Теплопроводность воды это: У воды теплопроводность высокая или низкая

Теплопроводность воды и льда и их особенности

Вода и лед: теплопроводность: Freepick

Теплопроводность воды в жидком и твердом состоянии обеспечивает жизнь в водоемах в зимний период. Что означает показатель и как его изменения помогают водной флоре и фауне? В поисках ответов на эти вопросы ученые обнаружили много интересных фактов.

Теплопроводность воды и льда

Особенные физические свойства имеет вода. Теплопроводность ее, например, в жидком и твердом состоянии отличается, что очень важно для природы. Прежде чем узнать точные значения этого показателя и рассмотреть примеры, познакомимся поближе с самим явлением.

Что такое теплопроводность

В прежние времена люди считали, что тепловая энергия передается благодаря перетеканию некоего «теплорода» из одного места в другое.

Но молекулярно-кинетическая теория подробно изучила это явление и сумела объяснить его с учетом взаимодействия частиц вещества. Молекулы из более нагретых частей двигаются быстрее и способны делиться энергией с холодными частями, сталкиваясь с их медленными частицами.

Как мы понимаем теплопроводность сегодня? Так ученые называют способность материального тела проводить энергию (тепло) от более нагретой части к менее нагретой благодаря хаотическому движению частиц — атомов, молекул, электронов и т. п.

Обмен теплом происходит в любом теле с неоднородно распределенной температурой. Однако его механизм отличается в зависимости от того, твердое, жидкое или газообразное вещество перед нами.

Также под теплопроводностью понимают количественную характеристику способности тела к проведению тепла. Если сравнить тепловую цепь с электрической, то этот показатель будет аналогом проводимости.

Количественно данное свойство характеризуют коэффициентом теплопроводности, который также известен как удельная теплопроводность:

  • Эта характеристика показывает количество тепла, которое в течение единицы времени при температурной разнице 1 К проходит сквозь однородный образец материала с определенной длиной и площадью.
  • Международная система единиц (СИ) приводит для него такие единицы измерения — Вт/(м×град) или Вт/(м×К).

Особенные свойства воды: Freepick

Каковы теплофизические свойства воды и льда

Коэффициент теплопроводности воды меняется в зависимости от температуры:

  1. При 0 °С он равняется 0,569 Вт/(м×град).
  2. При ее повышении он постепенно растет и, например, при температуре 20 °С составляет 0,603 Вт/(м×град).

С учетом столь маленьких значений коэффициента для воды перенос тепла в водных объектах становится не совсем обычным процессом. В природе на первый план в переносе тепла в водоемах выходят турбулентные процессы.

Теплопроводность льда имеет следующие особенности:

  1. Коэффициент теплопроводности в чистом, лишенном пузырьков воздуха льде при 0 °С составляет 2,22 Вт/(м×град).
  2. По мере уменьшения температуры показатель снижается.

Таким образом, показатель теплопроводности льда при 0 °С практически в четыре раза превышает данный показатель для воды при такой же температуре. Это говорит о том, что тепло проводится льдом гораздо быстрее, чем водой. Поэтому в живом организме замерзание происходит быстрее, чем оттаивание.

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда

Показатели и особенности теплопроводности воды имеют важное значение для природы, а точнее, для жизни водоемов. Во многих уголках планеты температура окружающей среды значительно меняется в течение года.

Но даже при экстремально низких температурах водоемы никогда не промерзают до дна, благодаря чему в них сохраняется жизнь. В чем секрет? Разгадать эту загадку можно, если помнить о некоторых свойствах льда и воды.

Низкая теплопроводность льда

У льда плохая теплопроводность, поэтому, когда температура воздуха вокруг него снижается, под ним сохраняется относительное тепло. В любом случае температура будет плюсовая, благодаря чему вода не промерзнет до дна.

Таким образом из толстого слоя льда на водоеме получается своеобразное одеяло, оберегающее от мороза жизнь в водоемах. Чем сильнее холода, тем толще необходим слой льда, чтобы создать нужную теплоизоляцию.

Расширение воды при замерзании

Вода под слоем льда: Freepick

В процессе замерзания вода ведет себя нетипично для жидкости. Практически все жидкости во время охлаждения сжимаются, их объем сокращается, а концентрация увеличивается. К примеру, твердый воск тяжелее, чем жидкий, потому погружается в него и остается на дне.

С водой же происходит следующее:

  • Она ведет себя так же, как и другие жидкости, до отметки в +4 °С, то есть сжимается.
  • Дальнейшее замораживание приводит к постепенному расширению и уменьшению массы.
  • Лед, который образуется при нулевой температуре, оказывается легче, чем незамерзший слой воды с плюсовой температурой.

Таким образом, вода при охлаждении не сжимается, а расширяется. В ходе этого процесса ее вес уменьшается.

Особенности плотности воды

Вода — особенное вещество еще и потому, что ее плотность в жидком состоянии выше, чем в твердом. Максимальной плотностью обладает вода при температуре +4 °С. В зимний период вода с такой температурной отметкой окажется на дне. Поверхность же украсит лед с плотностью около 900 кг/м³.

Сразу под ним будет вода с температурой около 0 °С, а по мере набора глубины температура достигнет +4 °С. При этом плотность будет расти, что не даст слоям смешаться и замерзнуть.

Как же замерзают водоемы? Этот процесс происходит так:

  1. Вначале происходит охлаждение воды до +4 °С, ее плотность возрастает, и она спускается ко дну водоема. Нижние теплые слои, соответственно, поднимаются наверх, где происходит их остывание и дальнейшее погружение вниз.
  2. Как только вся толща воды охладится до +4 °С этот процесс замедлится.
  3. Дальнейшее охлаждение верхнего слоя приводит к процессу расширения и снижения плотности воды около поверхности. Опуститься вниз она уже не способна, поэтому продолжится замерзание и кристаллизация.
  4. При нулевой отметке из верхнего слоя образуется лед, а нижний слой сохранит жидкое состояние.

Сохранение температуры выше ноля в нижнем слое водоемов обеспечивает живые организмы возможностью выжить в условиях суровой зимы. Если бы вода не имела таких особенных физических свойств, то всей водной флоре и фауне грозило бы вымирание.

Интересно, что аналогичное свойство было обнаружено в Солнечной системе на спутниках планет-гигантов, на которых существуют большие запасы воды. В придонных зонах внеземных океанов показатели температуры, как правило, еще выше.

Ученые считают, что жидкую воду можно обнаружить под льдом таких планет, как Европа, Каллисто, Ганимед, Рея, Титания, Оберон, Тритон, Плутон. Возможно, их ледяные корки скрывают огромные океаны.

Теперь вам известно не только то, какова теплопроводность воды, но и чем она особенна и чем полезна природе. Все эти чудеса постоянно происходят вокруг нас. Физика объясняет их и делает загадочные явление понятными.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1906083-teploprovodnost-vody-i-lda-i-ih-osobennosti/

Теплопроводность — вода — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Теплопроводность воды примерно в 5 раз выше теплопроводности масла. Она увеличивается с увеличением давления, но при давлениях, имеющих место в гидродинамических передачах, ее можно принять постоянной.
 [1]

Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз превышает теплопроводность воздуха. В соответствии с этим увеличивается скорость теплопотери при погружении тела в воду или соприкосновении с ней, а это в значительной мере определяет теплоощущение человека на воздухе и в воде. Так, например, при — ( — 33 воздух кажется нам теплым, а такая же температура воды — безразличной. Температура воздуха 23 кажется нам безразличной, а вода такой же температуры — прохладной. При — ( — 12 воздух кажется прохладным, а вода — холодной.
 [2]

Теплопроводность воды и водяного пара г несомненно, изучена лучше всех других веществ.
 [3]

Динамическая вязкость ( х ( Па-с некоторых водных растворов.| Изменение массовой теплоемкости водных растворов некоторых солей в зависимости от концентрации раствора. | Теплопроводность некоторых растворов в зависимости от концентрации при 20 С.
 [4]

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопроводность водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.
 [5]

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей ( кроме металлов) и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастая и лишь затем начиная уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.
 [6]

Изменение относительной теплоемкости воды с температурой.| Схема возникновения поверхностного натяжения.
 [7]

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей ( кроме металлов), и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастает и лишь затем начинает уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.
 [8]

Динамическая вязкость ц ( Па-с некоторых водных растворов.| Изменение массовой теплоемкости водных растворов некоторых солей в зависимости от концентрации раствора.| Теплопроводность некоторых растворов в зависимости от концентрации при 20 С.
 [9]

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопровод-кость водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.
 [10]

Теплопроводность воды, водных растворов солей, спиртоводных растворов и некоторых других жидкостей ( например, гликолей) возрастает с повышением температуры.
 [11]

Теплопроводность воды очень незначительна по сравнению с теплопроводностью других веществ; так, теплопроводность пробки — 0 1; асбеста — 0 3 — 0 6; бетона — 2 — 3; дерева — 0 3 — 1 0; кирпича-1 5 — 2 0; льда — 5 5 кал / см сек град.
 [12]

Теплопроводность воды X при 24 равна 0 511, теплоемкость ее с 1 ккал кг С.
 [13]

Теплопроводность воды прн 25 равна 1 43 — 10 — 3 кал / см-сек.
 [14]

Поскольку теплопроводность воды ( Я 0 5 ккал / м — ч — град) примерно в 25 раз больше, чем у неподвижного воздуха, вытеснение воздуха водой повышает теплопроводность пористого материала. При быстром замораживании и образовании в порах строительных материалов уже не льда, а снега ( Я 0 3 — 0 4), как показали наши наблюдения, теплопроводность материала, наоборот, несколько уменьшается. Правильный учет влажности материалов имеет большое значение для теплотехнических расчетов сооружений как надземных, так и подземных, например водоканализационных.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Точность измерения и теплопроводность воды – Приложения

В литературе имеется множество опубликованных значений теплопередающих свойств многих материалов, некоторые из которых относятся к 19 векам. Все эти данные основаны на измерениях, так как нет исходного материала для теплопроводности. В лучшем случае опубликованные результаты составлены из множества измерений с использованием различных методов в контролируемых условиях, так называемых циклических тестов. Если это так, то среднее значение всех измерений, вероятно, является справедливой оценкой истинного значения, но тем не менее будет содержать ошибки и отклонения, причем неизвестно, в какой степени.

а) Плохая точность и точность. б) Плохая точность, но хорошая точность. c) Хорошая точность (среднее значение близко к мишени), но плохая точность. г) Хорошая точность и точность.

Связь удельной теплоемкости и теплопроводности

Единственное исключение из вышеизложенного относится к теплоемкости воды. Согласно определению, одна калория — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия при 20 °C. Таким образом, в единицах СИ C p воды составляет 4,18 Дж / г K при 20 ° C. Поскольку это определение удельной теплоемкости, оно является точным и правильным. Зная, что удельная теплоемкость единицы объема (плотность, умноженная на C p ) равен коэффициенту теплопроводности, деленному на коэффициент температуропроводности, у нас есть хорошие шансы проверить точность путем одновременного измерения проводимости и коэффициента диффузии воды. При 20 °C плотность чистой воды составляет 1,00 г/см 3 и, следовательно, удельная теплоемкость единицы объема будет 4,18 МДж/м 3 К.

Тестирование воды

Для измерения воды необходимо принять некоторые меры предосторожности: Вода должна быть дистиллированной, чтобы избавиться от всех ионов. Он также должен быть дегазирован и храниться в герметичном контейнере для удаления растворенных газов и предотвращения нового поглощения при контакте с воздухом. Образец воды, приготовленный таким образом, помещали в сосуд с датчиком Hot Disk и соответствующим образом тестировали.

Для анализа использовался прибор TPS 2500 S, соответствующий стандарту ISO 22007-2. В этом случае использовался датчик с радиусом 3,2 мм, мощностью нагрева 25 мВт и временем измерения 3 с.

Результаты

Теплопроводность воды при температуре от 0 до 100 °C, измеренная с помощью Hot Disk TPS 2500 S.
Темп. [°С] λ [Вт/м/К] Станд. κ [мм 2 /с] Станд. рС p [МДж/м 3 К] Станд.
0 0,5864 0,009 0,133 0,005 4,41 0,11
20 0,6075 0,028 0,147 0,018 4,18 0,33
40 0,6691 0,038 0,173 0,026 3,94 0,47
60 0,7310 0,027 0,200 0,021 3,68 0,27
80 0,7938 0,028 0,239 0,025 3,35 0,22
100 0,8580 0,017 0,268 0,022 3,21 0,17
20 0,6270 0,012 0,158 0,008 3,97 0,13

 

Температура воды была первоначально измерена при 20 °C, и затем результаты показали C p 4,186 МДж/м 3 K. Затем испытания проводились при 0 °C и при каждом шаге от 20 °C до 100 °C. , а затем, наконец, снова при 20 ° C. По мере того как образец начинает растворять газы из окружающего воздуха, значение C p постепенно снижается, как видно из значений, полученных при 20 °C.

Было выполнено пять измерений при каждой температуре и рассчитано стандартное отклонение для каждой температуры для оценки точности теста. Стандартное отклонение также используется для расчета уровней достоверности, так что небольшие вариации могут быть признаны реальными или случайными. В этих экспериментах все стандартные отклонения были доказаны в пределах уровня 2σ.

Заключение

При использовании метода Hot Disk одновременно измеряются проводимость и диффузионная способность. Из этих измеренных значений рассчитывается удельная теплоемкость на единицу объема. Ни калибровка, ни сравнение со стандартами не используются и не требуются. Метод Hot Disk является абсолютным. Согласие с ожидаемой удельной теплоемкостью превосходное, и в результате можно сделать вывод, что проводимость и диффузионная способность точны с очень высокой уверенностью. Риск того, что проводимость и диффузионная способность будут неправильными, так что расчет удельной теплоемкости, тем не менее, даст теоретическое значение, пренебрежимо мал.

Автор: д-р Ларс Хеллдал

Теплопроводность

Теплопроводность

Material Thermal conductivity
(cal/sec)/(cm 2 C/cm)
Thermal conductivity
(W/m K)*
Diamond
1000
Серебро
1,01
406.0
Copper
0.99
385.0
Gold
314
Brass
. ..
109,0
Алюминий
0,50
205,0
IRO 9189
IRO 9189
9189
9189
.0031
79.5
Steel
50.2
Lead
0.083
34.7
Mercury
8.3
Ice
0.005
1.6
Glass,ordinary
0.0025
0.8
Concrete
0.002
0.8
Water at 20° C
0. 0014
0.6
Asbestos
0.0004
0.08
Снег (сухой)
0,00026
Словочный флост.0031
0.04
Brick,insulating
0.15
Brick, red
0.6
Cork board
0.00011
0.04
Wool felt
0.0001
0.04
Rock wool
0.04
Polystyrene (styrofoam)
0. 033
Polyurethane
0.02
Wood
0,0001
0,12-0,04
Воздух при 0 ° C
0,000057
0,024
0,024
.0032

0,138
Гидрод (20 ° C)
0,172
0,172
0,172
0,172
915

0,172
9003
.
0.0234
Oxygen(20°C)
0.0238
Silica aerogel
. ..
0.003

*Большинство из Юнга, Хью Д., Университетская физика, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для аэрогеля алмаза и кремнезема из CRC Handbook of Chemistry and Physics.

Обратите внимание, что 1 (кал/сек)/(см 2 Кл/см) = 419 Вт/м·К. Имея это в виду, два приведенных выше столбца не всегда совпадают. Все значения взяты из опубликованных таблиц, но не могут считаться достоверными.

Значение 0,02 Вт/мК для полиуретана можно принять за номинальную цифру, которая делает пенополиуретан одним из лучших изоляторов. NIST опубликовал процедуру численного приближения для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethan.html. Их расчет для наполненного фреоном полиуретана плотностью 1,99 lb/ft 3 при 20°C дает теплопроводность 0,022 Вт/мК. Расчет для наполненного полиуретана CO 2 с плотностью 2,00 фунт/фут 3 дает 0,035 Вт/мК.

Обсуждение теплопроводности
Температура Дебая и теплопроводность

Индекс

Таблицы

Справочник
Юнг
Глава 15.

  Гиперфизика***** Термодинамика Назад

Соотношение между теплопроводностью и электропроводностью металлов можно выразить соотношением:

, которое можно назвать отношением Видемана-Франца или постоянной Лоренца.

Metal k/sT (10 -8 WW/K 2 )
Cu
2.23
Ag
2.31
Au
2.