Вода с низкой теплопроводностью. Большая энциклопедия нефти и газа

Вода обладает высокой теплоемкость. Большая теплоемкость воды играет значительную роль в процессе охлаждения и нагревания водоемов, а также в формировании климатических условий прилагающих районов. Вода медленно охлаждается и нагревается как во время суток так и при смене сезонов. Максимальное колебание температуры в Мировом океане не превышает 40°С, в то время как в воздухе эти колебания могут достигать 100-120°С. Теплопроводность (или перенос тепловой энергии) воды незначителен. Поэтому вода снег и лед плохо проводят тепло. В водоемах передача тепла на глубины происходит очень медленно.

Вязкость воды. Поверхностное натяжение

С увеличением солености вязкость воды несколько возрастает. Вязкость или внутреннее трение - свойство текучих (жидких или газообразных) веществ оказывать сопротивление собственному течению. Вязкость жидкостей зависит от температуры н давления. Она уменьшается как с повышением температуры, так и с увеличением давления. Поверхностное натяжение воды определяет силу сцепления между молекулами, а также форму поверхности жидкости. Из всех жидкостей, кроме ртути, у воды самое большое поверхностное натяжение. При повышении температуры оно уменьшается.

Ламинарное и турбулентное, установившееся и неустановившееся, равномерное и неравномерное движение воды

Ламинарное движение – параллельноструйное течение, при постоянном расходе воды скорость каждой точки потока не изменяется во времени ни по величине, ни по направлению. Турбулентное – форма течения, при которой элементы потока совершают неупорядоченные движения по сложным траекториям. При равномерном движении поверхность параллельна выровненной поверхности дна. при неравномерном движении уклон скорости течения живого сечения постоянный в длине сечения, но изменяется по длине потока. Неустановившееся движение характеризуется тем, что все гидравлические элементы потока на рассматриваемом участке изменяются по длине и во времени. Установившееся – наоборот.

Круговорот воды, его материковые и океанические звенья, внутриматериковый круговорот

В круговороте выделяют три звена – океаническое, атмосферное и материковое. Материковое включает в себя литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное звенья. Атмосферное звено характеризуется переносом влаги в циркуляции воздуха и образования осадков. Для океанического звена характерно испарение воды, в процессе которого непрерывно восстанавливается содержание водяного пара в атмосфере. Внутриматериковый круговорот характерен для областей внутреннего стока.

Водный баланс мирового океана, земного шара, суши

Глобальный влагооборот Земли находит свое выражение в водном балансе Земли, который математически выражается уравнением водного баланса (для Земного шара в целом и для его отдельных частей). Все компоненты (составляющие) водного баланса можно разбить на 2 части: приходную и расходную. Баланс - это количественная характеристика круговорота воды. Метод расчета водного баланса применяется для изучения приходных и расходных элементов крупных частей земного шара - суши, Океана и Земли в целом, отдельных материков, больших и малых речных бассейнов и озер, наконец, больших участков полей и леса. Этот метод позволяет гидрологам решать многие теоретические и практические задачи. В основе изучения водного баланса лежит сравнение приходных и расходных его частей. Например, для суши приходной частью баланса служат атмосферные осадки, а расходной - испарение. Пополнение Океана водой происходит за счет стока речных вод с суши, а расход - за счет испарения.

Похожая информация:

Kaк вы сможете купить небо или тепло земли? Эта мысль нам непонятна. Если мы не распоряжаемся свежестью воздуха и всплесками воды, то как вы можете купить их у нас?

Под теплопроводностью понимается способность различных тел проводить теплоту во все стороны от точки приложения нагретого предмета. Теплопроводность возрастает по мере увеличения плотности вещества, потому что тепловые колебания легче передаются в более плотном веществе, где отдельные частицы расположены ближе одна к другой. Этому закону подчиняются и жидкости.

Теплопроводность определяется количеством калорий, проходящих в 1 сек. через площадь в 1 см2 при падении температуры на 1° на протяжении 1 см пути. По теплопроводности вода занимает место между стеклом и эбонитом и почти в 28 раз превосходит воздух.

Теплоемкость воды . Под удельной теплоемкостью понимается то количество теплоты, которое может нагреть 1 г массы вещества на 1 °. Это количество теплоты измеряется калориями. За единицу теплоты принимается грамм-калория. Вода воспринимает при 14-15° большее количество теплоты, чем другие вещества; например, количество тепла, потребное для нагрева 1 кг воды на 1°, может нагреть на 1° 8 кг железа или 33 кг ртути.

Механическое действие воды

Наиболее сильным механическим действием отличается душ, наиболее слабым - полные ванны. Сравним механическое влияние, например, душа Шарко и полных ванн.
Дополнительное давление воды на кожу в ванне, где столб воды не превышает 0,5 м, составляет около 0,005, или 1,20 атмосферного давления, а сила удара водяной струи в душе Шарко, направленной на тело с расстояния 15-20 м, равняется 1,5- 2 атмосферам.

Независимо от температуры применяемой воды, под влиянием душа наступает энергичное, расширение кожных сосудой немедленно после падения на тело водяной струи. Одновременно проявляется возбуждающее действие душа.

Для исследования механического действия морских и речных: купаний применима формула F=mv2/2, где сила F равняется половине произведения массы т на квадрат скорости v2. Механическое действие морской и речной волн зависит не столько от массы воды, надвигающейся на тело, сколько от скорости, с которой совершается это движение.

Вода как химический растворитель . Вода обладает способностью растворять различные минеральные соли, жидкости и газы, от этою усиливается раздражающее действие воды. Большое значение придается ионному обмену, происходящему между водой и телом человека, погруженным в минерализованную ванну.

При нормальном давлении (т. е. при нулевой температуре) один объем воды поглощает 1,7 объема углекислоты; при повышении давления растворимость углекислоты в воде значительно повышается; при двух атмосферах давления при температуре в 10° растворяются три объема углекислоты вместо 1,2 объема при нормальном давлении.

Теплопроводность углекислоты в два раза меньше теплопроводности воздуха и в тридцать раз меньше теплопроводности воды. Этим свойством воды пользуются для устройства различных газовых ванн, заменяющих иногда минеральные источники.

Вода – уникальное вещество, которое имеет сложную молекулярную структуру, до конца еще не изученную. Вне зависимости от агрегатного состояния, молекулы H2O прочно связаны между собой, что определяет множество физических свойств воды и ее растворов. Давайте выясним,обладает ли обычная вода тепло- и электропроводностью.

К основным физическим свойствам H2O относятся:

плотность;
прозрачность;
цвет;
запах;
вкус;
температура;
сжимаемость;
радиоактивность;
тепло- и электропроводность.

Последние характеристики теплопроводность и электропроводность воды – очень нестабильны и зависят от многих факторов. Рассмотрим их более подробно.

Электропроводность

Электрический ток представляет собой одностороннее движение негативно заряженных частиц – электронов. Некоторые вещества могут переносить эти частицы, а некоторые – нет. Эта способность выражается в числовой форме и представляет собой значение электропроводности.

До сих пор идут дискуссии насчет того, обладает ли электропроводностью чистая вода.Она способна проводить ток, но очень плохо. Электропроводность дистиллята объясняется тем, что молекулы H2 O частично распадаются на ионы H+ и OH-. Электрочастицы передвигаются с помощью позитивно заряженных ионов водорода, которые способны перемещаться в толще воды.

От чего зависит электропроводность жидкости

Электропроводность H2 O зависит от таких факторов, как:

наличие и концентрация ионных примесей (минерализация);
природа ионов;
температура жидкости;
вязкость воды.

Первые два фактора являются определяющими. Поэтому вычислив значение электропроводности жидкости, мы сможем судить о степени ее минерализации.

В природе не существует чистой воды. Даже родниковая представляет собой некий раствор солей, металлов и других электролитных примесей. Это прежде всего ионы Na+, K+, Ca2 +, Cl-, SO4 2-, HCO3 -. Также в ее состав могут входить слабые электролиты, которые неспособны сильно изменить свойство проводить ток. К ним относятся Fe3 +, Fe2 +, Mn2 +, Al3 +, NO3 -, HPO4 – и другие. Сильное влияние на электропроводность они способны оказать только в случае высокой концентрации, как, например, это бывает в сточных водах с отходами производства. Интересно, что наличие примесей в воде, которая находится в состоянии льда, не влияет на ее способность проводить электричество.

Электропроводность морской воды

Морская вода способна лучше проводить электрический ток, чем пресная. Это объясняется наличием в ней растворенной соли NaCl, которая является хорошим электролитом. Механизм увеличения проводимости можно описать следующим образом:

Хлорид натрия при растворении в воде распадается на ионы Na+ и Cl-, которые имеют разные заряды.
Ионы Na+притягивают электроны, так как имеют противоположный заряд.
Движение ионов натрия в толще воды приводит к перемещению электронов, что, в свою очередь, ведет к возникновению электрического тока.

Таким образом, электропроводность воды определяется наличием в ней солей и других примесей. Чем их меньше, тем ниже способность проводить электрический ток. У дистиллированной воды она практически нулевая.

Измерение электропроводности

Измерение электропроводности растворов осуществляется с помощью кондуктометров. Это специальные приборы, принцип действия которых основан на анализе соотношения электропроводности и концентрации примесей-электролитов. На сегодняшний день существует множество моделей, которые способны измерять электропроводность не только высококонцентрированных растворов, но и чистой дистиллированной воды.

Теплопроводность

Теплопроводность – это способность физического вещества проводить тепло от нагретых частей к более холодным. Вода, как и другие вещества, обладает таким свойством. Передача тепла происходит либо от молекулы к молекуле H2 O, что представляет собой молекулярный тип теплопроводности, либо при перемещении потоков жидкости – турбулентный тип.

Теплопроводность воды в несколько раз выше, чем у других жидких веществ, за исключением расплавленных металлов – у них этот показатель еще более высокий.

Способность воды проводить тепло зависит от двух факторов: давления и температуры. При увеличении давления показатель проводимости растет, при повышении температуры до 150 °C растет, затем начинает снижаться.

Теории явлений переноса, основанные на статистическом методе Гиббса, ставят перед собой задачу получить кинетические уравнения, из которых можно найти конкретный вид неравновесных функций распределения. Предполагается, что неравновесная функция распределения системы имеет квазиравновесную форму, причем температура, плотность числа частиц и их средняя скорость зависят от

пространственно-временных координат. Корреляция последовательных столкновений достигается тем, что учитываются не только жесткие столкновения (обусловленные отталкиванием), но и так называемые мягкие столкновения (обусловленные притяжением), в результате чего частицы движутся по искривленным траекториям.

Наибольшей известностью пользуется метод Кирквуда, в котором мягкие соударения определяют коэффициент трения. Согласно Эйнштейну - Смолуховскому коэффициент трения

где постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура и коэффициент самодиффузии.

Корреляция взаимодействия окружающих частиц с данной частицей по Кирквуду осуществляется на протяжении характерного времени та, по прошествии которого силы, действующие со стороны других частиц на данную, рассматриваются как некоррелированные Причем величина времени корреляции взаимодействия должна быть меньше характеристического времени релаксации макроскопических характеристик вещества.

Для коэффициента теплопроводности Кирквуд получает следующее выражение

где число частиц в единице объема, радиальная равновесная функция распределения частиц, -потенциал парных сил.

Кроме того, что для вычисления № по эгой формуле необходимо знать с большой точностью не только но и ее производные, а также (что само по себе представляет пракшчески неразрешимую в настоящий момент задачу) Недавно было показано, что кинетические коэффициенты нельзя непосредственно разлагать в ряд по степеням плотности, как целает Кирквуд, а необходимо использовать более сложное разложение. Это связано с необходимостью учитывав повторные соударения частиц, уже скоррелированные в

результат предыдущих столкновений с другими частицами. В связи с перечисленными трудностями приходится прибегать к модельным методам исследования.

Среди модельных работ представляют интерес работы, основанные на представлениях о характере теплового движения в жидкостях, при котором перенос тепла определяется посредством гиперакустических колебаний среды (фононов). Такой подход учитывает коллективный характер движения молекул в жидкости. При этом теплопроводность К определяется, например, следующим образом (формула Сакиадиса и Котеса)

где - скорость гиперзвука; теплоемкость при постоянном давлении, среднее расстояние между молекулами, плотность.

Помимо модельного подхода имеют место и полуэмпирические соотношения для теплопроводности (Филиппов,

Теплопроводность примерно в 5 раз меньше теплопроводности (табл. 43). Четыреххлористый углерод - обычная жидкость, для которой имеет место, как и для всех других жидкостей, уменьшение скорости звука с ростом температуры, уменьшение теплопроводности и рост теплоемкости. У воды при малых температурах все наоборот. Характер изменения всех этих свойств в воде напоминает характер их изменения для обычных веществ в газообразном состоянии. В самом деле, теплопроводность газа растет с ростом температуры

Средняя скорость молекул, теплоемкость и длина свободного пробега).

Для примера ниже приводится зависимость теплопроводности воздуха при атмосферном давлении для ряда температур.

Изменение теплопроводности при плавлении льда I и дальнейшее изменение Т с ростом температуры жидкой воды представлено на рис. 57, откуда видно, что теплопроводность при плавлении льда I уменьшается приблизительно в

Таблица 43 (см. скан) Температурные зависимости теплопроводностей воды и четыреххлористого углерода

4 раза. Исследование изменения теплопроводности переохлажденной воды вплоть до -40°С показывает, что переохлажденная вода не имеет никаких особенностей при 0°С (табл. 43). Для иллюстрации нормального температурного хода теплопроводности представлена зависимость теплопроводности от температуры. Теплопроводность монотонно уменьшается с ростом температуры.

Все нормальные жидкости с ростом давления изменяют знак изменения теплопроводности с температурой. Для большого класса жидкостей это изменение имеет место при давлении Теплопроводность воды не изменяет характера температурной зависимости под давлением. Относительная величина увеличения теплопроводности воды при давлении составляет -50%, в то время как для

других нормальных жидкостей это увеличение при том же давления составляет (рис. 58).

Зависимость К от давления для воды представлена на рис. 58. Такое маленькое относительное увеличение теплопроводности воды с ростом давления связано с малой сжимаемостью воды по сравнению с другими жидкостями, которая определяется характером сил межмолекулярного взаимодействия.

Рис. 57. Зависимость теплопроводности воды и от температуры

Рис. 58. Зависимость от температуры теплопроводности и силиконового масла для ряда давлений

В разделе на вопрос что такое коэффициент теплопроводности (например воды) ?? (у воды чему равен?) заданный автором Европеоидный лучший ответ это Коэффициент теплопроводности - численная характеристика теплопроводности материала, равная количеству теплоты (в килокалориях) , проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 кв. м за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 1 град. C. Наибольшую теплопроводность имеют металлы, наименьшую - газы.
А вот про воду.. .
"Коэффициент теплопроводности большинства жидкостей с повышением температуры убывает. Вода в этом отношении является исключением. С увеличением температуры от 0 до 127°С коэффициент теплопроводности воды увеличивается, а при дальнейшем возрастании температуры - уменьшается (рис. 3.2). При 0°С коэффициент теплопроводности воды равен 0,569 Вт/(м·°С). С увеличением минерализации воды коэффициент ее теплопроводности уменьшается, но очень незначительно"... См.
Источник: Cловарь по естественным наукам. Глоссарий. ру

Ответ от Александр Тюкин [гуру]
То, что сказал Фесс ХХ - это не коэффициент теплопроводности, а объемная теплоемкость.
Коэффициент теплопроводности какого-либо вещества - это величина, которая показывает, какое количество теплоты требуется приложить к одному концу бесконечно тонкой проволоки из этого вещества, чтобы точка этой проволоки на расстоянии 1 м от этого конца за одну секунду увеличилась на 1 градус (при условии нулевой теплоотдачи в пространство). Майк все грамотно написал.

Ответ от Майк [гуру]
Теплопрово́дность - это способность вещества переносить тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности (также называется коэффициентом теплопроводности).
Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передается из более нагретых областей тела к менее нагретым областям
Вещество Коэффициент теплопроводности
Вт/(м*град)
Алюминий 209,3
Железо 74,4
Золото 312,8
Латунь 85,5
Медь 389,6
Ртуть 29,1
Серебро 418,7
Сталь 45,4
Чугун 62,8
воды, 2,1