A víz hővezetési együtthatója hőmérséklet alapján. A víz hővezető képessége és hőkapacitása
A víz egy egyedülálló anyag, amelynek összetett molekulaszerkezete van, és amelyet még nem vizsgáltak teljesen. Az aggregáció állapotától függetlenül a H2O molekulák szorosan egymáshoz kötődnek, ami meghatározza a víz és oldatai számos fizikai tulajdonságát. Nézzük meg, hogy a közönséges víznek van-e hő- és elektromos vezetőképessége.
A H2O fő fizikai tulajdonságai a következők:
- sűrűség;
- átláthatóság;
- szín;
- szag;
- íz;
- hőmérséklet;
- összenyomhatóság;
- radioaktivitás;
- hő- és elektromos vezetőképesség.
A víz legújabb jellemzői, a hővezető képesség és az elektromos vezetőképesség nagyon instabil, és sok tényezőtől függ. Nézzük meg őket részletesebben.
Elektromos vezetőképesség
Az elektromos áram a negatív töltésű részecskék - elektronok - egyirányú mozgása. Egyes anyagok képesek szállítani ezeket a részecskéket, mások pedig nem. Ezt a képességet numerikus formában fejezzük ki, és ez az elektromos vezetőképesség értéke.
Még mindig vita folyik arról, hogy a tiszta víz képes-e az áramot vezetni, de nagyon rosszul. A desztillátum elektromos vezetőképességét az magyarázza, hogy a H2O molekulák részben H+ és OH- ionokká bomlanak. Az elektromos részecskék pozitív töltésű hidrogénionok segítségével mozognak, amelyek képesek áthaladni a vízoszlopon.
Mi határozza meg a folyadék elektromos vezetőképességét?
A H2O elektromos vezetőképessége olyan tényezőktől függ, mint:
- ionos szennyeződések jelenléte és koncentrációja (mineralizáció);
- az ionok természete;
- folyadék hőmérséklete;
- víz viszkozitása.
Az első két tényező a döntő. Ezért egy folyadék elektromos vezetőképességének kiszámításával meg tudjuk ítélni mineralizációjának mértékét.
A természetben nincs tiszta víz. Még a forrásvíz is a sók, fémek és egyéb elektrolit-szennyeződések egyfajta oldata. Ezek elsősorban a Na+, K+, Ca2 +, Cl-, SO4 2-, HCO3 - ionok. Gyenge elektrolitokat is tartalmazhat, amelyek nem képesek jelentősen megváltoztatni az áramvezető képességet. Ezek közé tartozik a Fe3 +, Fe2 +, Mn2 +, Al3 +, NO3 -, HPO4 – és mások. Az elektromos vezetőképességre csak nagy koncentráció esetén lehetnek erős hatással, mint például az ipari hulladékot tartalmazó szennyvízben. Érdekes módon a szennyeződések jelenléte a jég állapotában lévő vízben nem befolyásolja az elektromos áram vezető képességét.
A tengervíz elektromos vezetőképessége
A tengervíz jobban vezeti az áramot, mint az édesvíz. Ez azzal magyarázható, hogy oldott NaCl só van benne, ami jó elektrolit. A vezetőképesség növelésének mechanizmusa a következőképpen írható le:
- A nátrium-klorid vízben oldva Na+ és Cl- ionokra bomlik, amelyek különböző töltésűek.
- A Na+ ionok vonzzák az elektronokat, mert ellentétes töltésük van.
- A nátriumionok mozgása a vízoszlopban elektronok mozgásához vezet, ami viszont elektromos áram keletkezéséhez vezet.
Így a víz elektromos vezetőképességét a sók és egyéb szennyeződések jelenléte határozza meg. Minél kevesebb van, annál kisebb az elektromos áram vezetésének képessége. Desztillált vízben gyakorlatilag nulla.
Vezetőképesség mérése
Az oldatok elektromos vezetőképességét konduktométerekkel mérjük. Ezek speciális eszközök, amelyek működési elve az elektromos vezetőképesség és az elektrolit szennyeződések koncentrációja közötti összefüggés elemzésén alapul. Ma már számos olyan modell létezik, amely nemcsak erősen koncentrált oldatok, hanem tiszta desztillált víz elektromos vezetőképességét is képes mérni.
Hővezetőképesség
A hővezető képesség egy fizikai anyag azon képessége, hogy hőt vezet a felmelegedett részektől a hidegebb részekhez. A víz, más anyagokhoz hasonlóan, rendelkezik ezzel a tulajdonsággal. A hőátadás vagy a H2O molekuláról molekulára megy végbe, ami a hővezető képesség molekuláris típusa, vagy amikor a folyadékáramlás mozog - turbulens típus.
A víz hővezető képessége többszöröse más folyékony anyagokénak, kivéve az olvadt fémeket - ez a mutató még magasabb számukra.
A víz hővezető képessége két tényezőtől függ: a nyomástól és a hőmérséklettől. A nyomás növekedésével a vezetőképesség növekszik, a hőmérséklet 150 °C-ra emelkedésével nő, majd csökkenni kezd.
A víz hővezető képessége olyan tulajdonság, amelyet mindannyian, anélkül, hogy sejtennénk, nagyon gyakran használunk a mindennapi életben.
Cikkünkben már írtunk röviden erről az ingatlanról. A FOLYÉKONY ÁLLAPOTÚ VÍZ KÉMIAI ÉS FIZIKAI TULAJDONSÁGAI →, ebben az anyagban részletesebb definíciót adunk.
Először is nézzük meg a hővezető képesség fogalmát általában.
A hővezető képesség...
Műszaki fordítói útmutató
A hővezető képesség olyan hőátadás, amelyben a hőátadás egy egyenetlenül melegített közegben atomi-molekuláris jellegű.
[Építési terminológiai szótár 12 nyelven (VNIIIS Gosstroy USSR)]
Hővezető képesség - az anyag azon képessége, hogy átadja a hőáramlást
[ST SEV 5063-85]
Műszaki fordítói útmutató
Ushakov magyarázó szótára
Hővezetőképesség, hővezető képesség, sok. nem, nő (fizikai) - a testek azon tulajdonsága, hogy elosztják a hőt a melegebb részekről a kevésbé fűtöttekre.
Ushakov magyarázó szótára. D.N. Ushakov. 1935-1940
Nagy enciklopédikus szótár
A hővezető képesség az energia átadása a test melegebb területeiről a kevésbé fűtött területekre a hőmozgás és az alkotórészecskék kölcsönhatása következtében. A testhőmérséklet kiegyenlítődéséhez vezet. Jellemzően az átadott energia mennyisége, amelyet hőáram-sűrűségként definiálunk, arányos a hőmérsékleti gradienssel (Fourier-törvény). Az arányossági együtthatót hővezetési együtthatónak nevezzük.
Nagy enciklopédikus szótár. 2000
A víz hővezető képessége
Az összkép átfogóbb megértéséhez jegyezzünk meg néhány tényt:
- A levegő hővezető képessége körülbelül 28-szor kisebb, mint a víz hővezető képessége;
- Az olaj hővezető képessége körülbelül 5-ször kisebb, mint a vízé;
- A nyomás növekedésével a hővezető képesség nő;
- A legtöbb esetben a hőmérséklet emelkedésével a sók, lúgok és savak gyengén koncentrált oldatainak hővezető képessége is megnő.
Példaként bemutatjuk a víz hővezető képességének változásának dinamikáját a hőmérséklet függvényében 1 bar nyomáson:
0°C – 0,569 W/(m°);
10°C – 0,588 W/(m°);
20°C – 0,603 W/(m°);
30°C – 0,617 W/(m°);
40°C – 0,630 W/(m°);
50°C – 0,643 W/(m°);
60°C – 0,653 W/(m°);
70°C – 0,662 W/(m°);
80°C – 0,669 W/(m°);
90°C – 0,675 W/(m°);
100°C – 0,0245 W/(m°);
110°C – 0,0252 W/(m°);
120°C – 0,026 W/(m°);
130°C – 0,0269 W/(m°);
140°C – 0,0277 W/(m°);
150°C – 0,0286 W/(m°);
160°C – 0,0295 W/(m°);
170°C – 0,0304 W/(m°);
180°C – 0,0313 W/(m fok).
A hővezető képesség azonban, mint minden más, a víz nagyon fontos tulajdonsága mindannyiunk számára. Például nagyon gyakran, anélkül, hogy tudnánk, használjuk a mindennapi életben - vizet használunk a felhevült tárgyak gyors lehűtésére, és egy fűtőpárnát a hő felhalmozására és tárolására.
A hővezetési együttható az anyag fizikai paramétere, és általában függ a hőmérséklettől, a nyomástól és az anyag típusától. A legtöbb esetben a különböző anyagok hővezetési együtthatóját kísérleti úton, különböző módszerekkel határozzák meg. Legtöbbjük a vizsgált anyag hőáramlásának és hőmérsékleti gradiensének mérésén alapul. A λ, W/(m×K) hővezetési együtthatót a következő összefüggésből határozzuk meg: amiből az következik, hogy a hővezetési együttható számszerűen egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amely egységnyi idő alatt áthalad egy egységnyi izotermikus felületen egységgel egyenlő hőmérsékleti gradiens. A különböző anyagok hővezetési együtthatóinak hozzávetőleges értékei az ábrán láthatók. 1.4 Mivel a testek különböző hőmérsékletűek lehetnek, és hőcsere esetén a hőmérséklet magában a testben egyenetlenül oszlik el, pl. Először is fontos ismerni a hővezetési együttható hőmérséklettől való függését. A kísérletek azt mutatják, hogy sok anyag esetében a gyakorlathoz kellő pontossággal a hővezetési együttható hőmérséklettől való függése lineárisnak tételezhető fel: ahol λ 0 a hővezetési együttható értéke t 0 hőmérsékleten; b egy kísérletileg meghatározott állandó.
Gázok hővezetési együtthatója. A kinetikai elmélet szerint a gázokban közönséges nyomáson és hőmérsékleten a hővezető képesség általi hőátadást a molekulamozgás kinetikai energiájának átadása határozza meg az egyes gázmolekulák kaotikus mozgása és ütközése következtében. Ebben az esetben a hővezetési együtthatót a következő összefüggés határozza meg: 
ahol a gázmolekulák átlagos mozgási sebessége az ütközések között a gáz hőkapacitása; A nyomás növekedésével a sűrűség egyenletesen növekszik, az úthossz csökken, és a szorzat állandó marad. Ezért a hővezetési együttható nem változik észrevehetően a nyomás változásával. A kivétel a nagyon alacsony (2,66 × 10 3 Pa-nál kisebb) és a nagyon magas (2 × 10 9 Pa) nyomás. A gázmolekulák átlagos mozgási sebessége a hőmérséklettől függ: ahol R μ az univerzális gázállandó, amely 8314,2 J/(kmol×K); μ a gáz molekulatömege; T - hőmérséklet, K. A gázok hőkapacitása a hőmérséklet emelkedésével nő. Ez magyarázza azt a tényt, hogy a gázok hővezetési együtthatója a hőmérséklet emelkedésével nő. A gázok λ hővezetési együtthatója 0,006 és 0,6 W/(m×K) között van. ábrán. Az 1.5 különböző gázok hővezetőképességi együtthatóinak N. B. Vargaftik által végzett mérési eredményeit mutatja be. A gázok közül a hélium és a hidrogén élesen kiemelkedik hővezetési együtthatójukkal. Hővezetési együtthatójuk 5-10-szer nagyobb, mint más gázoké. Ez jól látható az ábrán. 1.6. A hélium- és hidrogénmolekulák kis tömegűek, ezért nagy az átlagos mozgási sebességük, ami megmagyarázza magas hővezetési együtthatójukat. Az ideálisaktól jelentősen eltérő vízgőz és más valódi gázok hővezetési tényezői is erősen függnek a nyomástól. Gázkeverékeknél a hővezetési együtthatót nem lehet meghatározni az additivitás törvénye szerint, kísérletileg kell meghatározni.
1.5. ábra Gázok hővezetőképességi együtthatói.
1-vízgőz; 2-szén-dioxid; 3-levegő; 4-argon; 5-oxigén; 6-nitrogén
Rizs. 1.6 A hélium és a hidrogén hővezetőképességi együtthatói.
Folyadékok hővezetési együtthatója. A cseppfolyadékokban a hőterjedés mechanizmusa az energia diszkordáns elasztikus rezgések révén történő átviteleként ábrázolható. A folyadékokban történő hőátadás mechanizmusának ezt az elméleti elképzelését, amelyet A. S. Predvoditelev terjesztett elő, N. B. Vargaftik használta a különféle folyadékok hővezető képességére vonatkozó kísérleti adatok leírására. A legtöbb folyadék esetében az elméletet jól megerősítették. Ezen elmélet alapján a következő képletet kaptuk a hővezetési együtthatóhoz: 
ahol a folyadék hőkapacitása állandó nyomáson a folyadék sűrűsége; μ - molekulatömeg. A folyadékban a rugalmas hullámok terjedési sebességével arányos A együttható nem a folyadék természetétől, hanem a hőmérséklettől függ, míg Ac p ≈const. Mivel a folyadék sűrűsége ρ a hőmérséklet emelkedésével csökken, az (1.21) egyenletből az következik, hogy állandó molekulatömegű folyadékok (nem asszociált és gyengén asszociált folyadékok) esetén a hővezetési együtthatónak csökkennie kell a hőmérséklet emelkedésével. Erősen asszociált folyadékok (víz, alkoholok stb.) esetén az (1.21) képletbe asszociációs együtthatót kell bevinni, figyelembe véve a molekulatömeg változását. Az asszociációs együttható a hőmérséklettől is függ, ezért különböző hőmérsékleteken eltérően befolyásolhatja a hővezetési együtthatót. Kísérletek igazolják, hogy a legtöbb folyadék esetében a λ hővezetési együttható a hőmérséklet emelkedésével csökken, kivéve a vizet és a glicerint (1.7. ábra). A cseppfolyós folyadékok hővezetési együtthatója hozzávetőlegesen a 0,07-0,7 W/(m×K) tartományba esik. A nyomás növekedésével a folyadékok hővezetési együtthatói nőnek.
Rizs. 1.7 Különféle folyadékok hővezetési együtthatói.
1-vazelin olaj; 2-benzol; 3-aceton; 4-ricinusolaj; 5-etil-alkohol; 6-metil-alkohol; 7-glicerin; 8-víz.
Szilárd anyagok hővezetési együtthatója. A fémekben a fő hőátadó a szabad elektronok, amelyek egy ideális egyatomos gázhoz hasonlíthatók. Az atomok rezgésmozgásával vagy rugalmas hanghullámok formájában történő hőátadás nem kizárt, de aránya elenyésző az elektrongáz energiaátviteléhez képest. A szabad elektronok mozgása miatt a hőmérséklet kiegyenlítődik a fűtő- vagy hűtési fém minden pontján. A szabad elektronok a jobban fűtött területekről a kevésbé fűtött területekre és az ellenkező irányba mozognak. Az első esetben energiát adnak az atomoknak, a másodikban elveszik. Mivel a fémekben a hőenergia hordozója az elektronok, a hő- és az elektromos vezetőképesség együtthatói arányosak egymással. A hőmérséklet emelkedésével a megnövekedett termikus inhomogenitások miatt az elektronszórás növekszik. Ez a tiszta fémek hő- és elektromos vezetőképességi együtthatóinak csökkenésével jár (1.8. ábra). Különféle szennyeződések jelenlétében a fémek hővezetési együtthatója meredeken csökken. Ez utóbbi a szerkezeti inhomogenitások növekedésével magyarázható, ami elektronszóráshoz vezet. Így például a tiszta réznél λ= 396 W/(m×K), ugyanazon réznél nyomokban arzénnel λ= 142 W/(m×K). A tiszta fémekkel ellentétben az ötvözetek hővezetési együtthatói a hőmérséklet emelkedésével nőnek (1.9. ábra). A dielektrikumokban a hővezetési együttható általában a hőmérséklet emelkedésével nő (1.10. ábra). Általános szabály, hogy a nagyobb sűrűségű anyagoknál a hővezetési együttható nagyobb értékű. Ez függ az anyag szerkezetétől, porozitásától és páratartalmától.
Rizs. 1.8 A hővezetési együttható hőmérséklettől való függése egyes tiszta fémek esetében.
Sok épület- és hőszigetelő anyag porózus szerkezetű (tégla, beton, azbeszt, salak stb.), és a Fourier-törvény alkalmazása az ilyen testekre bizonyos mértékig feltételhez kötött. A pórusok jelenléte az anyagban nem teszi lehetővé, hogy az ilyen testeket folytonos közegnek tekintsék. A porózus anyag hővezetési együtthatója is feltételes. Ez a mennyiség egy bizonyos homogén test hővezetési együtthatóját jelenti, amelyen azonos alakú, méretű és határokon lévő hőmérséklet mellett ugyanannyi hő halad át, mint egy adott porózus testen. A porszerű és porózus testek hővezetési együtthatója erősen függ a sűrűségüktől. Például, ahogy a ρ sűrűség 400-ról 800 kg/m 3 -re nő, az azbeszt hővezetési együtthatója 0,105-ről 0,248 W/(m×K)-ra nő. A ρ sűrűségnek a hővezetési együtthatóra gyakorolt hatását az magyarázza, hogy a pórusokat kitöltő levegő hővezető képessége lényegesen kisebb, mint a porózus anyag szilárd összetevőié. A porózus anyagok effektív hővezetési együtthatója erősen függ a páratartalomtól is. Nedves anyag esetén a hővezetési együttható lényegesen nagyobb, mint a száraz anyag és a víz külön-külön. Például száraz téglánál λ = 0,35, víznél λ = 0,60 és nedves téglánál λ≈1,0 W/(m×K). Ez a hatás a víznek a porózus anyagon belüli kapilláris mozgásából eredő konvektív hőátadással magyarázható, részben pedig azzal, hogy a megkötött nedvesség a szabad víztől eltérő tulajdonságokkal rendelkezik. A szemcsés anyagok hővezetési együtthatójának hőmérséklet-változással járó növekedése azzal magyarázható, hogy a hőmérséklet emelkedésével a szemcsék közötti tereket kitöltő közeg hővezető képessége nő, és a szemcsetömeg kisugárzásával történő hőátadás. is növekszik. Az épület- és hőszigetelő anyagok hővezetési együtthatói körülbelül 0,023 és 2,9 Wt/(m×K) között mozognak. Az általában hőszigetelésre használt, alacsony hővezetési együtthatójú [0,25 W/(m×K)] anyagokat hőszigetelésnek nevezzük.
A szakasz tartalma
A hővezető képesség a mikroszerkezeti elemek helyi hőmérsékletfüggő mozgásának köszönhető. Folyadékokban és gázokban a mikroszerkezeti mozgások véletlenszerű molekuláris mozgások, amelyek intenzitása a hőmérséklet emelkedésével nő. Szilárd fémekben átlagos hőmérsékleten a hőátadás a szabad elektronok mozgása miatt megy végbe. A nem fémes szilárd anyagokban a hővezetést rugalmas akusztikus hullámok hajtják végre, amelyek az összes molekula és az összes atom egyensúlyi helyzetéből való elmozdulása következtében jönnek létre. A hővezető képesség miatti hőmérséklet-kiegyenlítés alatt az átfedő hullámok véletlenszerű eloszlására való átmenetet értjük, amelyben a rezgési energia eloszlása egyenletes az egész testben. Gyakorlati körülmények között a hővezető képesség legtisztább formájában szilárd anyagokban figyelhető meg.
A hővezetés elmélete a Fourier-törvényen alapul, amely a testen belüli hőátadást a szóban forgó hely közvetlen közelében lévő hőmérsékleti állapothoz köti - ez a következőképpen fejeződik ki:
dQ/dτ= - λF*dt/dl,
ahol: dQ/dτ – hőátadási sebesség (időegységenkénti hőmennyiség); F – a hőáramlás irányára merőleges keresztmetszeti terület; dt/dl – hőmérsékletváltozás a hőáramlás irányában, i.e. hőmérséklet gradiens.
A λ együtthatót W/m⋅K-ban (kcal/m⋅óra⋅deg) fejezzük ki, amit hővezetési együtthatónak nevezünk, ez az anyag fizikai-kémiai tulajdonságaitól és az anyag hőmérsékletétől függ. A λ együttható megmutatja, hogy 1°-os hőmérséklet-különbség mellett mennyi hő áramlik át óránként egy 1 m2 felületű, 1 m vastagságú anyagon. táblázatban 7,15; A 7.16. táblázat a fémek, a levegő, a vízgőz és a víz hővezetési együtthatóinak értékeit mutatja különböző hőmérsékleteken. Tűzálló anyagok és hőszigetelő anyagok hővezető képessége, lásd a 10. fejezetet.
A levegő körülbelül 100-szor kevesebb hőt vezet, mint a szilárd anyagok. A víz körülbelül 25-ször több hőt vezet, mint a levegő. A nedves anyagok jobban vezetik a hőt, mint a száraz anyagok. A szennyeződések jelenléte, különösen a fémekben, 50-75%-os hővezető-változást okozhat.
Helyhez kötött hővezető képesség. A hővezetőképességet stacionáriusnak nevezzük, ha az azt okozó ∆t hőmérséklet-különbség változatlan marad.
Az anyagon (falon) hővezetéssel áthaladó Q hőmennyiség az anyag (fal) vastagságától függ – S, m; hőmérséklet-különbség ∆t,°С; felület – F, m 2 és a következő egyenlet határozza meg:
Q = λ (t 1 – t 2)/S, W (kcal/óra).
A hőátbocsátási tényező itt λ/S lesz, azaz. egyenesen arányos a λ hővezetési együtthatóval és fordítottan arányos a falvastagsággal – S.
Instabil hővezető képesség. A hővezető képességet nemstacionáriusnak nevezzük, ha az azt okozó ∆t hőmérséklet-különbség változó érték.
A szilárd anyagok felmelegedési sebessége egyenesen arányos az anyag ë hővezetési együtthatójával és fordítottan arányos a tárolókapacitást jellemző Cρ térfogati hőkapacitással, melynek arányát hődiffúzivitási együtthatónak nevezzük:
a = λ/Cρ, m 2 /óra.
A nem stacionárius hővezető képességű folyamatok esetében az „a” hődiffúzivitási együttható értéke ugyanaz, mint a „λ” hővezetési tényező stacionárius hőátadási módban.
A falfűtés időtartama kellő pontossággal meghatározható a műszaki számításokhoz a Grum-Grzhimailo képlet segítségével:
τ ≈ 0,35 S 2 /a, óra, ahol: S – falvastagság; a – termikus diffúziós együttható (samottnál 0,0015–0,0025 m 2 /óra).
Tűzálló tűzálló agyagtéglák falazatának hevítési időtartama: τ ≈ 175 ⋅ S 2, óra.
Bármilyen vastagságú fal felmelegedési mélysége és a felületi hőmérséklet bármilyen változása a következő képlettel határozható meg:
S PR = 0,17 ⋅ 10 -3 t P.SR ⋅ √τ, m,
ahol: t P.SR – átlagos felületi hőmérséklet a fűtési időszakban °C-ban.
Ha S PR nagyobb, mint az S anyag (fal) vastagsága, akkor stacionárius folyamat megy végbe. Ha az S PR< S, то количество тепла, аккумулированное стенкой Q АКК. можно определить по формуле Грум-Гржимайло:
Q ACC. = 0,56 ⋅ t POV. √t P.SR ⋅ τ, kcal/m 2 ⋅ periódus.
Q ACC. = 2,345 ⋅ t POV. √t P.SR ⋅ τ, kJ/m 2 ⋅ periódus.
Itt t POV. – falfelület hőmérséklete °C-ban a fűtési időszak végén; τ – óra.
7.15. táblázat. A fémek hővezető képessége, az ë értékek W/m ⋅ K (kcal/m ⋅ h ⋅ fok) mértékegységben vannak megadva.| Fémek és ötvözetek | Hőmérséklet olvadáspont, °С | Hőmérséklet, °C | |||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Alumínium | 659 | 202,4 (174) | 204,7 (176) | 214,6 (184,5) | 230,3 (198) | 248,9 (214) | - |
| Vas | 1535 | 60,5 (52,0) | 55,2 (47,5) | 51,8 (44,5) | 48,4 (41,6) | 45,0 (38,7) | 39,8 (34,2) |
| Sárgaréz | 940 | 96,8 (83,2) | 103,8 (89,2) | 108,9 (93,6) | 114,0 (98,0) | 115,5 (99,3) | - |
| Réz | 1080 | 387,3 (333) | 376,8 (324) | 372,2 (320) | 366,4 (315) | 508,6 (312) | 358,2 (308) |
| Nikkel | 1450 | 62,2 (53,5) | 58,5 (50,3) | 57,0 (49) | 55,2 (47,5) | - | - |
| Ón | 231 | 62,2 (53,5) | 58,5 (50,3) | 57,0 (49) | - | - | - |
| Ólom | 327 | 34,5 (29,7) | 34,5 (29,7) | 32,9 (28,3) | 31,2 (26,8) | - | - |
| Ezüst | 960 | 418,7 (360) | 411,7 (354) | - | - | - | - |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Acél (1%C) | 1500 | - | 44,9 (38,6) | 44,9 (38,6) | 43,3 (37,2) | 39,8 (34,2) | 38,0 (32,7) |
| Tantál | 2900 | 55,2 (47,5) | - | - | - | - | - |
| Cink | 419 | 112,2 (96,5) | 110,5 (95,0) | 107,1 (92,1) | 101,9 (87,6) | 93,4 (80,3) | - |
| Öntöttvas | 1200 | 50,1 (43,1) | 48,4 (41,6) | - | - | - | - |
| Magas szilíciumtartalmú öntöttvas | 1260 | 51,9 (44,6) | - | - | - | - | - |
| Bizmut | 271,3 | 8,1 (7,0) | 6,7 (5,8) | - | - | - | - |
| Arany | 1063 | 291,9 (251,0) | 294,2 (253,0) | - | - | - | - |
| Kadmium | 320,9 | 93,0 (80,0) | 90,5 (77,8) | - | - | - | - |
| Magnézium | 651 | 159,3 (137) | - | - | - | - | - |
| Platina | 1769,3 | 69,5 (59,8) | 72,4 (62,3) | - | - | - | - |
| Higany | - 38,87 | 6,2 (5,35) | 9,87 (8,33) | - | - | - | - |
| Antimon | 630,5 | 18,4 (15,8) | 16,7 (14,4) | - | - | - | - |
| konstantán (60% Cu + 40% Ni) | 22,7 (19,5) | 26,7 (23,0) | - | - | - | - | |
| Manganin (84% Cu + 4% Ni + + 12% Mn) | 22,1 (19,0) | 26,3 (22,6) | - | - | - | - | |
| Nikkel ezüst | 29,1 (25,0) | 37,2 (32,0) | - | - | - | - | |
| szerda | Hőmérséklet °C | ||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 500 | |
| Levegő | 0,0237 (0,0204) | 0,03 (0,0259) | 0,0365 (0,0314) | 0,0420 (0,0361) | 0,0526 (0,0452) |
| vízgőz | - | 0,0234 (0,0201) | 0,03 (0,0258) | 0,0366 (0,0315) | - |
| 0 | 20 | 30 | 70 | 100 | |
| Víz | 0,558 (0,48) | 0,597 (0,513) | 0,644 (0,554) | 0,663 (0,57) | 0,682 (0,586) |
A kemence falain, a kazán árnyékolatlan falain keresztüli hőveszteség meghatározásához és a külső felület hőmérsékletének meghatározásához grafikonokat és diagramokat használnak, lásd a függelékeket.
A hőveszteség normáit és a hőszigetelés maximális vastagságát a 7.17. táblázat tartalmazza; 7,18; 7.19.
7.17. táblázat. Határozza meg a hőszigetelés vastagságát beltéri és kültéri csővezetékeknél 7.18. táblázat. Határozza meg a hőszigetelés vastagságát nem átjárható csatornákban fektetett vízhőcsövek esetében 7.19. táblázat. A szigetelt felületek hőveszteségének normái erőművi helyiségekben 25°C, W/m tervezési levegő hőmérséklet mellett| Cső külső átmérője, mm | Hűtőfolyadék hőmérséklet, °C | Cső külső átmérője, mm | |||||||||||||
| 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 12 14 15 16 17 19 26 31 | 19 23 26 28 30 32 38 47 | 27 33 36 38 43 45 52 62 | 35 41 46 50 57 61 68 76 | 43 50 57 62 68 72 79 88 | 58 68 76 84 91 95 105 117 | 74 86 98 105 115 122 130 146 | 90 105 119 126 140 147 159 177 | 105 122 138 149 164 173 186 205 | 121 139 158 169 188 198 212 234 | 136 158 170 192 218 225 238 263 | 152 175 199 213 236 250 264 291 | 168 194 221 235 262 275 291 331 | 183 213 242 255 285 300 318 349 | 20 32 48 57 76 89 108 133 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 36 40 44 49 52 58 62 70 77 95 110 128 157 174 244 308 337 58 | 52 58 60 69 76 81 87 96 105 128 145 168 192 221 303 372 425 68 | 70 77 81 91 99 107 114 127 139 163 186 209 238 262 349 431 447 76 | 84 93 99 110 121 130 139 155 169 198 221 256 279 308 407 500 570 85 | 98 108 116 129 142 152 163 180 198 227 256 279 320 349 465 580 630 93 | 130 144 154 166 186 204 221 238 256 294 325 366 400 430 582 700 768 110 | 163 178 192 213 233 254 273 294 314 360 395 448 483 523 680 837 907 127 | 193 212 228 254 279 303 326 353 379 430 470 518 558 610 790 965 1045 144 | 213 247 264 295 324 349 374 406 435 495 547 600 645 700 910 1090 1190 160 | 256 282 302 336 369 400 430 465 500 565 616 675 727 780 998 1230 1340 178 | 287 318 337 375 413 448 482 520 558 628 686 750 808 866 1130 1245 1475 195 | 318 350 371 416 460 498 536 577 618 700 762 825 885 948 1235 1485 1630 210 | 349 384 410 458 505 547 586 633 680 767 830 900 970 1035 1340 1625 1750 228 | 378 416 445 498 550 598 645 693 738 825 900 975 1045 1115 1450 1740 1910 244 | 159 194 219 273 325 377 426 478 529 630 720 820 920 1020 1420 1820 2000 Lapos fal, m 2 | |
Jegyzet:
A gőzelszívással és -elvezetéssel működő berendezések és csővezetékek esetében a táblázatból kapott értékeket megszorozzuk a következő együtthatókkal:
Átmérő, mm 32 108 273 720 1020 2000 (és lapos fal)
Együttható 1,01 1,06 1,09 1,12 1,16 1,22
Ki ismeri a víz képletét iskolás koruk óta? Hát persze, ennyi. Valószínű, hogy a kémia teljes kurzusából sokan, akik nem tanulják szakszerűen, csak azt tudják, mit jelent a H 2 O képlet, de most megpróbáljuk a lehető legrészletesebben és mélyebben megérteni mik a fő tulajdonságai és miért lehetetlen élet a Földön.
A víz mint anyag
A vízmolekula, mint tudjuk, egy oxigénatomból és két hidrogénatomból áll. Képletét a következőképpen írják: H 2 O. Ennek az anyagnak három halmazállapota lehet: szilárd - jég formájában, gáznemű - gőz formájában, és folyékony - szín, íz és szag nélküli anyag. Egyébként ez az egyetlen olyan anyag a bolygón, amely természetes körülmények között mindhárom állapotban egyidejűleg létezhet. Például: a Föld sarkain jég, az óceánokban víz, a napsugarak alatti párolgás pedig gőz. Ebben az értelemben a víz rendellenes.
A víz egyben a legelterjedtebb anyag bolygónkon. A Föld bolygó felszínét csaknem hetven százalékban borítja - ezek óceánok, számos tavas folyó és gleccserek. A bolygó vizének nagy része sós. Ivásra és gazdálkodásra alkalmatlan. Az édesvíz a bolygó teljes vízmennyiségének mindössze két és fél százalékát teszi ki.
A víz nagyon erős és jó minőségű oldószer. Ennek köszönhetően a vízben a kémiai reakciók óriási sebességgel mennek végbe. Ugyanez a tulajdonság befolyásolja az emberi szervezet anyagcseréjét. Köztudott tény, hogy a felnőtt test hetven százaléka víz. Gyermekeknél ez az arány még magasabb. Idős korra ez a szám hetvenről hatvan százalékra csökken. Egyébként a víznek ez a tulajdonsága egyértelműen bizonyítja, hogy ez az emberi élet alapja. Minél több víz van a szervezetben, annál egészségesebb, aktívabb és fiatalabb. Ezért minden ország tudósai és orvosai fáradhatatlanul ragaszkodnak ahhoz, hogy sokat kell inni. Ez a víz tiszta formájában, és nem helyettesíti tea, kávé vagy más italok formájában.
A víz alakítja a bolygó éghajlatát, és ez nem túlzás. A meleg óceáni áramlatok egész kontinenseket melegítenek fel. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a víz sok naphőt elnyel, majd kiengedi, amikor hűlni kezd. Így szabályozza a hőmérsékletet a bolygón. Sok tudós azt állítja, hogy a Föld már régen kihűlt volna és kővé változott volna, ha nem lett volna annyi víz a zöld bolygón.
A víz tulajdonságai
A víznek számos nagyon érdekes tulajdonsága van.
Például a víz a levegő után a legmozgékonyabb anyag. Az iskolai tanfolyamból valószínűleg sokan emlékeznek egy olyan fogalomra, mint a víz körforgása a természetben. Például: a patak közvetlen napfény hatására elpárolog és vízgőzné alakul. Továbbá ezt a párát a szél elszállítja valahova, felhőkben gyűlik össze, vagy akár a hegyekben hó, jégeső vagy eső formájában hullik le. Továbbá a patak ismét lefolyik a hegyekből, részben elpárolog. És így - körben - a ciklus milliószor ismétlődik.
A víznek is nagyon nagy a hőkapacitása. Ennek köszönhető, hogy a víztestek, különösen az óceánok, nagyon lassan hűlnek le a meleg évszakról vagy napszakról a hidegre való átmenet során. Ezzel szemben a levegő hőmérsékletének emelkedésével a víz nagyon lassan melegszik fel. Ennek köszönhetően, mint fentebb említettük, a víz stabilizálja a levegő hőmérsékletét egész bolygónkon.
A higany után a víznek a legnagyobb felületi feszültsége. Lehetetlen nem észrevenni, hogy a véletlenül sík felületre kiömlött csepp néha lenyűgöző folttá válik. Ez a víz viszkozitását mutatja. Egy másik tulajdonság akkor jelenik meg, amikor a hőmérséklet négy fokra csökken. Amint a víz erre a pontra lehűl, könnyebbé válik. Ezért a jég mindig a víz felszínén lebeg, és kéreggé keményedik, beborítva a folyókat és tavakat. Ennek köszönhetően a halak nem fagynak ki a télen fagyos tározókban.
A víz, mint elektromos vezető
Először is meg kell tanulnia, hogy mi az elektromos vezetőképesség (beleértve a vizet is). Az elektromos vezetőképesség egy anyag azon képessége, hogy elektromos áramot vezet át önmagán. Ennek megfelelően a víz elektromos vezetőképessége a víz áramvezető képessége. Ez a képesség közvetlenül függ a folyadékban lévő sók és egyéb szennyeződések mennyiségétől. Például a desztillált víz elektromos vezetőképessége szinte minimálisra csökken, mivel az ilyen vizet különféle adalékanyagoktól tisztítják, amelyek annyira szükségesek a jó elektromos vezetőképességhez. Kiváló áramvezető a tengervíz, ahol nagyon magas a sók koncentrációja. Az elektromos vezetőképesség a víz hőmérsékletétől is függ. Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a víz elektromos vezetőképessége. Ezt a mintát a fizikusok többszöri kísérletei tárták fel.
Vízvezetőképesség mérés
Van egy ilyen kifejezés - konduktometria. Ez a neve az egyik elektrokémiai elemzési módszernek, amely az oldatok elektromos vezetőképességén alapul. Ezt a módszert az oldatokban lévő sók vagy savak koncentrációjának meghatározására, valamint egyes ipari oldatok összetételének szabályozására használják. A víz amfoter tulajdonságokkal rendelkezik. Vagyis a körülményektől függően savas és bázikus tulajdonságokat is képes felmutatni - savként és bázisként is működik.
Az ehhez az elemzéshez használt eszköznek nagyon hasonló neve van - vezetőképesség-mérő. Konduktométer segítségével megmérjük az elektrolitok elektromos vezetőképességét a vizsgált oldatban. Talán érdemes még egy kifejezést elmagyarázni - elektrolit. Ez egy olyan anyag, amely feloldáskor vagy megolvadáskor ionokra bomlik, aminek következtében elektromos áramot vezetnek. Az ion egy elektromosan töltött részecske. Valójában egy konduktométer, amely a víz elektromos vezetőképességének bizonyos mértékegységeit veszi alapul, meghatározza a fajlagos elektromos vezetőképességét. Vagyis meghatározza egy adott térfogatú víz elektromos vezetőképességét, mint kezdeti mértékegységet.
Még a múlt század hetvenes éveinek eleje előtt a „mo” mértékegységet használták az elektromosság vezetőképességének jelzésére, ez egy másik mennyiség származéka volt - Ohm, amely az ellenállás alapegysége. Az elektromos vezetőképesség az ellenállással fordítottan arányos mennyiség. Most Siemensben mérik. Ez a mennyiség a németországi fizikus - Werner von Siemens - tiszteletére kapta a nevét.
Siemens
A Siemens (jelölhető Cm vagy S) az Ohm reciproka, amely az elektromos vezetőképesség mértékegysége. Egy cm egyenlő bármely olyan vezetővel, amelynek ellenállása 1 ohm. A Siemens a következő képlettel fejeződik ki:
- 1 cm = 1: Ohm = A: B = kg −1 m −2 s³A², ahol
A - amper,
V - volt.
A víz hővezető képessége
Most beszéljünk egy anyag hőenergia átviteli képességéről. A jelenség lényege, hogy az adott test, anyag hőmérsékletét meghatározó atomok, molekulák mozgási energiája kölcsönhatásuk során átkerül egy másik testbe, anyagba. Más szóval, a hővezető képesség a testek, anyagok, valamint a test és az anyag közötti hőcsere.
A víz hővezető képessége is nagyon magas. Az emberek minden nap használják a víznek ezt a tulajdonságát anélkül, hogy észrevennék. Például hideg vizet önteni egy edénybe és hűteni az italokat vagy ételt. A hideg víz hőt vesz fel a palackból vagy a tartályból, cserébe hideget adva fordított reakció is lehetséges.
Most ugyanez a jelenség könnyen elképzelhető bolygószinten. Az óceán nyáron felmelegszik, majd a hideg idő beköszöntével lassan lehűl, és hőjét a levegőbe adja, ezáltal felmelegíti a kontinenseket. A téli lehűlés után az óceán a szárazföldhöz képest nagyon lassan kezd felmelegedni, és átadja hűvösségét a nyári napfényben sínylődő kontinenseknek.
A víz sűrűsége
Fentebb leírtuk, hogy a halak télen a tóban élnek, mivel a víz teljes felületükön kéreggé keményedik. Tudjuk, hogy a víz nulla fokos hőmérsékleten kezd jéggé alakulni. Mivel a víz sűrűsége nagyobb, mint a sűrűsége, lebeg és megfagy a felszínen.
a víz tulajdonságai
Ezenkívül különböző körülmények között a víz oxidálószer és redukálószer is lehet. Vagyis a víz az elektronjait feladva pozitív töltésűvé válik és oxidálódik. Vagy elektronokat szerez és negatív töltésű lesz, ami azt jelenti, hogy helyreáll. Az első esetben a víz oxidálódik, és halottnak nevezik. Nagyon erős baktériumölő tulajdonságokkal rendelkezik, de nem kell inni. A második esetben a víz élő. Élénkít, regenerálódásra serkenti a szervezetet, és energiát visz a sejtekhez. A víz e két tulajdonsága közötti különbséget az „oxidációs-redukciós potenciál” kifejezés fejezi ki.
Mivel tud reagálni a víz?
A víz szinte minden, a Földön létező anyaggal képes reagálni. Az egyetlen dolog, hogy ezeknek a reakcióknak a bekövetkezéséhez megfelelő hőmérsékletet és mikroklímát kell biztosítani.
Például szobahőmérsékleten a víz jól reagál olyan fémekkel, mint a nátrium, kálium, bárium - ezeket aktívnak nevezik. Halogénekkel - ez fluor, klór. Melegítéskor a víz jól reagál vassal, magnéziummal, szénnel és metánnal.
Különféle katalizátorok segítségével a víz reakcióba lép karbonsavak amidjaival és észtereivel. A katalizátor olyan anyag, amely úgy tűnik, hogy az összetevőket kölcsönös reakció felé tolja, felgyorsítva azt.
Van még víz a Földön kívül?
Eddig a Földön kívül a Naprendszer egyetlen bolygóján sem fedeztek fel vizet. Igen, azt sugallják, hogy jelen van az olyan óriásbolygók műholdain, mint a Jupiter, a Szaturnusz, a Neptunusz és az Uránusz, de a tudósok egyelőre nem rendelkeznek pontos adatokkal. Van egy másik, még nem teljesen igazolt hipotézis a Mars bolygó és a Föld műholdjának, a Holdnak a felszín alatti vizeiről. A Marssal kapcsolatban általánosságban számos elméletet terjesztettek elő, miszerint valaha óceán volt ezen a bolygón, és annak lehetséges modelljét még a tudósok is megtervezték.
A Naprendszeren kívül sok nagy és kis bolygó található, ahol a tudósok szerint víz lehet. De egyelőre a legcsekélyebb lehetőség sincs arra, hogy ebben biztosan megbizonyosodjunk.
A víz hő- és elektromos vezetőképességének gyakorlati felhasználása
A víz nagy hőkapacitása miatt a fűtési hálózatokban hűtőfolyadékként használják. Biztosítja a hőátadást a termelőtől a fogyasztóig. Számos atomerőmű vizet is használ kiváló hűtőközegként.
Az orvostudományban jeget hűtésre, gőzt fertőtlenítésre használnak. A közétkeztetési rendszerben is használnak jeget.
Számos atomreaktorban a vizet moderátorként használják a nukleáris láncreakció sikeres lezajlásának biztosítására.
Nyomás alatti vizet használnak a sziklák hasítására, törésére és egyenletes vágására. Ezt aktívan használják alagutak, földalatti helyiségek, raktárak és metrók építésénél.
Következtetés
A cikkből az következik, hogy a víz tulajdonságait és funkcióit tekintve a Földön a legpótolhatatlanabb és legcsodálatosabb anyag. Egy ember vagy bármely más élőlény élete a Földön függ a víztől? Abszolút igen. Hozzájárul ez az anyag az emberi tudományos tevékenységhez? Igen. Van-e a víznek elektromos vezetőképessége, hővezető képessége és egyéb hasznos tulajdonságai? A válasz is „igen”. Egy másik dolog, hogy egyre kevesebb víz van a Földön, és főleg tiszta víz. A mi feladatunk pedig az, hogy megóvjuk és megóvjuk (és így mindannyiunkat) a kihalástól.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete