Тепловое расширение воды: Термическое расширение твёрдых тел и жидкостей — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

Тепловое расширение • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

200 законов мироздания > Физика

Изменение линейных размеров тела при нагревании пропорционально изменению температуры.

Подавляющее большинство веществ при нагревании расширяется. Это легко объяснимо с позиции механической теории теплоты, поскольку при нагревании молекулы или атомы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах атомы начинают с большей амплитудой колебаться вокруг своего среднего положения в кристаллической решетке, и им требуется больше свободного пространства. В результате тело расширяется. Так же и жидкости и газы, по большей части, расширяются с повышением температуры по причине увеличения скорости теплового движения свободных молекул (см. Закон Бойля—Мариотта, Закон Шарля, Уравнение состояния идеального газа).

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером L в соответствующем измерении при увеличении его температуры на ΔТ расширяется на величину ΔL, равную:

    ΔL = αLΔT

где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.

Для инженеров тепловое расширение — жизненно важное явление. Проектируя стальной мост через реку в городе с континентальным климатом, нельзя не учитывать возможного перепада температур в пределах от —40°C до +40°C в течение года. Такие перепады вызовут изменение общей длины моста вплоть до нескольких метров, и, чтобы мост не вздыбливался летом и не испытывал мощных нагрузок на разрыв зимой, проектировщики составляют мост из отдельных секций, соединяя их специальными термическими буферными сочленениями, которые представляют собой входящие в зацепление, но не соединенные жестко ряды зубьев, которые плотно смыкаются в жару и достаточно широко расходятся в стужу. На длинном мосту может насчитываться довольно много таких буферов.

Однако не все материалы, особенно это касается кристаллических твердых тел, расширяются равномерно по всем направлениям. И далеко не все материалы расширяются одинаково при разных температурах. Самый яркий пример последнего рода — вода. При охлаждении вода сначала сжимается, как и большинство веществ. Однако, начиная с +4°C и до точки замерзания 0°C вода начинает расширяться при охлаждении и сжиматься при нагревании (с точки зрения приведенной выше формулы можно сказать, что в интервале температур от 0°C до +4°C коэффициент теплового расширения воды α принимает отрицательное значение). Именно благодаря этому редкому эффекту земные моря и океаны не промерзают до дна даже в самые сильные морозы: вода холоднее +4°C становится менее плотной, чем более теплая, и всплывает к поверхности, вытесняя ко дну воду с температурой выше +4°C.

То, что лед имеет удельную плотность ниже плотности воды, — еще одно (хотя и не связанное с предыдущим) аномальное свойство воды, которому мы обязаны существованием жизни на нашей планете. Если бы не этот эффект, лед шел бы ко дну рек, озер и океанов, и они, опять же, вымерзли бы до дна, убив всё живое.

1

Показать комментарии (1)

Свернуть комментарии (1)

  • Свойвзгляд
     07.02.2010  11:23

    Ответить

    Всё, что связано с теплом и холодом связано с важнейшим физическим термином и понятием — «ТЕМПЕРАТУРА». А это самое непроработанное физическое понятие в основе которого до сих пор нет самого физического объекта (предмета) обозначаемого словом температура. Объект-теплоноситель этой самой температуры не выявлен. Какая температура у отдельной молекулы? Какие объекты дают температуру в глубоком космическом вакууме? Что является источником температуры в 1000К в ионосфере Земли? Знает ли современная физика ответы на эти вопросы? Почему энтропия вселенной сейчас возрастает? Будет ли период в развитии нашей вселенной, когда второе начало термодинамики станет своей противоположностью и энтропия начнёт падать (уменьшаться)? Если знать объект-источник «Температуры», то и на все эти вопросы сможем ответить легко и непринуждённо.
    Ответ на вопрос о причине расширения тел при нагревании найдёт своё однозначное решение. И не только тел. Даже вукуум при нагревании расширяется. Это что касается проблемы предсказания правильной теории. Если это прочитают физики эксперементаторы, то попробуйте на инструментальной основе подтвердить этот факт. Вероятность подтверждения 100%. Это будет значительный вклад в развитие физики. Ну, а уж право теоретического обоснования оставляю за собой.

    Ответить

Написать комментарий

около 1800

Тепловое расширение

XIX век

Теплообмен

1859

Теория эволюции

Новостная рассылка
 

«Элементы» в соцсетях: 

Аномальное тепловое расширение воды | География. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Вода имеет способность к аномальному тепловому расширению. Все жидкости, как и твёрдые тела, расширяются при нагревании. Их объёмное расширение можно наблюдать на следующем опыте.

Наполним колбу водой и закроем пробкой со вставленной в неё труб­кой. Будем нагревать воду в колбе и увидим, что вода начнёт подни­маться по трубке. Это происходит потому, что жидкость при нагрева­нии расширяется.

Тепловое расширение жидкости объясняется увеличением средних расстояний между положениями равновесия её молекул.

Все жидкости достаточно равномерно расширяются с повышением температуры. Исключение составляет вода. Вода расширяется только при нагревании свыше +4 °C. При нагревании от 0 до +4 °C она сжима­ется. При этом её объём уменьшается, а плотность увеличивается. Наибольшую плотность вода имеет при +4 °C.

Под действием солнечных лучей верхние слои воды нагреваются, предположим, до температуры +2 °C. Плотность воды в этом слое боль­ше, чем в слое, лежащем ниже и имеющем температуру 0 °C. Нагретая вода опускается вниз. Её место занимает вода, имеющая более низкую температуру. Таким образом, происходит непрерывная смена слоёв воды и равномерное прогревание всей её толщи. Это будет происхо­дить, пока температура воды не станет равной +4 °C. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Загрузка…



При дальнейшем нагревании верхние слои становятся менее плот­ными и остаются вверху. Поэтому большие толщи воды прогреваются быстро лишь до +4 °C (наибольшая плотность), дальнейшее прогрева­ние нижних слоёв идёт медленно. Охлаждение воды до +4 °C происхо­дит быстро, а дальнейшее охлаждение замедляется. Это приводит к тому, что водоёмы, начиная с некоторой глубины, имеют температуру +2—3 °C. Даже зимой вода в водоёмах не промерзает до дна. Верхние, более холодные, слои воды опускаются вниз, а тёплые занимают их место. Такое перемещение происходит до тех пор, пока температура воды не станет +4 °C. При дальнейшем охлаждении верхние слои не бу­дут опускаться вниз и постепенно замёрзнут.

Эта особенность теплового рас­ширения воды имеет очень боль­шое значение для формирования климата Земли, так как большая часть поверхности нашей планеты покрыта водой.



На этой странице материал по темам:

  • Конспект на тему аномальное расширение льда и воды

  • Реферат на тему аномальное расширения льда и воды

  • В чем заключается аномальное тепловое расширение воды

  • Аномальное расширение льда и воды реферат

  • В чём заключается аномальное тепловое расширение воды


Вопросы по этому материалу:



Материал с сайта http://Doklad-Referat.ru



Предыдущее		Ещё по теме:
Следующее

—
Гидрология
—

Загрузка. ..

объемный (кубический) тепловой расширение

Удельный объем блока может быть выражен как

V = 1 / ρ = V / M (1)

, где

V = Специальный объем (M 3 /кг, FT 3 /LB)

ρ = плотность (кг /м 3 , фунт /FT 3 ) 9009, фунт /фт 3 )

V = объем блока (M 3 , FT 3 )

M = масса единицы (кг, фунт)

. Изменения могут быть выражены как

DV = V 0 β (T 1 — T 0 ) (2)

, где

DV = V 1 .0064 — V 0 = change in volume (m 3 , ft 3 )

β =  volumetric temperature expansion coefficient (m 3 /m 3 o C, ft 3 /FT 3 O F)

T 1 = Конечная температура ( O C, O F)

T 0 = Trath или С, O F)

Плотность жидкости при изменении температуры может быть выражена как

ρ 1 = M / V 0 (1 + β (T 1 -T 0 (1 + β (T 1 -T 0 0 ))

= ρ 0 / (1 + β (T 1 — T 0 )) (3)

, где

ρ 1

= Финал

ρ 1

= Финал

ρ 1

= Финал

ρ 1

= Финал

ρ 1

= Финал

. (кг/м 3 , фунт/фут 3 )

ρ 0 = начальная плотность (кг/м 3 , фунт/фут 3 ) 999 9008 99 999 77777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777 Калькулятор расширения — коэффициент расширения и температура

Имейте в виду, что коэффициент расширения для некоторых жидкостей, таких как вода, может меняться в зависимости от температуры. Приведенный ниже калькулятор является универсальным и может использоваться для метрических и имперских единиц при условии, что единицы используются последовательно.

V 0 — начальный объем (M 3 , FT 3 , галлоны ..)

β — Коэффициент повышения температуры объемного )

T 0 — Начальная температура ( O C, O F )

T 1 — окончательный Ф )

  • Сделать ярлык для этого калькулятора на главном экране?

Обратите внимание, , что коэффициент объемного расширения, используемый в калькуляторе, является постоянным. Если вы хотите рассчитать объемное изменение жидкости в диапазоне температур, в котором коэффициент объемного расширения жидкости сильно меняется, интерполируйте значения коэффициента или разделите расчет для разных температурных диапазонов. Пример – вода – это жидкость, коэффициент объемного расширения которой сильно меняется в зависимости от температуры. Вода имеет наибольшую плотность и наименьший объем при 4 или C (39.2 или F) . Объемный коэффициент для воды отрицателен ниже 4 o C и показывает, что объем a уменьшается при изменении температуры от 0 o C ( 32 o F ) до 4 o C .

Онлайн-калькулятор теплового кубического расширения — плотности

Этот калькулятор можно использовать для расчета объема расширения, когда известны начальный объем, начальная и конечная плотности жидкости

V 0 — initial volume (m 3 , ft 3 )

ρ 0 — initial density (kg/m 3 , lb/ft 3 )

ρ 1 — Конечная плотность (кг/м 3 , фунт/фут 3 )

  • УДАРИЯ
  • ПЛОНА ГЛАВНАЯ ГЛИЦА ГЛИНКА GLYCOL GLYCOL GLYCOL GLYCOL GLYCOL COLCOLCOLCOLE
  • . — β — for some Fluids
    • water at 0 o C : -0.00005 0 (1/ o C)
    • water at 4 o C : 0 (1/ O C)
    • Вода при 10 O C : 0,000088 (1/ O C)
    • WATER AT 20

      8.01111118.0008........9008.

      .....9008..9008.. .

      8

      8.7

    • . 1/ o C)
    • вода на 30 o C : 0.000303 (1/ o C)
    • water at 40 o C : 0.000385 (1/ o C)
    • water at 50 o C : 0.000457 (1/ o C)
    • water at 60 o C : 0.000522 (1/ o C)
    • water at 70 или C : 0,000582 (1/ O C)
    • Вода при 80 O C : 0,000640 (1/ O C)
    • WATER на
    • . O C)
    • Этиловый спирт: 0,00109 (1/ O C), 0,00061 (1/ O F)
    • 66: O F)
    • 666: 0,0018 0,0018: . . . . . . . . . . . . С), 0,00039 (1/ или F)
    • Volumetric expansion coefficients for commonly used liquids

    Convert between Metric and Imperial Volumentric Temperature Coefficients

    • 1 (1/ o C) =  0.56 (1/ o F)
    • 1 ( 1/ O F) = 1,8 (1/ O C)

    Пример — Кубическое расширение масла

    100 литров — 0,1 M . 3
    2     — 0.1003

    100 литров —

    . коэффициент объемного расширения 0,00070 1/ o C нагревается от 20 o C до 40 o C . Объемное расширение можно рассчитать по уравнению (2)

    dV = (0,1 м 3 ) (0,00070 1/ o C) ((40 o C) — (180 90 ))

    = 0,0014 M 3

    = 1,4 литра

    Окончательный объем составляет

    100 литров + 1,4 литра = 101,4 литра 0257

    Пример — Объемное расширение масла

    30 галлонов США масла нагревается от 7 0 o F до 100 o F . Объемное расширение можно рассчитать с помощью уравнения (2)

    dV = (30 галлонов) (0,00039 1/ o F) ((100 o F) — (70 o F))

        = 0,351 галлона

    Конечный объем

    30 галлонов + 0,351 галлона = 30,351 галлона

    Все, что вам нужно знать о тепловом расширении – Flo by Moen

    Скорее всего, как домовладелец, количество раз, когда вы думали о тепловом расширении , оно близко к нулю. . Это звучит так же, как дюжина других понятий, которые вы изучали на уроках химии в старшей школе и о которых быстро забыли. Но тепловое расширение имеет большое значение для домовладельца и может нанести реальный ущерб вашему дому, если вы не будете к этому готовы.

    Что означает тепловое расширение и почему оно имеет значение?

    Merriam-Webster определяет тепловое расширение как «увеличение линейных размеров твердого тела или объема жидкости из-за повышения температуры».

    Хорошо, это отличное определение, но оно не отражает сути того, как оно на нас влияет. Чтобы лучше представить, как это работает в реальном мире, нам нужен пример из реального мира.

    Вы когда-нибудь доставали еще горячий стакан прямо из посудомоечной машины, наливали в него ледяной напиток и видели, как стакан внезапно треснул? Это тепловое расширение в действии.

    Во время цикла мытья стекло нагревалось, что приводило к его расширению. Когда в стакан добавляли холодную жидкость, его внутренняя часть сразу же начинала сжиматься. Но так как стекло такой плохой теплопроводник и не может достаточно быстро равномерно распределять температурные перепады, оно буквально трескается под давлением.

    Как тепловое расширение влияет на ваш дом?

    Тепловое расширение может повлиять на несколько частей вашего дома, от окон и дверей до фундамента и стен. Но самая большая область, подверженная тепловому расширению, — это ваша водопроводная система.

    Тепловое расширение и ваша водопроводная система

    Если в вашем доме есть место, которое больше всего страдает от теплового расширения, то это определенно ваша водопроводная система. Поскольку все трубы в вашем доме в любой момент времени заполнены водой, тепловое расширение создает давление и нагрузку, которые могут привести к повреждению или износу. Все начинается с вашего водонагревателя.

    Когда вода поступает в ваш дом по водопроводу, часть ее направляется в бак водонагревателя. Когда эта холодная вода нагревается, она расширяется. Если у вас есть резервуар для воды на 50 галлонов, вы можете получить дополнительные пару галлонов воды после нагрева.

    Дальнейшие действия зависят от того, открытая у вас водопроводная система или закрытая.

    Открытые и закрытые водопроводные системы

    В открытой системе вода может вытекать как в , так и в из вашего дома из водопровода, ведущего к городскому водопроводу вашего города. Это означает, что, когда ваш водонагреватель выполняет свою работу и вода в баке начинает расширяться, лишняя вода течет обратно по водопроводу в городскую водопроводную сеть.

    В идеальном мире у всех нас были бы открытые водопроводные системы, и нам не пришлось бы беспокоиться о тепловом расширении. Но есть пара причин, по которым эти открытые системы на самом деле не работают.

    Первая причина просто в том, что открытые водопроводные системы могут стать проблемой общественной безопасности. Загрязнения в трубах могут попасть в воду и попасть в городское водоснабжение, подвергая риску несколько домов. В большинстве городов действуют постановления, требующие наличия в каждом доме обратного клапана, который предотвращает попадание воды обратно в водопровод.

    Другим фактором, препятствующим открытию систем, является давление. Многие муниципальные поставщики воды откачивают воду под чрезвычайно высоким давлением, иногда достигающим 150 фунтов на квадратный дюйм. Дома не рассчитаны на такое высокое давление, поэтому домовладельцы и подрядчики устанавливают редукционные клапаны, чтобы снизить давление поступающей воды до более разумного уровня, например, 60 фунтов на квадратный дюйм.

    Редукционные клапаны позволяют воде течь только в одном направлении, что приводит нас к гораздо более распространенным закрытым водопроводным системам.

    В закрытой системе вода может течь только в к вашему дому. Поэтому, когда ваш резервуар для воды начинает нагреваться и объем воды увеличивается, этой лишней воде нужно куда-то деваться. Об этом обычно заботятся с помощью расширительного бака или клапана сброса давления, которые устанавливаются на баке с горячей водой или рядом с ним.

    Роль клапана сброса давления

    Клапан сброса давления является основной линией защиты водонагревателя от теплового расширения. Он работает, позволяя капать небольшому количеству воды, когда происходит тепловое расширение. Клапаны сброса давления обычно имеют шланг, который перенаправляет лишнюю воду в слив в полу или ведро для воды.

    Роль теплового расширительного бака

    Расширительные баки выглядят как уменьшенные версии ваших водонагревателей. Это небольшой резервуар, который устанавливается сверху или рядом с водонагревателем. Внутри расширительного бака находится небольшой пузырь, который собирает лишнюю воду, когда вода в вашем доме начинает нагреваться. Расширительные баки поддерживают давление воды на постоянном уровне и помогают предотвратить повреждение компонентов сантехники.

    Тепловое расширение и высокое давление воды

    Что произойдет с вашей водопроводной системой, если у вас нет расширительного бака или клапана сброса давления? По мере того как вода в ваших трубах нагревается и расширяется, давление воды во всем вашем доме начинает расти. Поскольку скачок давления происходит после , вода проходит через редукционный клапан, манометр будет показывать, как будто ничего не изменилось.

    Но если вы обратите внимание, то заметите некоторые контрольные признаки высокого давления воды:

    • Гидравлический удар. Вы когда-нибудь слышали громкий стук, исходящий из ваших труб, когда вы открываете или закрываете кран? Это называется гидравлическим ударом, и это красный флаг того, что у вас почти наверняка есть проблема с давлением.
    • Проблемы с туалетом. Вода под высоким давлением имеет свойство вытекать из ваших труб, и одной из точек наименьшего сопротивления является ваш туалет. Хотя течь унитаза может быть вызвана изношенными компонентами бачка унитаза, это также может быть признаком высокого давления.
    • Капельницы. Прокладки в ваших смесителях и насадках для душа рассчитаны только на давление до 80 фунтов на квадратный дюйм. Что-нибудь сверх этого, и вы заметите капание, даже когда они полностью выключены.
    • Водяные пятна на стенах и потолках. Высокое давление воды может привести к небольшим протечкам в местах соединения труб. Эти утечки могут происходить в нескольких местах по всему дому, обычно за стенами и потолками. Если вы заметили какое-либо обесцвечивание на ваших стенах, возможно, у вас есть небольшая утечка, которая просачивается в гипсокартон.

    Это только ранние предупреждающие знаки. Если у вас есть водонагреватель, который продолжает работать и не имеет работающего расширительного бака или клапана сброса давления, вы можете столкнуться с огромными утечками, наводнениями и даже взрывом бака, поскольку ваша водопроводная система со временем изнашивается.

    Контроль давления

    Даже если на водонагревателе установлен предохранительный клапан или расширительный бак, всегда есть вероятность, что они перестанут работать. Вот несколько причин, по которым ваш расширительный бак может выйти из строя:

    • Месторождения полезных ископаемых. Если вода в вашем районе имеет высокое содержание минералов, клапан в расширительном баке может быть заблокирован.
    • Плохой мочевой пузырь. В вашем расширительном баке есть резиновая камера внутри, чтобы воздух в баке не смешивался с водой, которую он пропускает. Эти камеры могут выйти из строя через некоторое время, что приведет к заболачиванию вашего расширительного бака.

    Поскольку манометр на вашем редукционном клапане не регистрирует скачки давления, вызванные водонагревателем, вам нужно найти другой способ следить за ним.

    Вы можете использовать простой манометр, чтобы проверить фактическое давление в вашем доме, но что, если вы не дома и ваш расширительный бачок вышел из строя? Теперь есть способ точно контролировать давление воды в вашем доме удаленно.

    Flo от Moen — это умная домашняя система безопасности воды, которая постоянно контролирует водопроводную систему вашего дома. Он обеспечивает точное считывание давления воды в вашем доме в режиме реального времени 24 часа в сутки. И это smart, , что означает, что вы можете получить к нему доступ со своего телефона с помощью приложения Flo by Moen, где бы вы ни находились.