ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Тепловые свойства воды.
К важным особенностям изменения агрегатного состояния воды (см. рис. 1.3) или так называемых фазовых переходов относятся большая затрата тепла на плавление, испарение, сублимацию и большое выделение тепла при обратных переходах. В сравнении с другими веществами удельная теплота плавления льда и удельная теплота парообразования аномально высоки. Они представляют две очередные «аномалии» воды. Удельная теплота плавления льда Lпл (количество теплоты, затрачиваемое при превращении единицы массы льда при температуре плавления и нормальном атмосферном давлении в воду) равна 333 000 Дж/кг. Столько же теплоты выделяется при замерзании (кристаллизации) воды. Удельная теплота парообразования (испарения) Lисп (количество теплоты, необходимое для превращения единицы массы воды в пар (в Дж/кг)) зависит от температуры: Lисп = 2,5106 - 2,4•103 Т
При 0 и 100° С Lисп равны соответственно 2,5•106 и 2,26•106 Дж/кг. Столько же теплоты выделяется при конденсации водяного пара. Удельная теплота испарения льда (возгонки) складывается из удельной теплоты плавления и удельной теплоты испарения: Lвозг = Lпл -Lисп
Для определения количества теплоты, расходуемой на плавление льда, испарение воды и возгонку льда, используют соответственно формулы (Дж): θпл = θ лед = mLпл θисп = θ конд =mLисп θвозг =θсубл=m(Lпл + Lиcn)
где m — масса воды, в том числе образующаяся из льда при его плавлении или эквивалентная испаряющемуся льду. При конденсации воды, ледообразовании или конденсации в твердую фазу (сублимации) выделяется теплота, которую можно определить также по формулам (1.11) — (1.13). Для нагревания воды вне точек фазовых переходов необходимо затратить большое количество теплоты. Удельная теплоемкость воды (количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы воды на один градус) также «аномально» высока в сравнении с теплоемкостью других жидкостей и твердых веществ. Удельная теплоемкость воды ср при 15° С равна 4190 Дж/(кг•°С). Изменение удельной теплоемкости воды при изменении температуры также весьма своеобразно. При температуре около 33° С удельная теплоемкость пресной воды минимальная — около 4180 Дж/(кг•°С); она немного увеличивается при более низкой и при более высокой температуре. Теплоемкость чистого льда почти в два раза меньше теплоемкости воды, а чистого сухого снега (с плотностью 280 кг/м3) в 7,1 раза меньше теплоемкости воды, но в 450 раз больше теплоемкости воздуха. Количество теплоты, необходимое для нагревания массы воды m на DТ° С, выражается формулой (Дж) Dθ = ср mD Т = ср m(Tкон — Тнач)
где Tнач — начальная, Ткон — конечная температура воды. Очень высокая удельная температура плавления (замерзания) и испарения, а также весьма большая теплоемкость воды оказывают огромное регулирующее влияние на тепловые процессы не только в водных объектах, но и на всей планете. При нагревании земной поверхности огромные количества теплоты тратятся на таяние льда, нагревание и испарение воды. В результате нагрев земной поверхности замедляется. Достаточно упомянуть, что на нагревание воды уходит теплоты в 5 раз больше, чем на нагревание сухой почвы. Наоборот, в процессе охлаждения земной поверхности при конденсации водяного пара и замерзании воды выделяются огромные количества теплоты, сдерживающие процесс охлаждения. Полезно напомнить, что в большинстве водных объектов (кроме полярных ледников) изменение температуры воды, как правило, происходит в интервале от -2° до +30° С; для суши этот диапазон значительно шире; от -70° до +60° С. Важно также подчеркнуть, что чем больше влаги в почве, тем медленнее такая почва нагревается и остывает. Благодаря большой теплоемкости нагревание и охлаждение воды происходит медленнее, чем воздуха. Таким образом, отмеченные «аномальные» особенности тепловых свойств воды способствуют тепловой регуляции процессов на Земле. При меньших значениях Lпл, Lисп и ср поверхность Земли нагревалась бы и охлаждалась гораздо быстрее, возрос бы и диапазон изменения температуры. В таких условиях вся вода на Земле то замерзала бы, то испарялась, гидросфера имела бы совсем иные свойства, а жизнь в таких условиях вряд ли была возможна. Из других тепловых свойств воды важное значение имеет теплопроводность. Молекулярная теплопроводность воды очень мала и равна у химически чистой воды 0,6 Вт/(м•°С), у льда 2,24 Вт/(м•°С), у снега 1,8 Вт/(м•°С). Меньшую молекулярную теплопроводность имеет лишь воздух. С уменьшением температуры и давления и увеличением солености теплопроводность воды немного уменьшается. С понижением температуры и уменьшением плотности льда и снега их теплопроводность также уменьшается. Малая теплопроводность воды способствует ее медленному нагреванию и охлаждению. Снег предохраняет почву, а лед — водоемы от промерзания. Передача теплоты в воде рек, озер и морей происходит в основном благодаря турбулентной, а не молекулярной теплопроводности. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|