажам. Все расчеты, произведенные в программе, могут быть подтверждены соответствующей распечаткой, печатью и подписью. Созданная таким образом документация поставки топлива выглядит в глазах клиентов профессионально.

Наконец, немного технической информации о программе. Требования к оборудованию не чрезмерны, и его запуск не должен быть проблемой на компьютерах, которым даже несколько лет. Установка интуитивно понятна и с ней справится любой, а не только ИТ-специалист.

Программа производит расчеты плотности и температуры в следующих диапазонах:
 плотность при реальной температуре: 713,0 - 893,0 кг/м3
 плотность при 15°С: 682,8 - 911,2 кг/м3
 температура: от -18°С до +42°С 9000 4

.

Термометр Galileo - Гаджеты для дома - Цены и отзывы

Термометр Галилея с декоративными цветными шариками – настоящее произведение искусства, изобретенное Галилеем (Галилео Галилей 1564-1642). В цилиндрическом, наполненном жидкостью сосуде находится несколько цветных стеклянных шариков, которые поднимаются или опускаются при изменении температуры, что представляет собой очень интересное явление.Когда температура в комнате достигает числа, указанного на табличке, шарик падает, если температура падает, шарик начинает подниматься. .Середина шариков, плавающих в цилиндре, самая нижняя, показывает температуру окружающей среды.Термометр имеет замечательную подсветку, мы выбираем между: постоянной подсветкой, которую можно использовать как лампу, стробоскопом (хорошо для дня рождения), меняющимся Цвета Описание образовательного продукта: Когда холодно, цветные пузыри плавают, когда жарко, тонут. А что, если кто-то плавает, а кто-то утонул? Тогда это весна!Термометр сделан из стеклянного цилиндра, наполненного жидкостью, плотность которой увеличивается и уменьшается при изменении температуры.Внутри цилиндра находится несколько стеклянных емкостей, наполненных окрашенной жидкостью. Контейнеры в целом с разным уровнем жидкости внутри имеют разную среднюю плотность. К ним прикреплены этикетки, по которым мы можем прочитать температуру.Когда прибор находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой, вы можете прочитать температуру, наблюдая за количеством плавающих контейнеров. Если температура окружающей среды очень низкая, жидкость в цилиндре становится гуще, и все емкости всплывают.При высокой температуре контейнеры тонут. При промежуточных температурах тонут только контейнеры, более плотные, чем жидкость: самый погруженный имеет меньшую плотность, чем жидкость. Мы удивляемся, почему контейнеры не меняют свою плотность, когда на них также влияет температура. . Ответ прост: их стеклянные стенки настолько мало расширяются и сужаются, что мы можем не учитывать этот эффект для данного диапазона изменения температуры (термометр работает в диапазоне температур от 10 до 30 градусов Цельсия). Объем и, следовательно, плотность горшков можно считать постоянными.Мы объясним это более подробно. Плотность жидкостей и твердых тел изменяется линейно с температурой, т. е. с повышением температуры плотность пропорционально уменьшается, что описывается уравнением: где β — объемный коэффициент теплового расширения, T0 — начальная температура. Для воды β составляет примерно 0,21·10-3 К-1, для стекла - 0,01¸0,03·10-3 К-1, а для изопропилового спирта: 1,1·10-3 К-1 (изопропиловый спирт является обычным ингредиентом). во встроенных термометрах Galileo). Чем меньше коэффициент объемного теплового расширения, тем меньше изменение плотности.Отсюда видно, что изменения плотности (вместе с температурой) стеклянных сосудов незначительны по отношению к жидкости Размер: 26 см Температурный диапазон: 16-28 гранул С7

.

Температура воспламенения и самовоспламенения выбранных рабочих жидкостей.

При нагревании органических жидкостей, к которым относится большинство рабочих жидкостей, из них выделяются летучие компоненты. Они образуют смеси с воздухом, которые могут воспламениться при контакте с пламенем или искрой. Условием воспламенения является то, что концентрация паров в смеси с воздухом находится в определенных пределах, известных как пределы воспламенения, и чтобы искра или пламя передавали в систему энергию, превышающую ту, которая необходима для запуска реакции горения.Существуют нижний и верхний пределы воспламенения. Нижний предел воспламенения – это минимальная концентрация паров продукта в воздухе, при которой введение пламени или искры с энергией, превышающей энергию воспламенения, вызовет воспламенение. Верхний предел воспламенения — это концентрация паров продукта, выше которой воспламенение не происходит. Пределы воспламенения зависят от многих факторов, наиболее важными из которых являются:

  • химический состав паров вещества,

  • давление,

  • концентрация кислорода,

  • концентрация и вид инертных газов,

  • форма пространства, окружающего область, где произойдет воспламенение,

  • местоположение пламени,

  • и другие.

Температура вспышки – это самая низкая температура, при которой жидкость, нагретая в стандартных условиях, выделяет количество паров, достаточное для образования смеси с воздухом, которая воспламеняется при приближении к пламени.

В этих условиях количество образующихся паров недостаточно для поддержания горения, так как в парообразное состояние выделяется слишком мало частиц продукта в единицу времени. После того как эти пары выгорают, пламя гаснет. Дальнейшее повышение температуры приводит к достижению состояния, при котором количество паров, выделяющихся в единицу времени, равно количеству сгоревших паров.Этого достаточно, чтобы поддерживать курение. Температура, при которой наступает это равновесие, называется температурой горения .

Следует различать температуру самовоспламенения и температуру вспышки.
Температура самовоспламенения - наименьшая температура, при которой происходит самовоспламенение паров жидкости в воздушной атмосфере, без внешних тепловых потоков и точечных источников тепла.


Другая группа свойств расходных материалов связана с реакцией расходных материалов на воздействие пониженной температуры.Понижение температуры жидкости увеличивает ее вязкость и плотность. Характер этих изменений тесно связан с химическим строением жидкости. Ньютоновские жидкости непрерывно меняют свои свойства вплоть до точки замерзания. При температуре замерзания отвод тепла не снижает температуру, а увеличивает количество затвердевшей жидкости. Охлаждение жидкости с большой молекулярной массой или смеси многих химических соединений, таких как нефтепродукты, вызывает плавное изменение вязкости и плотности до тех пор, пока она не станет твердой, хотя вещество остается жидким.

Для таких веществ невозможно четко различить температуру фазового перехода. Точкой замерзания таких жидкостей считается температура, при которой жидкость достигает определенной вязкости. По польскому стандарту точкой замерзания масла считается температура, при которой после наклона пробирки на 45° положение ее мениска не изменяется в течение 1 мин. Температура застывания парафиновых углеводородов самая высокая, поэтому для нефти этот показатель будет зависеть от содержания парафинов.

При понижении температуры жидкостей, представляющих собой растворы твердых веществ или других жидкостей, растворенные вещества могут выделяться из раствора в виде кристаллов или отдельной жидкой фазы, образуя суспензию или эмульсию. Температуру, при которой начинается выделение растворенных веществ из раствора, называют , температуру начала кристаллизации — , или температуру помутнения . Явление выделения растворенного вещества сопровождается скачком реологических свойств раствора.В некоторых случаях ньютоновская жидкость превращается в неньютоновскую жидкость.

Наши специалисты всегда готовы предоставить техническую консультацию по свойствам выбранных рабочих жидкостей. Для этого просим обращаться в технический отдел по телефону +48 81 820 07 88 или по электронной почте: [email protected]

.

Мы работаем в следующих воеводствах: Нижнесилезское, Мазовецкое, Любушское, Силезское, Ополе, Малопольское, Куявско-Поморское, Подляское, Поморское, Подкарпатское, Лодское, Варминско-Мазурское, Свентокшиское, Люблинское.

.

Гидростатическое давление - как рассчитать? Определение и формулы

Определение гидростатического давления

Давление в нетекущей, т. е. покоящейся жидкости, на которую действует однородное гравитационное поле, называется гидростатическим давлением. Гидростатическое давление в жидкости увеличивается с глубиной. Это означает, что чем выше столб жидкости, тем выше давление на дно резервуара. Величина давления также зависит от плотности жидкости.Жидкость с высокой плотностью, например вода, оказывает большее давление на субстрат, чем жидкость того же объема, но менее плотная, например масло. Внешнее давление также влияет на значение давления тестируемой жидкости. В случае открытых цистерн регистрируемое в жидкости давление представляет собой сумму давления, возникающего в результате веса жидкости на данной высоте, и давления воздуха над средним уровнем. Атмосферное давление — это давление, которое оно оказывает на поверхность Земли, вес столба воздуха, равного по высоте толщине земной атмосферы.Среднее значение атмосферного давления на уровне моря составляет 1013,25 гПа. В закрытых резервуарах внешнее давление — это избыточное давление над поверхностью жидкости.

От чего зависит гидростатическое давление?

Таким образом, физическими величинами, влияющими на величину гидростатического давления ph, являются, как уже упоминалось, постоянная ускорения свободного падения g, высота столба жидкости h, плотность испытываемой жидкости ρ и внешнее давление po.

Формула гидростатического давления

В предыдущем разделе были перечислены все физические величины, влияющие на гидростатическое давление жидкости на дно сосуда.Так как же рассчитать гидростатическое давление?

Формула и единица измерения гидростатического давления:

ph = ρgh + после

Где:


ph - гидростатическое давление [Па]


ρ - плотность [кг/м3]


g - ускорение свободного падения [м/с2]


h - высота столба жидкости [м]


po - внешнее давление [Па]

Блок гидростатического давления

Единицей давления является Паскаль [Па], основная единица измерения давления в системе СИ.Он определяется как давление на площадь 1 м2 силы тяжести F в 1Н (значение 1Н соответствует силе, определяемой как произведение массы 1 килограмма на ускорение свободного падения g = 10м/с2).

.

Что такое плотность и что такое удельный вес?

ТЕ Солюшнс Сп. о.о. > Наука> Что такое плотность и что такое удельный вес?