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Tabelle zum Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Wasser bei verschiedenen Temperaturen. Große Enzyklopädie über Öl und Gas. Elektrische Leitfähigkeit von Meerwasser

Unter Wärmeleitfähigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit verschiedener Körper, Wärme vom Anwendungspunkt eines erhitzten Objekts in alle Richtungen zu leiten. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit zunehmender Dichte einer Substanz zu, da thermische Schwingungen in einer dichteren Substanz leichter übertragen werden, wenn einzelne Partikel näher beieinander liegen. Auch Flüssigkeiten unterliegen diesem Gesetz.

Wärmeleitfähigkeit bestimmt durch die Anzahl der in 1 Sekunde abgegebenen Kalorien. durch eine Fläche von 1 cm2 mit einem Temperaturabfall von 1° über 1 cm Weg. In Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit liegt Wasser zwischen Glas und Ebonit und ist fast 28-mal höher als Luft.

Wärmekapazität von Wasser. Unter der spezifischen Wärmekapazität versteht man die Wärmemenge, die 1 g Masse eines Stoffes um 1 ° erhitzen kann. Diese Wärmemenge wird in Kalorien gemessen. Die Wärmeeinheit ist die Grammkalorie. Wasser nimmt bei 14-15° mehr Wärme wahr als andere Stoffe; Beispielsweise kann die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 kg Wasser um 1° zu erhitzen, 8 kg Eisen oder 33 kg Quecksilber um 1° erhitzen.

Mechanische Wirkung von Wasser

Am meisten stark Duschen wirkt mechanisch, Vollbäder am schwächsten. Vergleichen wir den mechanischen Einfluss beispielsweise von Charcots Duschen und Vollbädern.
Zusätzlich Druck Wasser auf der Haut in einem Bad, dessen Wassersäule 0,5 m nicht überschreitet, beträgt etwa 0,005 oder 1,20 Atmosphärendruck, und die Aufprallkraft eines Wasserstrahls in einer Charcot-Dusche, der aus einer Entfernung von 15- 20 m sind 1,5 - 2 Atmosphären.

Unabhängig Temperatur Durch das Auftragen von Wasser kommt es unter dem Einfluss der Dusche unmittelbar nach dem Auftreffen des Wasserstrahls auf den Körper zu einer energetischen Erweiterung der Hautgefäße. Gleichzeitig kommt die anregende Wirkung der Dusche zum Tragen.

Für Forschung Mechanische Einwirkung von Meer und Fluss: Baden, gilt die Formel F = mv2/2, wobei die Kraft F gleich dem halben Produkt aus Masse m und Quadrat der Geschwindigkeit v2 ist. Die mechanische Wirkung von Meeres- und Flusswellen hängt nicht so sehr von der auf den Körper vordringenden Wassermasse ab, sondern von der Geschwindigkeit, mit der diese Bewegung erfolgt.

Wasser als Chemikalie Lösungsmittel. Wasser hat die Fähigkeit, verschiedene Mineralsalze, Flüssigkeiten und Gase zu lösen, was die Reizwirkung von Wasser verstärkt. Dem Ionenaustausch zwischen Wasser und dem in ein mineralisiertes Bad getauchten menschlichen Körper wird große Bedeutung beigemessen.

Unter normalen Bedingungen Druck(d. h. bei einer Temperatur von Null) absorbiert ein Volumen Wasser 1,7 Volumen Kohlendioxid; mit zunehmendem Druck nimmt die Löslichkeit von Kohlendioxid in Wasser deutlich zu; Bei zwei Atmosphären Druck und einer Temperatur von 10° werden drei Volumina Kohlendioxid gelöst, statt 1,2 Volumina bei Normaldruck.

Wärmeleitfähigkeit von Kohlendioxid halb so groß wie die Wärmeleitfähigkeit von Luft und dreißigmal geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Wasser. Diese Eigenschaft des Wassers wird zur Schaffung verschiedener Gasbäder genutzt, die manchmal Mineralquellen ersetzen.

Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist eine Eigenschaft, die wir alle, ohne es zu ahnen, im Alltag sehr oft nutzen.

Über diese Immobilie haben wir in unserem Artikel bereits kurz geschrieben. CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON WASSER IM FLÜSSIGEN ZUSTAND →, in diesem Material werden wir eine detailliertere Definition geben.

Schauen wir uns zunächst die Bedeutung des Begriffs Wärmeleitfähigkeit im Allgemeinen an.

Die Wärmeleitfähigkeit ist...

Leitfaden für technische Übersetzer
Unter Wärmeleitfähigkeit versteht man die Wärmeübertragung, bei der die Wärmeübertragung in einem ungleichmäßig erhitzten Medium atomar-molekularen Charakter hat
[Terminologisches Wörterbuch des Bauwesens in 12 Sprachen (VNIIIS Gosstroy UdSSR)]
Wärmeleitfähigkeit – die Fähigkeit eines Materials, Wärmeströme zu übertragen
[ST SEV 5063-85]
Leitfaden für technische Übersetzer

Uschakows erklärendes Wörterbuch
Wärmeleitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, viele. nein, weiblich (physikalisch) – die Eigenschaft von Körpern, Wärme von stärker erhitzten Teilen auf weniger erhitzte Teile zu verteilen.
Uschakows erklärendes Wörterbuch. D.N. Uschakow. 1935-1940

Großes enzyklopädisches Wörterbuch
Unter Wärmeleitfähigkeit versteht man die Übertragung von Energie von stärker erhitzten Bereichen des Körpers auf weniger erhitzte Bereiche aufgrund der thermischen Bewegung und der Wechselwirkung der darin enthaltenen Partikel. Führt zum Ausgleich der Körpertemperatur. Typischerweise ist die übertragene Energiemenge, definiert als Wärmeflussdichte, proportional zum Temperaturgradienten (Fourier-Gesetz). Der Proportionalitätskoeffizient wird als Wärmeleitfähigkeitskoeffizient bezeichnet.
Großes enzyklopädisches Wörterbuch. 2000

Wärmeleitfähigkeit von Wasser

Für ein umfassenderes Verständnis des Gesamtbildes beachten wir einige Fakten:

Die Wärmeleitfähigkeit von Luft ist etwa 28-mal geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Wasser;
Die Wärmeleitfähigkeit von Öl ist etwa fünfmal geringer als die von Wasser;
Mit steigendem Druck nimmt die Wärmeleitfähigkeit zu;
In den meisten Fällen steigt mit steigender Temperatur auch die Wärmeleitfähigkeit schwach konzentrierter Lösungen von Salzen, Laugen und Säuren.

Als Beispiel stellen wir die Dynamik der Änderung der Wärmeleitfähigkeit von Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur bei einem Druck von 1 bar dar:

0°C – 0,569 W/(m Grad);
10°C – 0,588 W/(m Grad);
20°C – 0,603 W/(m Grad);
30°C – 0,617 W/(m Grad);
40°C – 0,630 W/(m Grad);
50°C – 0,643 W/(m Grad);
60°C – 0,653 W/(m Grad);
70°C – 0,662 W/(m Grad);
80°C – 0,669 W/(m Grad);
90°C – 0,675 W/(m Grad);

100°C – 0,0245 W/(m Grad);
110°C – 0,0252 W/(m Grad);
120°C – 0,026 W/(m Grad);
130°C – 0,0269 W/(m Grad);
140°C – 0,0277 W/(m Grad);
150°C – 0,0286 W/(m Grad);
160°C – 0,0295 W/(m Grad);
170°C – 0,0304 W/(m Grad);
180°C – 0,0313 W/(m Grad).

Die Wärmeleitfähigkeit ist jedoch, wie alle anderen auch, für uns alle eine sehr wichtige Eigenschaft von Wasser. Wir nutzen es zum Beispiel sehr oft, ohne es zu wissen, im Alltag – wir nutzen Wasser, um erhitzte Gegenstände schnell abzukühlen, und ein Heizkissen, um Wärme zu speichern und zu speichern.

Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ist ein physikalischer Parameter eines Stoffes und hängt im Allgemeinen von der Temperatur, dem Druck und der Art des Stoffes ab. In den meisten Fällen wird der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient für verschiedene Materialien experimentell mit verschiedenen Methoden bestimmt. Die meisten davon basieren auf der Messung des Wärmeflusses und des Temperaturgradienten in der untersuchten Substanz. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ, W/(m×K), wird aus der Beziehung bestimmt: Daraus folgt, dass der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient numerisch gleich der Wärmemenge ist, die pro Zeiteinheit durch eine Einheit isothermer Oberfläche mit a fließt Temperaturgradient gleich Eins. Ungefähre Werte des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verschiedener Stoffe sind in Abb. dargestellt. 1.4 Da Körper unterschiedliche Temperaturen haben können und bei Wärmeaustausch die Temperatur im Körper selbst ungleichmäßig verteilt ist, d.h. Zunächst ist es wichtig, die Abhängigkeit des Wärmeleitkoeffizienten von der Temperatur zu kennen. Experimente zeigen, dass für viele Materialien mit ausreichender Genauigkeit für die Praxis die Abhängigkeit des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von der Temperatur als linear angenommen werden kann: wobei λ 0 der Wert des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten bei der Temperatur t 0 ist; b ist eine experimentell bestimmte Konstante.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Gasen. Nach der kinetischen Theorie wird die Wärmeübertragung durch Wärmeleitfähigkeit in Gasen bei normalen Drücken und Temperaturen durch die Übertragung kinetischer Energie der molekularen Bewegung als Ergebnis der chaotischen Bewegung und Kollision einzelner Gasmoleküle bestimmt. In diesem Fall wird der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient durch die Beziehung bestimmt: Dabei ist die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit der Gasmoleküle; die durchschnittliche freie Weglänge der Gasmoleküle zwischen den Kollisionen; die Wärmekapazität des Gases bei konstantem Volumen; Mit zunehmendem Druck nimmt die Dichte gleichermaßen zu, die Weglänge nimmt ab und das Produkt bleibt konstant. Daher ändert sich der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient bei Druckänderungen nicht merklich. Die Ausnahme bilden sehr niedrige (weniger als 2,66 × 10 3 Pa) und sehr hohe (2 × 10 9 Pa) Drücke. Die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Gasmolekülen hängt von der Temperatur ab: wobei R μ die universelle Gaskonstante von 8314,2 J/(kmol×K) ist; μ ist die Molekülmasse des Gases; T – Temperatur, K. Die Wärmekapazität von Gasen nimmt mit steigender Temperatur zu. Dies erklärt die Tatsache, dass der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient für Gase mit steigender Temperatur zunimmt. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ von Gasen liegt zwischen 0,006 und 0,6 W/(m×K). In Abb. 1.5 präsentiert die Ergebnisse von Messungen des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verschiedener Gase, die von N. B. Vargaftik durchgeführt wurden. Unter den Gasen stechen Helium und Wasserstoff aufgrund ihres Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten hervor. Ihr Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ist 5-10 mal größer als der anderer Gase. Dies ist in Abb. deutlich zu erkennen. 1.6. Helium- und Wasserstoffmoleküle haben eine geringe Masse und daher eine hohe durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit, was ihren hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten erklärt. Auch die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Wasserdampf und anderen realen Gasen, die deutlich vom Ideal abweichen, hängen stark vom Druck ab. Für Gasgemische kann der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient nicht nach dem Additivitätsgesetz bestimmt werden; er muss experimentell ermittelt werden.

Abb. 1.5 Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Gasen.

1-Wasserdampf; 2-Kohlendioxid; 3-Luft; 4-Argon; 5-Sauerstoff; 6-Stickstoff

Reis. 1.6 Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Helium und Wasserstoff.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Flüssigkeiten. Der Mechanismus der Wärmeausbreitung in Tröpfchenflüssigkeiten kann als Energieübertragung durch diskordante elastische Schwingungen dargestellt werden. Diese von A. S. Predvoditelev vorgebrachte theoretische Idee des Mechanismus der Wärmeübertragung in Flüssigkeiten wurde von N. B. Vargaftik verwendet, um experimentelle Daten zur Wärmeleitfähigkeit verschiedener Flüssigkeiten zu beschreiben. Für die meisten Flüssigkeiten hat sich die Theorie gut bestätigt. Basierend auf dieser Theorie wurde eine Formel für den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der folgenden Form erhalten: wo ist die Wärmekapazität der Flüssigkeit bei konstantem Druck; μ – Molekulargewicht. Der Koeffizient A, proportional zur Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in einer Flüssigkeit, hängt nicht von der Art der Flüssigkeit, sondern von der Temperatur ab, während Ac p ≈const. Da die Dichte ρ einer Flüssigkeit mit steigender Temperatur abnimmt, folgt aus Gleichung (1.21), dass für Flüssigkeiten mit konstantem Molekulargewicht (nicht assoziierte und schwach assoziierte Flüssigkeiten) der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient mit steigender Temperatur abnehmen sollte. Für stark assoziierte Flüssigkeiten (Wasser, Alkohole etc.) muss in Formel (1.21) ein Assoziationskoeffizient eingeführt werden, der die Änderung des Molekulargewichts berücksichtigt. Der Assoziationskoeffizient hängt auch von der Temperatur ab und kann daher bei unterschiedlichen Temperaturen den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten unterschiedlich beeinflussen. Experimente bestätigen, dass bei den meisten Flüssigkeiten der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ mit steigender Temperatur abnimmt, mit Ausnahme von Wasser und Glycerin (Abb. 1.7). Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Tröpfchenflüssigkeiten liegt etwa zwischen 0,07 und 0,7 W/(m×K). Mit zunehmendem Druck erhöhen sich die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Flüssigkeiten.

Reis. 1.7 Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verschiedener Flüssigkeiten.

1-Vaselineöl; 2-Benzol; 3-Aceton; 4-Rizinusöl; 5-Ethylalkohol; 6-Methylalkohol; 7-Glycerin; 8-Wasser.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Feststoffen. In Metallen sind freie Elektronen der wichtigste Wärmeüberträger, der mit einem idealen einatomigen Gas verglichen werden kann. Die Wärmeübertragung durch Schwingungsbewegungen von Atomen oder in Form elastischer Schallwellen ist nicht ausgeschlossen, ihr Anteil ist jedoch im Vergleich zur Energieübertragung durch Elektronengas unbedeutend. Durch die Bewegung freier Elektronen kommt es an allen Stellen des Heiz- bzw. Kühlmetalls zu einem Temperaturausgleich. Freie Elektronen bewegen sich sowohl von Bereichen mit stärkerer Erwärmung zu Bereichen mit geringerer Erwärmung als auch in die entgegengesetzte Richtung. Im ersten Fall geben sie den Atomen Energie, im zweiten entziehen sie sie. Da in Metallen der Träger der Wärmeenergie Elektronen sind, sind die Koeffizienten der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit proportional zueinander. Mit zunehmender Temperatur nimmt aufgrund erhöhter thermischer Inhomogenitäten die Elektronenstreuung zu. Dies führt zu einer Verringerung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeitskoeffizienten reiner Metalle (Abb. 1.8). Bei Vorhandensein verschiedener Arten von Verunreinigungen nimmt der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Metallen stark ab. Letzteres kann durch eine Zunahme struktureller Inhomogenitäten erklärt werden, die zu Elektronenstreuung führt. So beträgt beispielsweise für reines Kupfer λ= 396 W/(m×K), für dasselbe Kupfer mit Spuren von Arsen λ= 142 W/(m×K). Im Gegensatz zu reinen Metallen nehmen die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Legierungen mit steigender Temperatur zu (Abb. 1.9). Bei Dielektrika steigt der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient üblicherweise mit steigender Temperatur (Abb. 1.10). Bei Materialien mit höherer Dichte hat der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient in der Regel einen höheren Wert. Dies hängt von der Struktur des Materials, seiner Porosität und Feuchtigkeit ab.

Reis. 1.8 Abhängigkeit des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von der Temperatur für einige reine Metalle.

Viele Bau- und Wärmedämmstoffe haben eine poröse Struktur (Ziegel, Beton, Asbest, Schlacke usw.), und die Anwendung des Fourier-Gesetzes auf solche Körper ist in gewissem Maße bedingt. Das Vorhandensein von Poren im Material lässt nicht zu, dass solche Körper als kontinuierliches Medium betrachtet werden. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient eines porösen Materials ist ebenfalls bedingt. Diese Größe hat die Bedeutung des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten eines bestimmten homogenen Körpers, durch den bei gleicher Form, Größe und Temperatur an den Grenzen die gleiche Wärmemenge fließt wie durch einen gegebenen porösen Körper. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient pulverförmiger und poröser Körper hängt stark von ihrer Dichte ab. Wenn beispielsweise die Dichte ρ von 400 auf 800 kg/m 3 steigt, erhöht sich der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Asbest von 0,105 auf 0,248 W/(m×K). Dieser Einfluss der Dichte ρ auf den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten erklärt sich dadurch, dass die Wärmeleitfähigkeit der die Poren füllenden Luft deutlich geringer ist als die der festen Bestandteile des porösen Materials. Der effektive Wärmeleitfähigkeitskoeffizient poröser Materialien hängt auch stark von der Luftfeuchtigkeit ab. Bei einem nassen Material ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient deutlich größer als bei trockenem Material und Wasser getrennt. Beispielsweise gilt für trockenen Ziegel λ = 0,35, für Wasser λ = 0,60 und für nassen Ziegel λ≈1,0 W/(m×K). Dieser Effekt kann durch die konvektive Wärmeübertragung aufgrund der Kapillarbewegung von Wasser innerhalb des porösen Materials und teilweise durch die Tatsache erklärt werden, dass absorbierend gebundene Feuchtigkeit im Vergleich zu freiem Wasser andere Eigenschaften aufweist. Der Anstieg des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten körniger Stoffe mit einer Temperaturänderung lässt sich dadurch erklären, dass mit steigender Temperatur die Wärmeleitfähigkeit des die Zwischenräume zwischen den Körnern füllenden Mediums und die Wärmeübertragung durch Strahlung der körnigen Masse zunimmt nimmt auch zu. Die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Bau- und Wärmedämmstoffen liegen bei etwa 0,023 bis 2,9 Wt/(m×K). Materialien mit einem niedrigen Wärmeleitkoeffizienten [weniger als 0,25 W/(m×K)], die üblicherweise zur Wärmedämmung verwendet werden, werden als Wärmedämmung bezeichnet.

Wer kennt die Formel von Wasser seit der Schulzeit? Natürlich ist es das. Es ist wahrscheinlich, dass viele, die sich dann nicht speziell damit befassen, aus dem gesamten Studium der Chemie nur wissen, was die Formel H 2 O bedeutet. Aber jetzt werden wir versuchen, es so detailliert und tiefgreifend wie möglich zu verstehen was seine Haupteigenschaften sind und warum es kein Leben ohne es auf dem Planeten Erde gibt.

Wasser als Substanz

Wie wir wissen, besteht das Wassermolekül aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Seine Formel lautet wie folgt: H 2 O. Dieser Stoff kann drei Zustände annehmen: fest – in Form von Eis, gasförmig – in Form von Dampf und flüssig – als Stoff ohne Farbe, Geschmack oder Geruch. Dies ist übrigens die einzige Substanz auf dem Planeten, die unter natürlichen Bedingungen in allen drei Zuständen gleichzeitig existieren kann. Zum Beispiel: An den Polen der Erde gibt es Eis, in den Ozeanen gibt es Wasser und die Verdunstung unter den Sonnenstrahlen ist Dampf. In diesem Sinne ist Wasser anomal.

Wasser ist auch die am häufigsten vorkommende Substanz auf unserem Planeten. Es bedeckt die Oberfläche des Planeten Erde zu fast siebzig Prozent – das sind Ozeane, zahlreiche Flüsse mit Seen und Gletscher. Das meiste Wasser auf dem Planeten ist salzig. Zum Trinken und für die Landwirtschaft ist es ungeeignet. Süßwasser macht nur zweieinhalb Prozent der gesamten Wassermenge auf dem Planeten aus.

Wasser ist ein sehr starkes und hochwertiges Lösungsmittel. Dadurch laufen chemische Reaktionen im Wasser mit enormer Geschwindigkeit ab. Dieselbe Eigenschaft beeinflusst den Stoffwechsel im menschlichen Körper. Es ist eine bekannte Tatsache, dass der Körper eines Erwachsenen zu siebzig Prozent aus Wasser besteht. Bei einem Kind ist dieser Prozentsatz sogar noch höher. Im Alter sinkt dieser Wert von siebzig auf sechzig Prozent. Diese Eigenschaft des Wassers zeigt übrigens deutlich, dass es die Grundlage des menschlichen Lebens ist. Je mehr Wasser im Körper ist, desto gesünder, aktiver und jünger ist er. Deshalb bestehen Wissenschaftler und Ärzte aus allen Ländern unermüdlich darauf, dass man viel trinken muss. Es handelt sich um Wasser in reiner Form und nicht um Ersatzstoffe in Form von Tee, Kaffee oder anderen Getränken.

Wasser prägt das Klima auf dem Planeten, und das ist keine Übertreibung. Warme Meeresströmungen erwärmen ganze Kontinente. Dies liegt daran, dass Wasser viel Sonnenwärme aufnimmt und diese dann wieder abgibt, wenn es abkühlt. Auf diese Weise reguliert es die Temperatur auf dem Planeten. Viele Wissenschaftler sagen, dass die Erde schon vor langer Zeit abgekühlt und zu Stein geworden wäre, wenn auf dem grünen Planeten nicht so viel Wasser vorhanden wäre.

Eigenschaften von Wasser

Wasser hat viele sehr interessante Eigenschaften.

Beispielsweise ist Wasser nach Luft der mobilste Stoff. Aus dem Schulunterricht erinnern sich wahrscheinlich viele an ein Konzept wie den Wasserkreislauf in der Natur. Beispiel: Ein Bach verdunstet unter dem Einfluss von direktem Sonnenlicht und verwandelt sich in Wasserdampf. Darüber hinaus wird dieser Dampf durch den Wind irgendwohin transportiert, sammelt sich in Wolken oder sogar in den Bergen und fällt in Form von Schnee, Hagel oder Regen in die Berge. Weiter fließt der Bach wieder von den Bergen herab und verdunstet teilweise. Und so wiederholt sich der Zyklus im Kreis millionenfach.

Wasser hat außerdem eine sehr hohe Wärmekapazität. Aus diesem Grund kühlen Gewässer, insbesondere die Ozeane, beim Übergang von einer warmen Jahreszeit oder Tageszeit zu einer kalten sehr langsam ab. Umgekehrt erwärmt sich das Wasser bei steigender Lufttemperatur sehr langsam. Aus diesem Grund stabilisiert Wasser, wie oben erwähnt, die Lufttemperatur auf unserem Planeten.

Wasser hat nach Quecksilber die höchste Oberflächenspannung. Es ist unmöglich, nicht zu bemerken, dass ein Tropfen, der versehentlich auf eine ebene Fläche verschüttet wird, manchmal zu einem beeindruckenden Fleck wird. Dies zeigt die Viskosität von Wasser an. Eine weitere Eigenschaft tritt auf, wenn die Temperatur auf vier Grad sinkt. Sobald das Wasser bis zu diesem Punkt abgekühlt ist, wird es leichter. Daher schwimmt Eis immer auf der Wasseroberfläche und verhärtet sich zu einer Kruste, die Flüsse und Seen bedeckt. Dadurch gefrieren Fische in Stauseen, die im Winter zufrieren, nicht.

Wasser als Stromleiter

Zunächst sollten Sie lernen, was elektrische Leitfähigkeit ist (einschließlich Wasser). Unter elektrischer Leitfähigkeit versteht man die Fähigkeit eines Stoffes, elektrischen Strom durch sich selbst zu leiten. Demnach ist die elektrische Leitfähigkeit von Wasser die Fähigkeit des Wassers, Strom zu leiten. Diese Fähigkeit hängt direkt von der Menge an Salzen und anderen Verunreinigungen in der Flüssigkeit ab. Beispielsweise wird die elektrische Leitfähigkeit von destilliertem Wasser nahezu minimiert, da dieses Wasser von verschiedenen Zusatzstoffen gereinigt wird, die für eine gute elektrische Leitfähigkeit so notwendig sind. Ein ausgezeichneter Stromleiter ist Meerwasser, in dem die Salzkonzentration sehr hoch ist. Die elektrische Leitfähigkeit hängt auch von der Temperatur des Wassers ab. Je höher die Temperatur, desto größer ist die elektrische Leitfähigkeit von Wasser. Dieses Muster wurde durch mehrere Experimente von Physikern aufgedeckt.

Messung der Wasserleitfähigkeit

Es gibt einen solchen Begriff - Konduktometrie. Dies ist der Name einer der Methoden der elektrochemischen Analyse, die auf der elektrischen Leitfähigkeit von Lösungen basiert. Diese Methode dient zur Bestimmung der Konzentration von Salzen oder Säuren in Lösungen sowie zur Kontrolle der Zusammensetzung einiger Industrielösungen. Wasser hat amphotere Eigenschaften. Das heißt, es kann je nach Bedingungen sowohl saure als auch basische Eigenschaften aufweisen und sowohl als Säure als auch als Base wirken.

Das für diese Analyse verwendete Gerät hat einen sehr ähnlichen Namen – Leitfähigkeitsmessgerät. Mit einem Konduktometer wird die elektrische Leitfähigkeit von Elektrolyten in der zu analysierenden Lösung gemessen. Vielleicht lohnt es sich, noch einen Begriff zu erklären – Elektrolyt. Dies ist eine Substanz, die beim Auflösen oder Schmelzen in Ionen zerfällt, wodurch anschließend ein elektrischer Strom geleitet wird. Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Teilchen. Tatsächlich bestimmt ein Konduktometer anhand bestimmter Einheiten der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser dessen spezifische elektrische Leitfähigkeit. Das heißt, es bestimmt die elektrische Leitfähigkeit eines bestimmten Wasservolumens als Ausgangseinheit.

Bereits vor Beginn der siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts wurde die Maßeinheit „Mo“ zur Angabe der Leitfähigkeit von Elektrizität verwendet. Sie war eine Ableitung einer anderen Größe – Ohm, der Grundeinheit des Widerstands. Die elektrische Leitfähigkeit ist eine Größe, die umgekehrt proportional zum Widerstand ist. Jetzt wird in Siemens gemessen. Diese Größe erhielt ihren Namen zu Ehren des Physikers aus Deutschland – Werner von Siemens.

Siemens

Siemens (kann entweder als Cm oder S bezeichnet werden) ist der Kehrwert von Ohm, einer Maßeinheit für die elektrische Leitfähigkeit. Ein cm entspricht jedem Leiter, dessen Widerstand 1 Ohm beträgt. Siemens wird durch die Formel ausgedrückt:

1 cm = 1: Ohm = A: B = kg −1 m −2 s³A², wobei
A - Ampere,
V - Volt.

Wärmeleitfähigkeit von Wasser

Lassen Sie uns nun über die Fähigkeit eines Stoffes sprechen, Wärmeenergie zu übertragen. Der Kern des Phänomens besteht darin, dass die kinetische Energie von Atomen und Molekülen, die die Temperatur eines bestimmten Körpers oder Stoffes bestimmen, bei ihrer Wechselwirkung auf einen anderen Körper oder Stoff übertragen wird. Mit anderen Worten, Wärmeleitfähigkeit ist der Wärmeaustausch zwischen Körpern, Stoffen sowie zwischen einem Körper und einem Stoff.

Auch die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist sehr hoch. Der Mensch nutzt diese Eigenschaft des Wassers täglich, ohne es zu merken. Zum Beispiel kaltes Wasser in einen Behälter gießen und darin Getränke oder Speisen kühlen. Kaltes Wasser entzieht der Flasche oder dem Behälter Wärme und gibt im Gegenzug auch Kälte ab;

Nun kann man sich das gleiche Phänomen leicht auf planetarischer Ebene vorstellen. Im Sommer erwärmt sich der Ozean, kühlt dann bei einsetzender Kälte langsam ab und gibt seine Wärme an die Luft ab, wodurch sich die Kontinente erwärmen. Nach der Abkühlung im Winter beginnt sich der Ozean im Vergleich zum Land sehr langsam zu erwärmen und gibt seine Kühle an die in der Sommersonne schmachtenden Kontinente ab.

Dichte von Wasser

Oben wurde beschrieben, dass Fische im Winter in einem Teich leben, weil das Wasser auf ihrer gesamten Oberfläche zu einer Kruste verhärtet. Wir wissen, dass Wasser bei einer Temperatur von null Grad zu Eis zu werden beginnt. Da die Dichte des Wassers größer ist als seine Dichte, schwimmt es und gefriert an der Oberfläche.

Eigenschaften von Wasser

Außerdem kann Wasser unter verschiedenen Bedingungen sowohl ein Oxidationsmittel als auch ein Reduktionsmittel sein. Das heißt, Wasser gibt seine Elektronen ab, wird positiv geladen und oxidiert. Oder es nimmt Elektronen auf und wird negativ geladen, was bedeutet, dass es wiederhergestellt wird. Im ersten Fall oxidiert das Wasser und wird als tot bezeichnet. Es hat sehr starke bakterizide Eigenschaften, aber Sie müssen es nicht trinken. Im zweiten Fall ist das Wasser lebendig. Es belebt, regt den Körper zur Regeneration an und bringt Energie in die Zellen. Der Unterschied zwischen diesen beiden Eigenschaften von Wasser wird im Begriff „Oxidations-Reduktions-Potenzial“ ausgedrückt.

Womit kann Wasser reagieren?

Wasser ist in der Lage, mit fast allen auf der Erde vorkommenden Stoffen zu reagieren. Damit diese Reaktionen stattfinden können, müssen Sie lediglich für eine geeignete Temperatur und ein geeignetes Mikroklima sorgen.

Beispielsweise reagiert Wasser bei Raumtemperatur gut mit Metallen wie Natrium, Kalium, Barium – sie werden als aktiv bezeichnet. Bei Halogenen handelt es sich um Fluor, Chlor. Beim Erhitzen reagiert Wasser gut mit Eisen, Magnesium, Kohle und Methan.

Mit Hilfe verschiedener Katalysatoren reagiert Wasser mit Amiden und Estern von Carbonsäuren. Ein Katalysator ist eine Substanz, die scheinbar Komponenten zu einer gegenseitigen Reaktion treibt und diese beschleunigt.

Gibt es irgendwo anders als auf der Erde Wasser?

Bisher wurde auf keinem Planeten des Sonnensystems außer der Erde Wasser entdeckt. Ja, sie deuten auf seine Anwesenheit auf den Satelliten von Riesenplaneten wie Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus hin, aber bisher liegen den Wissenschaftlern keine genauen Daten vor. Es gibt eine weitere, noch nicht vollständig bestätigte Hypothese über Grundwasser auf dem Planeten Mars und auf dem Erdtrabanten Mond. In Bezug auf den Mars wurde eine Reihe allgemeiner Theorien aufgestellt, wonach es auf diesem Planeten einst einen Ozean gab, und sein mögliches Modell wurde sogar von Wissenschaftlern entworfen.

Außerhalb des Sonnensystems gibt es viele große und kleine Planeten, auf denen sich Wissenschaftlern zufolge möglicherweise Wasser befindet. Aber bisher gibt es nicht die geringste Möglichkeit, sich dessen sicher zu sein.

Wie die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Wasser praktisch genutzt wird

Aufgrund der hohen Wärmekapazität von Wasser wird es in Heizungsnetzen als Kühlmittel eingesetzt. Es gewährleistet die Wärmeübertragung vom Erzeuger zum Verbraucher. Viele Kernkraftwerke nutzen Wasser auch als hervorragendes Kühlmittel.

In der Medizin wird Eis zur Kühlung und Dampf zur Desinfektion verwendet. Eis wird auch im Catering-System verwendet.

In vielen Kernreaktoren wird Wasser als Moderator eingesetzt, um den erfolgreichen Ablauf einer nuklearen Kettenreaktion sicherzustellen.

Unter Druck stehendes Wasser wird zum Spalten, Brechen und sogar Schneiden von Steinen verwendet. Dies wird aktiv beim Bau von Tunneln, unterirdischen Räumlichkeiten, Lagerhäusern und U-Bahnen eingesetzt.

Abschluss

Aus dem Artikel geht hervor, dass Wasser in seinen Eigenschaften und Funktionen die unersetzlichste und erstaunlichste Substanz auf der Erde ist. Hängt das Leben eines Menschen oder eines anderen Lebewesens auf der Erde vom Wasser ab? Absolut ja. Trägt diese Substanz zur wissenschaftlichen Tätigkeit des Menschen bei? Ja. Hat Wasser elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und andere nützliche Eigenschaften? Die Antwort lautet ebenfalls „Ja“. Eine andere Sache ist, dass es auf der Erde immer weniger Wasser gibt, und vor allem sauberes Wasser. Und unsere Aufgabe ist es, ihn (und damit uns alle) vor dem Aussterben zu bewahren und zu schützen.

Theorien von Transportphänomenen, die auf der statistischen Methode von Gibbs basieren, stellen sich die Aufgabe, kinetische Gleichungen zu erhalten, aus denen sich die spezifische Form von Nichtgleermitteln lässt. Es wird angenommen, dass die Nichtgdes Systems eine Quasigleichgewichtsform hat und davon die Temperatur, die Anzahldichte der Teilchen und ihre Durchschnittsgeschwindigkeit abhängen

Raum-Zeit-Koordinaten. Die Korrelation aufeinanderfolgender Kollisionen wird erreicht, indem nicht nur harte Kollisionen (verursacht durch Abstoßung), sondern auch sogenannte weiche Kollisionen (verursacht durch Anziehung) berücksichtigt werden, bei denen sich Partikel auf gekrümmten Flugbahnen bewegen.

Am bekanntesten ist die Kirkwood-Methode, bei der weiche Stöße den Reibungskoeffizienten bestimmen. Nach Einstein-Smoluchowski der Reibungskoeffizient

wobei die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur und der Selbstdiffusionskoeffizient ist.

Die Korrelation der Wechselwirkung umgebender Teilchen mit einem gegebenen Teilchen erfolgt nach Kirkwood über eine charakteristische Zeit t, danach werden die von anderen Teilchen auf das gegebene Teilchen wirkenden Kräfte als unkorreliert betrachtet. Darüber hinaus sollte die Größe der Wechselwirkungszeit berücksichtigt werden kleiner sein als die charakteristische Relaxationszeit der makroskopischen Eigenschaften des Stoffes.

Für den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten erhält Kirkwood den folgenden Ausdruck

Dabei ist die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit, die radiale Gder Partikel und das Potential der Paarkräfte.

Um No mithilfe dieser Formel zu berechnen, ist es außerdem erforderlich, nicht nur ihre Ableitungen mit großer Genauigkeit zu kennen, sondern auch (was derzeit an sich ein praktisch unlösbares Problem darstellt). Kürzlich wurde gezeigt, dass die kinetischen Koeffizienten nicht direkt erweitert werden können in eine Reihe von Dichtegraden umwandeln, wie Kirkwood sagt, aber es ist notwendig, eine komplexere Zerlegung zu verwenden. Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, wiederholte Kollisionen bereits korrelierter Partikel zu berücksichtigen

das Ergebnis früherer Kollisionen mit anderen Teilchen. Im Zusammenhang mit diesen Schwierigkeiten ist es notwendig, auf Methoden der Modellforschung zurückzugreifen.

Unter den Modellierungsarbeiten sind diejenigen von Interesse, die auf Vorstellungen über die Natur der thermischen Bewegung in Flüssigkeiten basieren, bei denen die Wärmeübertragung durch hyperakustische Schwingungen des Mediums (Phononen) bestimmt wird. Dieser Ansatz berücksichtigt die kollektive Natur der Bewegung von Molekülen in einer Flüssigkeit. Dabei wird die Wärmeleitfähigkeit K beispielsweise wie folgt bestimmt (Sakiadis- und Kotes-Formel)

Wo ist die Geschwindigkeit des Hyperschalls? Wärmekapazität bei konstantem Druck, durchschnittlicher Abstand zwischen Molekülen, Dichte.

Neben dem Modellansatz gibt es auch semiempirische Beziehungen zur Wärmeleitfähigkeit (Filippov,

Die Wärmeleitfähigkeit ist etwa fünfmal geringer als die Wärmeleitfähigkeit (Tabelle 43). Tetrachlorkohlenstoff ist eine gewöhnliche Flüssigkeit, bei der wie bei allen anderen Flüssigkeiten die Schallgeschwindigkeit mit steigender Temperatur abnimmt, die Wärmeleitfähigkeit abnimmt und die Wärmekapazität zunimmt. Bei Wasser mit niedrigen Temperaturen ist das Gegenteil der Fall. Die Art der Veränderung all dieser Eigenschaften im Wasser ähnelt der Art ihrer Veränderung bei gewöhnlichen Stoffen im gasförmigen Zustand. Tatsächlich nimmt die Wärmeleitfähigkeit eines Gases mit steigender Temperatur zu

Durchschnittliche Molekülgeschwindigkeit, Wärmekapazität und mittlere freie Weglänge).

Als Beispiel ist unten die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von Luft bei Atmosphärendruck für eine Reihe von Temperaturen dargestellt.

Die Änderung der Wärmeleitfähigkeit beim Schmelzen von Eis I und die weitere Änderung von T mit steigender Temperatur von flüssigem Wasser sind in Abb. dargestellt. 57, woraus ersichtlich ist, dass die Wärmeleitfähigkeit beim Schmelzen von Eis I um etwa abnimmt

Tabelle 43 (siehe Scan) Temperaturabhängigkeiten der Wärmeleitfähigkeiten von Wasser und Tetrachlorkohlenstoff

4 Mal. Eine Untersuchung der Veränderungen der Wärmeleitfähigkeit von unterkühltem Wasser bis zu -40 °C zeigt, dass unterkühltes Wasser bei 0 °C keine Merkmale aufweist (Tabelle 43). Zur Veranschaulichung des normalen Temperaturverhaltens der Wärmeleitfähigkeit wird die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Temperatur dargestellt. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur monoton ab.

Alle normalen Flüssigkeiten ändern mit steigendem Druck das Vorzeichen der Änderung der Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur. Bei einer großen Klasse von Flüssigkeiten tritt diese Änderung unter Druck auf. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ändert nichts an der Art der Temperaturabhängigkeit unter Druck. Die relative Größe des Anstiegs der Wärmeleitfähigkeit von Wasser bei Druck beträgt -50 %, während z

für andere normale Flüssigkeiten beträgt dieser Anstieg bei gleichem Druck (Abb. 58).

Die Abhängigkeit von K vom Druck für Wasser ist in Abb. dargestellt. 58. Ein solch geringer relativer Anstieg der Wärmeleitfähigkeit von Wasser mit steigendem Druck ist mit der geringen Kompressibilität von Wasser im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten verbunden, die durch die Art der Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung bestimmt wird.