يتم شرح الموصلية الحرارية العالية والسعة الحرارية للماء. موسوعة كبيرة عن النفط والغاز
من يعرف صيغة الماء منذ أيام الدراسة؟ بالطبع هذا كل شيء. من المحتمل أنه من خلال الدورة الكاملة للكيمياء ، فإن الكثيرين ممن لم يدرسوها بعد ذلك بطريقة متخصصة ، تبقى فقط معرفة ما تعنيه الصيغة H 2 O. ولكننا الآن سنحاول أن نفهم بأقصى قدر من التفصيل وبعمق ما هي الخصائص الرئيسية ولماذا هي الحياة بدونها على كوكب الأرض أمر مستحيل.
الماء كمادة
يتكون جزيء الماء ، كما نعلم ، من ذرة أكسجين واحدة وذرتين هيدروجين. صيغته مكتوبة على النحو التالي: H 2 O. يمكن أن تحتوي هذه المادة على ثلاث حالات: صلبة - في شكل جليد ، وغازية - في شكل بخار ، وسائلة - كمادة بدون لون وطعم ورائحة. بالمناسبة ، هذه هي المادة الوحيدة على الكوكب التي يمكن أن توجد في جميع الحالات الثلاث في وقت واحد في ظل الظروف الطبيعية. على سبيل المثال: يوجد جليد في قطبي الأرض ، وفي المحيطات يوجد ماء ، والتبخر تحت أشعة الشمس هو بخار. بهذا المعنى ، الماء غير طبيعي.
الماء هو أيضا المادة الأكثر وفرة على كوكبنا. يغطي سطح كوكب الأرض بنسبة 70٪ تقريبًا - هذه محيطات وأنهار عديدة بها بحيرات وأنهار جليدية. معظم المياه الموجودة على هذا الكوكب مالحة. إنه غير صالح للشرب وغير مناسب للزراعة. تشكل المياه العذبة اثنين ونصف في المائة فقط من إجمالي كمية المياه على الكوكب.
الماء مذيب قوي وعالي الجودة. نتيجة لذلك ، تحدث التفاعلات الكيميائية في الماء بسرعة هائلة. تؤثر هذه الخاصية أيضًا على عملية التمثيل الغذائي في جسم الإنسان. إنها حقيقة معروفة أن جسم الشخص البالغ يتكون من سبعين بالمائة من الماء. بالنسبة للطفل ، هذه النسبة أعلى من ذلك. مع تقدم العمر ، ينخفض هذا الرقم من سبعين إلى ستين بالمائة. بالمناسبة ، توضح ميزة الماء هذه بوضوح أن هذا هو أساس حياة الإنسان. كلما زاد الماء في الجسم ، كان أكثر صحة ونشاطا وشبابا. لذلك ، يصر العلماء والأطباء من جميع البلدان بلا كلل على أنك بحاجة إلى شرب الكثير. هو الماء في صورته النقية وليس بدائل في شكل شاي أو قهوة أو مشروبات أخرى.
يشكل الماء مناخ كوكب الأرض ، وهذا ليس من قبيل المبالغة. تسخن تيارات المحيط الدافئة قارات بأكملها. هذا يرجع إلى حقيقة أن الماء يمتص الكثير من حرارة الشمس ، ثم يعيدها عندما يبدأ في البرودة. هذه هي الطريقة التي تنظم بها درجة الحرارة على الكوكب. يقول العديد من العلماء إن الأرض كانت ستبرد وتتحول إلى حجر منذ فترة طويلة لولا وجود الكثير من الماء على الكوكب الأخضر.
خصائص المياه
الماء له العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام.
على سبيل المثال ، الماء هو المادة الأكثر حركة بعد الهواء. من الدورة المدرسية ، ربما يتذكر الكثيرون مفهومًا مثل دورة الماء في الطبيعة. على سبيل المثال: قطارة تتبخر عند تعرضها لأشعة الشمس المباشرة ، وتتحول إلى بخار ماء. علاوة على ذلك ، ينتقل هذا البخار ، عن طريق الرياح ، إلى مكان ما ، ويتجمع في السحب ، أو حتى يسقط في الجبال على شكل ثلج أو برد أو مطر. علاوة على ذلك ، يتدفق قطير مرة أخرى من الجبال ، يتبخر جزئيًا. وهكذا - في دائرة - تتكرر الدورة ملايين المرات.
أيضا ، الماء له سعة حرارية عالية جدا. ولهذا السبب ، تبرد المسطحات المائية ، وخاصة المحيطات ، ببطء شديد أثناء الانتقال من موسم دافئ أو وقت من اليوم إلى موسم بارد. على العكس من ذلك ، عندما ترتفع درجة حرارة الهواء ، يسخن الماء ببطء شديد. نتيجة لذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، يعمل الماء على استقرار درجة حرارة الهواء في جميع أنحاء كوكبنا.
بعد الزئبق ، يكون للماء أعلى توتر سطحي. من المستحيل عدم ملاحظة أن السقوط العرضي على سطح مستو يصبح أحيانًا بقعة مثيرة للإعجاب. هذا هو مظهر من مظاهر لزوجة الماء. تتجلى خاصية أخرى عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أربع درجات. بمجرد أن يبرد الماء إلى هذه العلامة ، يصبح أفتح. لذلك ، يطفو الجليد دائمًا على سطح الماء ويتصلب بقشرة تغطي الأنهار والبحيرات. بفضل هذا ، لا تتجمد الأسماك في البرك التي تتجمد في الشتاء.
الماء موصل للكهرباء
أولاً ، يجدر التعرف على ماهية التوصيل الكهربائي (بما في ذلك الماء). الموصلية الكهربائية هي قدرة المادة على توصيل تيار كهربائي من خلال نفسها. وفقًا لذلك ، فإن التوصيل الكهربائي للماء هو قدرة الماء على توصيل التيار. تعتمد هذه القدرة بشكل مباشر على كمية الأملاح والشوائب الأخرى في السائل. على سبيل المثال ، يتم تقليل الموصلية الكهربائية للماء المقطر تقريبًا نظرًا لحقيقة أن هذا الماء يتم تنقيته من إضافات مختلفة ضرورية جدًا للتوصيل الكهربائي الجيد. موصل ممتاز للتيار هو مياه البحر ، حيث يكون تركيز الأملاح مرتفعًا جدًا. أيضا ، التوصيل الكهربائي يعتمد على درجة حرارة الماء. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت الموصلية الكهربائية للماء. تم الكشف عن هذا النمط بفضل التجارب المتعددة للفيزيائيين.
قياس التوصيل الكهربائي للماء
هناك مثل هذا المصطلح - قياس التوصيل. هذا هو اسم إحدى طرق التحليل الكهروكيميائي القائمة على التوصيل الكهربائي للحلول. تستخدم هذه الطريقة لتحديد التركيز في محاليل الأملاح أو الأحماض وكذلك للتحكم في تكوين بعض المحاليل الصناعية. الماء له خصائص مذبذبة. وهذا يعني ، اعتمادًا على الظروف ، أنه قادر على إظهار كل من الخصائص الحمضية والأساسية - للعمل كحمض وكقاعدة.
الأداة المستخدمة في هذا التحليل لها اسم مشابه جدًا - مقياس الموصلية. بمساعدة مقياس التوصيل ، يتم قياس الموصلية الكهربائية للكهارل في المحلول الذي يتم تحليله. ربما يجدر شرح مصطلح آخر - المنحل بالكهرباء. هذه مادة ، عندما تذوب أو تذوب ، تتحلل إلى أيونات ، بسببها يتم توصيل تيار كهربائي لاحقًا. الأيون هو جسيم مشحون كهربائيًا. في الواقع ، يحدد مقياس الموصلية ، الذي يأخذ كأساس وحدات معينة من التوصيل الكهربائي للماء ، الموصلية الكهربائية الخاصة به. أي أنه يحدد التوصيل الكهربائي لحجم معين من الماء ، يؤخذ كوحدة أولية.
حتى قبل بداية السبعينيات من القرن الماضي ، تم استخدام وحدة القياس "مو" للدلالة على موصلية الكهرباء ، وكانت مشتقة من كمية أخرى - أوم ، وهي الوحدة الأساسية للمقاومة. الموصلية الكهربائية تتناسب عكسيا مع المقاومة. الآن يتم قياسه في شركة سيمنز. حصلت هذه القيمة على اسمها تكريما لعالم فيزيائي من ألمانيا - Werner von Siemens.
سيمنز
سيمنز (يمكن الإشارة إليها باسم Cm و S) هو مقلوب أوم ، وهي وحدة قياس للتوصيل الكهربائي. سم واحد يساوي أي موصل مقاومة تساوي 1 أوم. يتم التعبير عن شركة سيمنز من خلال الصيغة:
- 1 سم = 1: أوم = أ: ب = كجم −1 · م −2 · s³A² ، حيث
أ - أمبير ،
الخامس - فولت.
التوصيل الحراري للماء
الآن دعنا نتحدث عن - هذه هي قدرة المادة على نقل الطاقة الحرارية. يكمن جوهر الظاهرة في حقيقة أن الطاقة الحركية للذرات والجزيئات ، التي تحدد درجة حرارة جسم أو مادة معينة ، تنتقل إلى جسم أو مادة أخرى أثناء تفاعلها. بمعنى آخر ، الموصلية الحرارية هي التبادل الحراري بين الأجسام والمواد وكذلك بين الجسم والمادة.
الموصلية الحرارية للماء عالية جدًا أيضًا. يستخدم الناس خاصية الماء هذه كل يوم دون أن يلاحظوها. على سبيل المثال ، صب الماء البارد في وعاء وتبريد المشروبات أو الطعام فيه. الماء البارد يزيل الحرارة من الزجاجة أو الحاوية ، ويعيد البرودة في المقابل ؛ رد الفعل العكسي ممكن أيضًا.
الآن يمكن تصور الظاهرة نفسها بسهولة على مقياس كوكبي. يسخن المحيط خلال الصيف ، وبعد ذلك - مع بداية الطقس البارد ، يبرد ببطء ويتخلى عن حرارته في الهواء ، وبالتالي تسخين القارات. بعد أن يبرد خلال الشتاء ، يبدأ المحيط في الاحماء ببطء شديد مقارنة بالأرض ويعطي برودته للقارات التي تعاني من شمس الصيف.
كثافة الماء
قيل أعلاه أن الأسماك تعيش في الخزان في الشتاء بسبب حقيقة أن الماء يتصلب مع قشرة على سطحه بالكامل. نعلم أن الماء يبدأ في التحول إلى جليد عند درجة حرارة صفر درجة. نظرًا لحقيقة أن كثافة الماء أكبر من كثافته ، فإنه يطفو ويتجمد فوق السطح.
خصائص المياه
أيضًا ، الماء في ظل ظروف مختلفة قادر على أن يكون عاملاً مؤكسدًا وعامل اختزال. أي أن الماء ، الذي يتبرع بإلكتروناته ، مشحون بشكل إيجابي ويتأكسد. أو يكتسب الإلكترونات ويتم شحنه سالبًا ، مما يعني أنه استعاد. في الحالة الأولى ، يتأكسد الماء ويسمى ميتًا. يحتوي على خصائص قوية جدًا للجراثيم ، لكن لا داعي لشربه. في الحالة الثانية ، الماء حي. إنه ينشط ويحفز الجسم على التعافي ويجلب الطاقة للخلايا. يتم التعبير عن الفرق بين هاتين الخاصيتين للماء في مصطلح "احتمالية الأكسدة والاختزال".
ما يمكن أن يتفاعل معه الماء
الماء قادر على التفاعل مع جميع المواد الموجودة على الأرض تقريبًا. الشيء الوحيد هو أنه لكي تحدث هذه التفاعلات ، تحتاج إلى توفير درجة حرارة ومناخ محلي مناسبين.
على سبيل المثال ، في درجة حرارة الغرفة ، يتفاعل الماء تمامًا مع المعادن مثل الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم - يطلق عليهم اسم نشط. مع الهالوجينات هو الفلور والكلور. عند تسخينه ، يتفاعل الماء جيدًا مع الحديد والمغنيسيوم والفحم والميثان.
باستخدام محفزات مختلفة ، يتفاعل الماء مع الأميدات واسترات حمض الكربوكسيل. المحفز هو مادة يبدو أنها تدفع المكونات نحو تفاعل متبادل ، مما يؤدي إلى تسريعها.
هل يوجد ماء في أي مكان آخر غير الأرض؟
حتى الآن ، لم يتم العثور على أي كوكب في النظام الشمسي ، باستثناء الأرض ، به ماء. نعم ، يُفترض وجوده على الأقمار الصناعية للكواكب العملاقة مثل المشتري وزحل ونبتون وأورانوس ، لكن العلماء حتى الآن ليس لديهم بيانات دقيقة. هناك فرضية أخرى ، لم يتم اختبارها بالكامل بعد ، حول المياه الجوفية على كوكب المريخ وعلى القمر الصناعي للأرض. فيما يتعلق بالمريخ ، بشكل عام ، تم طرح عدد من النظريات أنه بمجرد وجود محيط على هذا الكوكب ، حتى أن نموذجه المحتمل تم توقعه من قبل العلماء.
خارج النظام الشمسي ، هناك العديد من الكواكب الكبيرة والصغيرة ، حيث وفقًا للعلماء ، قد يكون هناك ماء. لكن حتى الآن لا توجد أدنى فرصة للتأكد من هذا بالتأكيد.
كيف يتم استخدام الموصلية الحرارية والكهربائية للماء لأغراض عملية
نظرًا لحقيقة أن الماء له قيمة عالية من السعة الحرارية ، فإنه يستخدم في أنابيب التدفئة كحامل حرارة. يوفر نقل الحرارة من المنتج إلى المستهلك. تستخدم العديد من محطات الطاقة النووية أيضًا الماء كمبرد ممتاز.
في الطب ، يستخدم الثلج للتبريد والبخار للتطهير. يستخدم الثلج أيضًا في نظام تقديم الطعام.
في العديد من المفاعلات النووية ، يتم استخدام الماء كوسيط لتفاعل نووي متسلسل ناجح.
يستخدم الماء المضغوط لتقسيم الصخور وتكسيرها وحتى قطعها. يتم استخدامه بنشاط في بناء الأنفاق والغرف تحت الأرض والمستودعات ومترو الأنفاق.
استنتاج
يستنتج من المقال أن الماء ، من حيث خصائصه ووظائفه ، هو أكثر المواد المدهشة التي لا يمكن الاستغناء عنها على وجه الأرض. هل تعتمد حياة الإنسان أو أي كائن حي آخر على الأرض على الماء؟ بكل تأكيد نعم. هل تساهم هذه المادة في النشاط العلمي للإنسان؟ نعم فعلا. هل الماء له موصلية كهربائية وموصلية حرارية وخصائص مفيدة أخرى؟ الجواب هو أيضا نعم. شيء آخر هو أن هناك كميات أقل وأقل من المياه على الأرض ، وحتى المزيد من المياه النقية. ومهمتنا هي الحفاظ عليها وتأمينها (وبالتالي نحن جميعًا) من الاختفاء.
محتويات القسم
ترجع الموصلية الحرارية إلى الحركات المحلية المعتمدة على درجة الحرارة لعناصر مجهرية. في السوائل والغازات ، تعتبر حركات البنية المجهرية عبارة عن حركات جزيئية مضطربة ، تزداد شدتها مع زيادة درجة الحرارة. في المعادن الصلبة عند درجات حرارة متوسطة ، يحدث انتقال الحرارة بسبب حركة الإلكترونات الحرة. في المواد الصلبة غير المعدنية ، يتم إجراء التوصيل الحراري بواسطة موجات صوتية مرنة تتشكل نتيجة إزاحة جميع الجزيئات وجميع الذرات من مواقع توازنها. يُفهم معادلة درجة الحرارة بسبب التوصيل الحراري على أنها انتقال إلى التوزيع العشوائي للموجات المتراكبة ، حيث يكون توزيع طاقة الاهتزاز منتظمًا في جميع أنحاء الجسم. في ظل الظروف العملية ، يتم ملاحظة الموصلية الحرارية في أنقى صورها في المواد الصلبة.
تستند نظرية التوصيل الحراري إلى قانون فورييه ، الذي يربط انتقال الحرارة داخل الجسم بحالة درجة الحرارة في المنطقة المجاورة مباشرة للمكان المدروس - يتم التعبير عنها على النحو التالي:
dQ / dτ = - F * dt / dl ،
حيث: dQ / dτ - معدل نقل الحرارة (مقدار الحرارة لكل وحدة زمنية) ؛ F هي منطقة المقطع العرضي الطبيعي لاتجاه تدفق الحرارة ؛ dt / dl - تغير درجة الحرارة في اتجاه تدفق الحرارة ، أي تدرج درجة الحراره.
يتم التعبير عن المعامل بوحدة W / m⋅K (kcal / m⋅chas⋅grad) ، ويسمى معامل التوصيل الحراري ، ويعتمد على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة ودرجة حرارة المادة. يُظهر المعامل مقدار الحرارة التي ستنتقل في الساعة عبر مادة بسطح 1 م 2 ، بسمك 1 م عند اختلاف درجة الحرارة بمقدار 1 درجة. طاولة 7.15 ؛ يوضح الشكل 7.16 قيم معاملات التوصيل الحراري للمعادن والهواء والبخار والماء عند درجات حرارة مختلفة. الموصلية الحرارية للحراريات ومواد العزل الحراري انظر القسم 10.
ينقل الهواء حرارة أقل بحوالي 100 مرة من المواد الصلبة. ينقل الماء الحرارة حوالي 25 مرة أكثر من الهواء. توصل المواد الرطبة الحرارة أفضل من المواد الجافة. يمكن أن يؤدي وجود الشوائب ، خاصة في المعادن ، إلى تغيير في التوصيل الحراري بنسبة 50-75٪.
الموصلية الحرارية الثابتة. تسمى الموصلية الحرارية ثابتة إذا ظل اختلاف درجة الحرارة الذي تسبب في ذلك دون تغيير.
تعتمد كمية الحرارة Q التي تمر عبر المادة (الجدار) بالتوصيل الحراري على سمك المادة (الجدار) - S ، m ؛ فرق درجة الحرارة ∆t ، ° C ؛ السطح - F ، م 2 وتحدده المعادلة:
س = λ (ر 1 - ر 2) / ث ، ث (كيلو كالوري / ساعة).
سيكون معامل نقل الحرارة هنا مساوياً لـ λ / S ، أي يتناسب طرديا مع الموصلية الحرارية λ ويتناسب عكسيا مع سمك الجدار - S.
الموصلية الحرارية غير المستقرة. تسمى الموصلية الحرارية غير مستقرة إذا كان اختلاف درجة الحرارة - لا يسببها متغيرًا.
معدل تسخين المواد الصلبة يتناسب طرديا مع معامل التوصيل الحراري للمادة ë ويتناسب عكسيا مع السعة الحرارية الحجمية Cρ ، والتي تميز السعة التخزينية ، وتسمى نسبتها معامل الانتشار الحراري:
أ = λ / Сρ ، م 2 / ساعة.
بالنسبة لعمليات التوصيل الحراري غير الثابت ، يكون لمعامل الانتشار الحراري "a" نفس قيمة معامل التوصيل الحراري "λ" في وضع نقل الحرارة الثابت.
يمكن تحديد مدة تسخين الجدار بدقة كافية للحسابات الفنية بواسطة صيغة Grum-Grzhimailo:
τ ≈ 0.35 ثانية 2 / أ ، ساعة ، حيث: S - سمك الجدار ؛ أ - معامل الإنتشار الحراري (لشاموت 0.0015-0.0025 م 2 / ساعة).
مدة تسخين الطوب الحراري المقاوم للحريق: τ ≈ 175 ⋅ S 2 ، ساعة.
يمكن تحديد عمق تسخين جدار بأي سمك ومع أي تغيير في درجة حرارة السطح من خلال الصيغة:
S PR = 0.17 ⋅ 10 -3 طن P.SR ⋅ √τ ، م ،
حيث: t P.S.R - متوسط درجة حرارة السطح أثناء فترة التسخين بالدرجة المئوية.
إذا كانت S PR أكبر من سمك المادة (الجدار) S ، عندها تبدأ العملية الثابتة. إذا كان S OL< S, то количество тепла, аккумулированное стенкой Q АКК. можно определить по формуле Грум-Гржимайло:
Q ACC. = 0.56 ⋅ t بوف. √t PW ⋅ τ، kcal / m2 ⋅ الفترة.
Q ACC. = 2.345 ⋅ ر بوف. √t P. SR ⋅ τ ، kJ / m 2 الفترة.
هنا تي بوف. - درجة حرارة سطح الجدار بالدرجة المئوية بنهاية فترة التسخين ؛ τ - ساعة.
الجدول 7.15.الموصلية الحرارية للمعادن ، يتم إعطاء قيم بوحدة W / m ⋅ K (kcal / m ⋅ h ⋅ deg)| المعادن والسبائك | درجة حرارة ذوبان ، درجة مئوية | درجة الحرارة ، درجة مئوية | |||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| الألومنيوم | 659 | 202,4 (174) | 204,7 (176) | 214,6 (184,5) | 230,3 (198) | 248,9 (214) | - |
| حديد | 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) |
| نحاس | 940 | 96,8 (83,2) | 103,8 (89,2) | 108,9 (93,6) | 114,0 (98,0) | 115,5 (99,3) | - |
| نحاس | 1080 | 387,3 (333) | 376,8 (324) | 372,2 (320) | 366,4 (315) | 508,6 (312) | 358,2 (308) |
| نيكل | 1450 | 62,2 (53,5) | 58,5 (50,3) | 57,0 (49) | 55,2 (47,5) | - | - |
| تين | 231 | 62,2 (53,5) | 58,5 (50,3) | 57,0 (49) | - | - | - |
| قيادة | 327 | 34,5 (29,7) | 34,5 (29,7) | 32,9 (28,3) | 31,2 (26,8) | - | - |
| فضة | 960 | 418,7 (360) | 411,7 (354) | - | - | - | - |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| فولاذ (1٪ ج) | 1500 | - | 44,9 (38,6) | 44,9 (38,6) | 43,3 (37,2) | 39,8 (34,2) | 38,0 (32,7) |
| التنتالوم | 2900 | 55,2 (47,5) | - | - | - | - | - |
| الزنك | 419 | 112,2 (96,5) | 110,5 (95,0) | 107,1 (92,1) | 101,9 (87,6) | 93,4 (80,3) | - |
| الحديد الزهر | 1200 | 50,1 (43,1) | 48,4 (41,6) | - | - | - | - |
| الحديد الزهر عالي السيليكون | 1260 | 51,9 (44,6) | - | - | - | - | - |
| البزموت | 271,3 | 8,1 (7,0) | 6,7 (5,8) | - | - | - | - |
| ذهب | 1063 | 291,9 (251,0) | 294,2 (253,0) | - | - | - | - |
| الكادميوم | 320,9 | 93,0 (80,0) | 90,5 (77,8) | - | - | - | - |
| المغنيسيوم | 651 | 159,3 (137) | - | - | - | - | - |
| البلاتين | 1769,3 | 69,5 (59,8) | 72,4 (62,3) | - | - | - | - |
| الزئبق | - 38,87 | 6,2 (5,35) | 9,87 (8,33) | - | - | - | - |
| الأنتيمون | 630,5 | 18,4 (15,8) | 16,7 (14,4) | - | - | - | - |
| قسنطينة (60٪ نحاس + 40٪ نيكل) | 22,7 (19,5) | 26,7 (23,0) | - | - | - | - | |
| منغنين (84٪ نحاس + 4٪ نيكل + 12٪ مليون) | 22,1 (19,0) | 26,3 (22,6) | - | - | - | - | |
| نيكيل الفضي | 29,1 (25,0) | 37,2 (32,0) | - | - | - | - | |
| الأربعاء | درجة الحرارة ° درجة مئوية | ||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 500 | |
| هواء | 0,0237 (0,0204) | 0,03 (0,0259) | 0,0365 (0,0314) | 0,0420 (0,0361) | 0,0526 (0,0452) |
| بخار الماء | - | 0,0234 (0,0201) | 0,03 (0,0258) | 0,0366 (0,0315) | - |
| 0 | 20 | 30 | 70 | 100 | |
| ماء | 0,558 (0,48) | 0,597 (0,513) | 0,644 (0,554) | 0,663 (0,57) | 0,682 (0,586) |
لتحديد فقد الحرارة من خلال جدران الفرن ، من خلال الجدران غير المحمية للغلاية ولتحديد درجات حرارة السطح الخارجي ، يتم استخدام الرسوم البيانية والمخططات ، انظر الملاحق.
ترد معدلات فقد الحرارة والسمك المحدد للعزل الحراري في الجدول 7.17 ؛ 7.18 ؛ 7.19.
الجدول 7.17.الحد من سماكة العزل الحراري لخطوط الأنابيب الموضوعة في الداخل والخارج الجدول 7.18.الحد من سماكة العزل الحراري لأنابيب حرارة الماء الموضوعة في قنوات غير سالكة الجدول 7.19.معدلات فقد الحرارة للأسطح المعزولة داخل مباني محطات توليد الطاقة مع درجة حرارة هواء التصميم 25 درجة مئوية ، وات / م| قطر الأنبوب الخارجي ، مم | درجة حرارة الناقل الحراري ، درجة مئوية | قطر الأنبوب الخارجي ، مم | |||||||||||||
| 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 | 159194 21020 1420 1820 2000 حوائط مستوية ، م 2 | |
ملحوظة:
بالنسبة للمعدات وخطوط الأنابيب التي تعمل على استخراج وتصريف البخار ، يتم ضرب القيم التي تم الحصول عليها من الجدول بالعوامل التالية:
القطر ، مم 32108273 720 1020 2000 (وجدار مسطح)
أخرج العامل 1.01 1.06 1.09 1.12 1.16 1.22
للأسفل ، يبدأ اكتشافها عندما يكون سمك طبقة الماء بين كروي (بنصف قطر انحناء يبلغ حوالي 1 متر) ومسطحة
نتيجة للتبادل الحراري بين البخار والسائل ، ستصل الطبقة العليا فقط من السائل إلى درجة حرارة التشبع المقابلة لمتوسط ضغط التصريف. ستبقى درجة حرارة الجزء الأكبر من السائل أقل من درجة حرارة التشبع. يتم تسخين السائل ببطء بسبب القيمة المنخفضة للانتشار الحراري للبروبان السائل أو البيوتان. على سبيل المثال ، البروبان السائل على خط التشبع عند درجة حرارة ts - 20 ° C a = 0.00025 m- / h ، بينما بالنسبة للماء ، وهو أحد أكثر المواد الخاملة حراريًا ، فإن قيمة الانتشار الحراري عند نفس درجة الحرارة سوف تكون أ = 0.00052 م 3 / ساعة.
تعتمد الموصلية الحرارية والانتشار الحراري للخشب على كثافته ، حيث تتأثر هذه الخصائص ، على عكس السعة الحرارية ، بوجود تجاويف خلوية مملوءة بالهواء موزعة على حجم الخشب. يزداد معامل التوصيل الحراري للخشب الجاف تمامًا مع زيادة الكثافة ، ويقل معامل الانتشار الحراري. عندما تمتلئ تجاويف الخلايا بالماء ، تزداد الموصلية الحرارية للخشب ، وينخفض الانتشار الحراري. الموصلية الحرارية للخشب على طول الحبيبات أكبر منها عبر.
ما يعتمد على القيم شديدة الاختلاف لهذه المعاملات لمواد الفحم والهواء والماء. لذا ، فإن السعة الحرارية النوعية للماء هي ثلاث مرات ، ومعامل التوصيل الحراري أعلى بـ 25 مرة من الهواء ، وبالتالي تزداد معاملات الحرارة والانتشار الحراري مع زيادة الرطوبة في الفحم (الشكل 13).
الجهاز الموضح في الشكل. رقم 16 على اليسار ، يعمل على قياس الحرارة والانتشار الحراري للمواد السائبة. في هذه الحالة ، يتم وضع مادة الاختبار في الفراغ الذي يتكون من السطح الداخلي للأسطوانة 6 والسخان الأسطواني 9 الموجود على طول محور الجهاز. لتقليل التدفقات المحورية ، تم تجهيز وحدة القياس بأغطية 7 ، 8 مصنوعة من مادة عازلة للحرارة. يدور الماء بدرجة حرارة ثابتة في الغلاف المكون من الأسطوانات الداخلية والخارجية. كما في الحالة السابقة ، يتم قياس فرق درجة الحرارة بواسطة مزدوج حراري تفاضلي ، حيث يتم تثبيت أحد التقاطع 1 بالقرب من السخان الأسطواني ، والآخر 2 - على السطح الداخلي للأسطوانة مع المادة قيد الاختبار.
توصلنا إلى صيغة مماثلة إذا أخذنا في الاعتبار الوقت اللازم لتبخر قطرة واحدة من السائل. عادة ما يكون الانتشار الحراري Xv للسوائل مثل الماء منخفضًا. في هذا الصدد ، يحدث تسخين القطرة ببطء نسبيًا خلال وقت p o / Xv- وهذا يسمح لنا بافتراض أن تبخر السائل يحدث فقط من سطح القطرة دون تسخين كبير
في المياه الضحلة ، يتم تسخين المياه ليس فقط من الأعلى بسبب عمليات التبادل الحراري مع الغلاف الجوي ، ولكن أيضًا من الأسفل ، من الجانب السفلي ، والذي يسخن بسرعة بسبب الانتشار الحراري المنخفض والقدرة الحرارية المنخفضة نسبيًا. في الليل ، ينقل القاع الحرارة المتراكمة أثناء النهار إلى طبقة الماء الموجودة فوقه ، وينشأ نوع من تأثير الاحتباس الحراري.
في هذه التعبيرات ، يعتبر Poison و H (في cal mol) حرارة الامتصاص والتفاعل (موجب عندما يكون التفاعل طاردًا للحرارة) ، وبقية التعيينات موضحة أعلاه. معامل الإنتشار الحراري للماء حوالي 1.5 10 "سم 1 ثانية. وظائف و
لم يتم دراسة الموصلية الحرارية والانتشار الحراري لسوائل الحفر كثيرًا. في الحسابات الحرارية ، فإن معامل التوصيل الحراري الخاص بهم ، وفقًا لـ V.N.Dakhnov و D.I.Dyakonov ، وكذلك B.I Isman ، وآخرون ، يأخذون نفس الماء - 0.5 kcal / m-h-deg. وفقًا للبيانات المرجعية ، يكون معامل التوصيل الحراري لسوائل الحفر 1.29 كيلو كالوري / م-ساعة. S. M. Kuliev et al. اقترح معادلة لحساب معامل التوصيل الحراري
للحسابات التقريبية لعمليات تبخر الماء إلى الهواء وتكثيف الماء من الهواء الرطب ، يمكن استخدام نسبة لويس ، لأن نسبة الانتشار الحراري إلى معامل الانتشار عند 20 درجة مئوية هي 0.835 ، والتي لا تختلف كثيرًا من الوحدة. في القسم D5-2 ، تمت دراسة العمليات التي تحدث في الهواء الرطب باستخدام الرسم البياني لاعتماد المحتوى الرطوبي المحدد على المحتوى الحراري. لذلك ، سيكون من المفيد تحويل المعادلة (16-36) بطريقة تجعل جانبها الأيمن ، بدلاً من جزئي
في المعادلتين (VII.3) و (VII.4) والظروف الحدودية (VII.5) ، تم اعتماد التعيينات التالية Ti و T - على التوالي ، درجات حرارة الطبقات المتصلبة وغير الصلبة - درجة حرارة الوسط T p - تقنية التجميد درجة الحرارة a و U2 - على التوالي ، الانتشار الحراري لهذه الطبقات а = kil ifi) ، mV 1 - معامل التوصيل الحراري للحوم المجمدة ، W / (m- K) А.2 - نفس الشيء بالنسبة للحوم المبردة ، W / (m- K) q و cr - السعة الحرارية النوعية للحوم المجمدة والمبردة ، J / (kg-K) Pi ir2 - كثافة اللحوم المجمدة والمبردة р1 = pj = 1020 kg / m - سماكة الطبقة المجمدة المقاسة من عند
صفحة 1
الموصلية الحرارية للماء أعلى بحوالي 5 مرات من الموصلية الحرارية للزيت. يزداد مع زيادة الضغط ، ولكن عند الضغوط التي تحدث في عمليات النقل الهيدروديناميكي ، يمكن افتراض أنه ثابت.
تبلغ الموصلية الحرارية للماء حوالي 28 ضعف الموصلية الحرارية للهواء. وفقًا لذلك ، يزداد معدل فقدان الحرارة عندما يغمر الجسم بالماء أو عند ملامسته له ، وهذا يحدد إلى حد كبير إحساس الإنسان بالحرارة في الهواء والماء. لذلك ، على سبيل المثال ، عند - (- 33 يبدو لنا الهواء دافئًا ، ونفس درجة حرارة الماء - غير مبالين. درجة حرارة الهواء 23 تبدو لنا غير مبالية ، والماء بنفس درجة الحرارة - بارد. عند - (- يبدو الهواء باردًا 12 والماء - بارد ...
لا شك أن الموصلية الحرارية للماء وبخار الماء r تمت دراستها بشكل أفضل من جميع المواد الأخرى.
| اللزوجة الديناميكية (x (Pa-s لبعض المحاليل المائية. | تغير في السعة الحرارية الكتلية للمحاليل المائية لبعض الأملاح ، اعتمادًا على تركيز المحلول. | التوصيل الحراري لبعض المحاليل ، اعتمادًا على التركيز عند 20 درجة مئوية. |
الموصلية الحرارية للماء لها مسار درجة حرارة موجبة ، وبالتالي ، عند التركيزات المنخفضة ، تزداد الموصلية الحرارية للمحاليل المائية للعديد من الأملاح والأحماض والقلويات مع زيادة درجة الحرارة.
الموصلية الحرارية للماء أعلى بكثير من السوائل الأخرى (باستثناء المعادن) وتتغير أيضًا بشكل غير طبيعي: تزداد حتى 150 درجة مئوية ثم تبدأ في الانخفاض. الموصلية الكهربائية للماء منخفضة للغاية ، لكنها تزداد بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة والضغط. درجة حرارة الماء الحرجة هي 374 درجة مئوية ، والضغط الحرج 218 ضغط جوي.
الموصلية الحرارية للماء أعلى بكثير من السوائل الأخرى (باستثناء المعادن) ، كما أنها تتغير بشكل غير طبيعي: تزداد حتى 150 درجة مئوية ، وعندها فقط تبدأ في الانخفاض. الموصلية الكهربائية للماء منخفضة للغاية ، لكنها تزداد بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة والضغط. درجة حرارة الماء الحرجة هي 374 درجة مئوية ، والضغط الحرج 218 ضغط جوي.
| اللزوجة الديناميكية c (Pa-s لبعض المحاليل المائية. | التغير في السعة الحرارية الكتلية للمحاليل المائية لبعض الأملاح اعتمادًا على تركيز المحلول. | التوصيل الحراري لبعض المحاليل اعتمادًا على التركيز عند 20 درجة مئوية. |
الموصلية الحرارية للماء لها مسار درجة حرارة موجبة ، وبالتالي ، عند التركيزات المنخفضة ، تزداد الموصلية الحرارية للمحاليل المائية للعديد من الأملاح والأحماض والقلويات مع زيادة درجة الحرارة.
تزداد الموصلية الحرارية للماء والمحاليل المائية للأملاح ومحاليل الكحول والماء وبعض السوائل الأخرى (على سبيل المثال ، الجليكول) مع زيادة درجة الحرارة.
الموصلية الحرارية للماء منخفضة جدًا مقارنةً بالتوصيل الحراري للمواد الأخرى ؛ لذلك ، الموصلية الحرارية للقابس هي 0 1 ؛ الأسبستوس - 0 3-0 6 ؛ الخرسانة - 2-3 ؛ خشب - 0 3 - 1 0 ؛ طوب 1 5-2 0 ؛ الجليد - 5 5 كالوري / سم ثانية.
الموصلية الحرارية للماء X عند 24 هي 0511 ، وقدرتها الحرارية من 1 كيلو كالوري كجم.
الموصلية الحرارية للماء prn 25 تساوي 1 43-10-3 كالوري / سم-ثانية.
نظرًا لأن التوصيل الحراري للماء (R 0 5 kcal / m - h - deg) أكبر بنحو 25 مرة من الموصلية الحرارية للهواء الثابت ، فإن إزاحة الهواء بالماء تزيد من التوصيل الحراري للمادة المسامية. مع التجميد السريع وتشكيل ليس الجليد ، ولكن الثلج (R 0 3-0 4) في مسام مواد البناء ، كما أوضحت ملاحظاتنا ، فإن التوصيل الحراري للمادة ، على العكس من ذلك ، ينخفض قليلاً. تعد المحاسبة الصحيحة لمحتوى الرطوبة للمواد ذات أهمية كبيرة في حسابات الهندسة الحرارية للهياكل ، سواء فوق الأرض أو تحت الأرض ، على سبيل المثال ، أنظمة إمدادات المياه.
الماء مادة فريدة ذات بنية جزيئية معقدة لم تتم دراستها بالكامل بعد. بغض النظر عن حالة التجميع ، فإن جزيئات H2O مرتبطة بإحكام ببعضها البعض ، مما يحدد العديد من الخصائص الفيزيائية للماء وحلوله. دعنا نكتشف ما إذا كانت المياه العادية لها موصلية حرارية وكهربائية.
تشمل الخصائص الفيزيائية الرئيسية لـ H2O ما يلي:
- كثافة؛
- الشفافية ؛
- لون؛
- يشم؛
- المذاق؛
- درجة الحرارة؛
- الانضغاطية؛
- النشاط الإشعاعي؛
- التوصيل الحراري والكهربائي.
الخصائص الأخيرة للتوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي للماء غير مستقرة للغاية وتعتمد على العديد من العوامل. دعونا نفكر فيها بمزيد من التفصيل.
التوصيل الكهربائي
التيار الكهربائي هو حركة أحادية الاتجاه للجسيمات سالبة الشحنة - الإلكترونات. يمكن لبعض المواد أن تحمل هذه الجسيمات ، والبعض الآخر لا يمكنه ذلك. يتم التعبير عن هذه القدرة في شكل رقمي وتمثل قيمة التوصيل الكهربائي.
لا يزال هناك جدل حول ما إذا كانت المياه النقية موصلة للكهرباء ؛ يمكنها توصيل التيار ، ولكن بشكل سيئ للغاية. يتم تفسير التوصيل الكهربائي لنواتج التقطير من خلال حقيقة أن جزيئات H2 O تتحلل جزئيًا إلى H + و OH- أيونات. يتم دفع الجسيمات الكهربائية بواسطة أيونات الهيدروجين موجبة الشحنة ، والتي تكون قادرة على التحرك عبر عمود الماء.
ما الذي يحدد التوصيل الكهربائي للسائل
تعتمد موصلية H2 O على عوامل مثل:
- وجود وتركيز الشوائب الأيونية (التمعدن) ؛
- طبيعة الأيونات
- درجة حرارة السوائل
- لزوجة الماء.
العاملان الأولان حاسمان. لذلك ، من خلال حساب قيمة التوصيل الكهربائي لسائل ما ، يمكننا الحكم على درجة تمعدنه.
لا توجد مياه نقية في الطبيعة. حتى مياه الينابيع هي نوع من محلول الأملاح والمعادن وغيرها من شوائب الإلكتروليت. هذه هي في المقام الأول أيونات Na + ، K + ، Ca2 + ، Cl- ، SO4 2- ، HCO3 -. أيضًا ، قد تحتوي على إلكتروليتات ضعيفة غير قادرة على تغيير خاصية توصيل التيار بشكل كبير. وتشمل هذه Fe3 + و Fe2 + و Mn2 + و Al3 + و NO3 - و HPO4 - وغيرها. يمكن أن يكون لها تأثير قوي على التوصيل الكهربائي فقط في حالة وجود تركيز عالٍ ، كما يحدث ، على سبيل المثال ، في مياه الصرف الصحي مع النفايات الصناعية. ومن المثير للاهتمام أن وجود الشوائب في الماء ، وهو في حالة الجليد ، لا يؤثر على قدرته على توصيل الكهرباء.
التوصيل الكهربائي لمياه البحر
مياه البحر أكثر قدرة على توصيل الكهرباء من المياه العذبة. هذا بسبب وجود ملح كلوريد الصوديوم المذاب فيه ، وهو إلكتروليت جيد. يمكن وصف آلية زيادة الموصلية على النحو التالي:
- عندما يذوب كلوريد الصوديوم في الماء ، يتحلل إلى Na + و Cl- أيونات ، والتي لها شحنة مختلفة.
- تجذب أيونات الصوديوم + الإلكترونات لأن لها شحنة معاكسة.
- تؤدي حركة أيونات الصوديوم في عمود الماء إلى حركة الإلكترونات ، والتي بدورها تؤدي إلى ظهور تيار كهربائي.
وبالتالي ، يتم تحديد التوصيل الكهربائي للماء من خلال وجود الأملاح والشوائب الأخرى فيه. كلما قل عددهم ، قلت القدرة على توصيل التيار الكهربائي. الماء المقطر يحتوي عمليا على صفر محتوى الماء.
قياس التوصيل الكهربائي
يتم قياس الموصلية الكهربائية للحلول باستخدام مقاييس التوصيل. هذه أجهزة خاصة ، يعتمد مبدأها على تحليل نسبة التوصيل الكهربائي وتركيز الشوائب - الشوارد. يوجد اليوم العديد من النماذج القادرة على قياس موصلية ليس فقط المحاليل عالية التركيز ، ولكن أيضًا الماء المقطر النقي.
توصيل حراري
الموصلية الحرارية هي قدرة المادة الفيزيائية على توصيل الحرارة من الأجزاء الساخنة إلى الأجزاء الباردة. الماء ، مثل المواد الأخرى ، له هذه الخاصية. يحدث انتقال الحرارة إما من جزيء إلى جزيء H2 O ، وهو نوع جزيئي من الموصلية الحرارية ، أو عندما تتحرك تدفقات السوائل ، فهي من النوع المضطرب.
الموصلية الحرارية للماء أعلى بعدة مرات من تلك الموجودة في المواد السائلة الأخرى ، باستثناء المعادن المنصهرة - فإن هذا المؤشر أعلى من ذلك بكثير.
تعتمد قدرة الماء على توصيل الحرارة على عاملين: الضغط ودرجة الحرارة. مع ارتفاع الضغط ، يزداد مؤشر الموصلية ، حيث ترتفع درجة الحرارة إلى 150 درجة مئوية ، ترتفع ، ثم تبدأ في الانخفاض.