Что необходимо знать о плотности горячей воды и ее свойствах?

Физическое определение

foto 24677-2Согласно физическому определению, плотность — это отношение массы к объему.

То есть, эта величина показывает количество данного вещества, сосредоточенного в определенном объеме.

Если посмотреть на молекулярном уровне, плотность показывает, насколько близко друг к другу расположены молекулы того или иного материала.

Показателем, иллюстрирующим значение этого параметра, может стать соотношение веса 1 л разных жидкостей:

  • вода — 1 кг;
  • масло — 900 г;
  • спирт — 800 г и т.д.

То есть, в одинаковом объеме воды больше, чем масла или спирта. Для обозначения плотности в формулах используется греческая буква ρ (ро).

Сама формула в общем виде выглядит следующим образом:

ρ =m/V, где

  • m — масса;
  • V — объем.

С изменением температуры плотность веществ изменяется. Это происходит из-за ускорения движения атомов. У воды наблюдается особое соотношение этих параметров.

Что влияет на этот параметр?

В обычных условиях на параметры воды значительное влияние оказывает степень нагрева. Как правило, у большинства веществ или соединений плотность увеличивается при понижении температуры. Однако, у воды эта зависимость нелинейная.

Показатель достигает максимума при 4°C, понемногу уменьшаясь как при понижении, так и при повышении температуры. При этом, когда вода переходит в твердую фазу (образуется лед), процесс уменьшения плотности при охлаждении продолжается.

Этим объясняется известный (и очень опасный для оборудования) эффект расширения воды при замерзании — из 0,028 м3 воды получается 0,03 м3 льда.

foto 24677-3Зависимость физических свойств от температуры наблюдается практически у всех веществ, но только вода демонстрирует это в жидком состоянии.

При этом горячая вода показывает нелинейный, но относительно ровный график уменьшения значений (по крайней мере, до точки кипения в 100°С).

Таблица зависимости от температуры

Для наглядности составим таблицу плотности воды при разных температурах:

Температура, t°С Плотность, ρ г/мл
0 0,9998
2 0,9999
4 1
6 0,9999
10 0,9997
15 0,9991
20 0,9982
25 0,9970
30 0,9957
40 0,9922
50 0,9880
60 0,9832
70 0,9778
80 0,9718
90 0,9653
100 0,9584

Анализируя данные таблицы, можно отметить сравнительно ровную кривую зависимости двух характеристик воды. При этом, управляющим параметром является температура. Если по этим данным составить график, получится не прямая линия, а кривая параболического типа.

Меняется ли вес в процессе нагревания?

foto 24677-4Вес одинакового объема горячей и холодной воды будет немного отличаться. Из-за большей плотности, тяжелее будет холодная.

Самый большой вес она имеет при 4°С, но, при охлаждении или нагревании относительно этого значения, будет становиться легче.

На практике обычно учитывается не столько изменение веса, сколько различие в объемах горячей и холодной воды.

В большинстве систем вода заперта в ограниченном пространстве, и, если заранее не позаботиться о компенсирующих устройствах, возрастающий объем станет причиной разрыва емкости или трубопровода.

Необходимо учитывать, что разница в весе не слишком велика. Один кубометр воды при 4°С весит ровно тонну, а при 90°С он станет легче на 34,7 кг.

Справка! Для больших объемов уменьшение (или увеличение, если речь идет об охлаждении) веса будет вполне значительным, требующим принятия специальных мер для компенсации изменений.

Применение этих знаний на практике

Для специалистов-теплотехников или работников ЖКХ, любые изменения параметров потока являются серьезной проблемой.

Приходится использовать компенсаторы объема (у техников они называются расширительные баки), делать резервные линии для отведения избытков.

В природе изменения плотности также имеют свое значение. В зимнее время вода, охлаждаясь до 4°С, опускается на дно водоема, вытесняя наверх более теплые слои.

foto 24677-5Если они охлаждаются ниже этого значения, их плотность уменьшается и не позволяет им вытеснить придонные объемы с постоянной температурой 4°С.

Это позволяет защитить водоемы от сплошного перемерзания, сохранить запасы рыбы и прочей водной живности.

Заключение

Изменения параметров в зависимости от степени нагрева не являются исключительным свойством воды. Особенности достаточно хорошо изучены, но в обыденной жизни они заметного влияния не оказывают.

Это иногда становится причиной ошибок, допущенных неподготовленными людьми. Необходимо иметь представление о свойствах и специфике воды, чтобы не создавать условий для возникновения аварий или поломок систем, оборудования, разрывов трубопроводов.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинский портал о заболеваниях и эффективных способах лечения