خانه » دکور » جدول ضریب هدایت حرارتی آب در دماهای مختلف دایره المعارف بزرگ نفت و گاز. هدایت الکتریکی آب دریا

جدول ضریب هدایت حرارتی آب در دماهای مختلف دایره المعارف بزرگ نفت و گاز. هدایت الکتریکی آب دریا

زیر رسانایی گرماییبه توانایی اجسام مختلف برای هدایت گرما در تمام جهات از نقطه اعمال یک جسم گرم شده اشاره دارد. رسانایی حرارتی با افزایش چگالی یک ماده افزایش می یابد، زیرا ارتعاشات حرارتی در یک ماده متراکم تر، جایی که ذرات جداگانه نزدیک به یکدیگر قرار دارند، راحت تر منتقل می شوند. مایعات نیز از این قانون پیروی می کنند.

رسانایی گرماییبا تعداد کالری دریافتی در 1 ثانیه تعیین می شود. از طریق مساحت 1 سانتی متر مربع با افت دمای 1 درجه در طول 1 سانتی متر از مسیر. از نظر رسانایی حرارتی، آب بین شیشه و آبنیت قرار دارد و تقریباً 28 برابر هوا است.

ظرفیت گرمایی آب. ظرفیت گرمایی ویژه به مقدار گرمایی اطلاق می شود که می تواند 1 گرم از جرم یک ماده را 1 درجه گرم کند. این مقدار گرما با کالری اندازه گیری می شود. واحد گرما گرم کالری است. آب در دمای 14-15 درجه نسبت به سایر مواد گرمای بیشتری را درک می کند. به عنوان مثال، مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن 1 کیلوگرم آب در 1 درجه می تواند 8 کیلوگرم آهن یا 33 کیلوگرم جیوه را 1 درجه گرم کند.

عمل مکانیکی آب

اکثر قویدوش ها اثر مکانیکی دارند، در حالی که حمام کامل ضعیف ترین. بیایید تأثیر مکانیکی، به عنوان مثال، دوش شارکو و حمام کامل را با هم مقایسه کنیم.
اضافی فشارآب روی پوست در حمام، جایی که ستون آب از 0.5 متر تجاوز نمی کند، حدود 0.005 یا 1.20 فشار اتمسفر است و نیروی ضربه جت آب در دوش شارکو که از فاصله 15-15 به بدنه وارد می شود. 20 متر، 1.5 - 2 اتمسفر است.

بدون در نظر گرفتن درجه حرارتآب اعمال شده، تحت تأثیر دوش، بلافاصله پس از سقوط جت آب روی بدن، انبساط پر انرژی عروق پوست رخ می دهد. در همان زمان، اثر تحریک کننده دوش آشکار می شود.

برای پژوهشعمل مکانیکی دریا و رودخانه: حمام کردن، فرمول F = mv2/2 قابل استفاده است، که در آن نیروی F برابر است با نصف حاصلضرب جرم m در مجذور سرعت v2. عمل مکانیکی امواج دریا و رودخانه نه چندان به جرم آب پیشروی روی بدن، بلکه به سرعت انجام این حرکت بستگی دارد.

آب به عنوان یک ماده شیمیایی حلال. آب این قابلیت را دارد که املاح معدنی، مایعات و گازهای مختلف را حل کند که باعث افزایش اثر تحریک کنندگی آب می شود. اهمیت زیادی به تبادل یونی که بین آب و بدن انسان غوطه ور در یک حمام معدنی رخ می دهد، داده می شود.

در شرایط عادی فشار(یعنی در دمای صفر) یک حجم آب 1.7 حجم دی اکسید کربن را جذب می کند. با افزایش فشار، حلالیت دی اکسید کربن در آب به طور قابل توجهی افزایش می یابد. در دو اتمسفر فشار در دمای 10 درجه، سه حجم دی اکسید کربن به جای 1.2 حجم در فشار معمولی حل می شود.

هدایت حرارتی دی اکسید کربننصف رسانایی حرارتی هوا و سی برابر کمتر از هدایت حرارتی آب. از این خاصیت آب برای ایجاد حمام های گازی مختلف استفاده می شود که گاه جایگزین چشمه های معدنی می شود.

رسانایی حرارتی آب خاصیتی است که همه ما، بدون شک، اغلب در زندگی روزمره از آن استفاده می کنیم.

قبلاً در مقاله خود به طور خلاصه در مورد این ملک نوشته ایم. خواص شیمیایی و فیزیکی آب در حالت مایع →، در این مطالب به تعریف دقیق تری می پردازیم.

ابتدا بیایید به معنای اصطلاح هدایت حرارتی به طور کلی نگاه کنیم.

هدایت حرارتی است ...

راهنمای مترجم فنی
رسانایی حرارتی انتقال حرارتی است که در آن انتقال گرما در یک محیط گرم شده نابرابر دارای ویژگی اتمی - مولکولی است.
[فرهنگ اصطلاحات ساخت و ساز به 12 زبان (VNIIIS Gosstroy اتحاد جماهیر شوروی)]
هدایت حرارتی - توانایی یک ماده برای انتقال جریان گرما
[ST SEV 5063-85]
راهنمای مترجم فنی

فرهنگ توضیحی اوشاکوف
هدایت حرارتی، هدایت حرارتی، بسیاری از. نه، زن (فیزیکی) - خاصیت اجسام برای توزیع گرما از قسمت های گرم تر به قسمت های کمتر گرم شده.
فرهنگ لغت توضیحی اوشاکوف. D.N. اوشاکوف. 1935-1940

فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ
رسانایی حرارتی انتقال انرژی از نواحی گرم‌تر بدن به مناطقی که حرارت کمتری دارند در نتیجه حرکت حرارتی و برهمکنش ذرات تشکیل‌دهنده آن است. منجر به یکسان شدن دمای بدن می شود. به طور معمول، مقدار انرژی منتقل شده، که به عنوان چگالی شار حرارتی تعریف می شود، متناسب با گرادیان دما است (قانون فوریه). ضریب تناسب را ضریب هدایت حرارتی می نامند.
فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ. 2000

هدایت حرارتی آب

برای درک جامع تر از تصویر کلی، اجازه دهید به چند واقعیت توجه کنیم:

هدایت حرارتی هوا تقریباً 28 برابر کمتر از هدایت حرارتی آب است.
هدایت حرارتی روغن تقریباً 5 برابر کمتر از آب است.
با افزایش فشار، هدایت حرارتی افزایش می یابد.
در بیشتر موارد، با افزایش دما، هدایت حرارتی محلول‌های با غلظت ضعیف نمک‌ها، قلیاها و اسیدها نیز افزایش می‌یابد.

به عنوان مثال، ما دینامیک تغییرات هدایت حرارتی آب را بسته به دما در فشار 1 بار ارائه می دهیم:

0 درجه سانتیگراد - 0.569 W/(m deg)؛
10 درجه سانتیگراد - 0.588 W/(m deg)؛
20 درجه سانتیگراد - 0.603 W/(m deg)؛
30 درجه سانتیگراد - 0.617 W/(m deg)؛
40 درجه سانتیگراد - 0.630 W/(m deg)؛
50 درجه سانتیگراد - 0.643 W/(m deg)؛
60 درجه سانتیگراد - 0.653 W/(m deg)؛
70 درجه سانتیگراد - 0.662 W/(m deg)؛
80 درجه سانتیگراد - 0.669 W/(m deg)؛
90 درجه سانتیگراد - 0.675 W/(m deg)؛

100 درجه سانتیگراد - 0.0245 W/(m deg)؛
110 درجه سانتیگراد - 0.0252 W/(m deg)؛
120 درجه سانتیگراد - 0.026 W/(m deg)؛
130 درجه سانتیگراد - 0.0269 W/(m deg)؛
140 درجه سانتیگراد - 0.0277 W/(m deg)؛
150 درجه سانتیگراد - 0.0286 W/(m deg)؛
160 درجه سانتیگراد - 0.0295 W/(m deg)؛
170 درجه سانتیگراد - 0.0304 W/(m deg)؛
180 درجه سانتیگراد - 0.0313 W/(m deg).

با این حال، رسانایی گرمایی، مانند همه موارد دیگر، یک ویژگی بسیار مهم آب برای همه ما است. به عنوان مثال، ما اغلب، بدون اینکه بدانیم، از آن در زندگی روزمره استفاده می کنیم - از آب برای خنک کردن سریع اجسام گرم شده و از یک پد گرم کننده برای جمع آوری گرما و ذخیره آن استفاده می کنیم.

ضریب هدایت حرارتی یک پارامتر فیزیکی یک ماده است و به طور کلی به دما، فشار و نوع ماده بستگی دارد. در بیشتر موارد، ضریب هدایت حرارتی برای مواد مختلف به صورت تجربی با استفاده از روش‌های مختلف تعیین می‌شود. اکثر آنها بر اساس اندازه گیری جریان گرما و گرادیان دما در ماده مورد مطالعه است. ضریب هدایت حرارتی λ، W/(m×K)، از این رابطه تعیین می‌شود: از این رابطه نتیجه می‌شود که ضریب هدایت حرارتی از نظر عددی برابر با مقدار گرمایی است که در واحد زمان از یک واحد سطح همدما عبور می‌کند. گرادیان دما برابر با واحد مقادیر تقریبی ضریب هدایت حرارتی مواد مختلف در شکل نشان داده شده است. 1.4 از آنجایی که اجسام می توانند دماهای متفاوتی داشته باشند و در صورت تبادل گرما، دما در خود بدن به طور نابرابر توزیع می شود، یعنی. اول از همه، دانستن وابستگی ضریب هدایت حرارتی به دما مهم است. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که برای بسیاری از مواد، با دقت کافی برای تمرین، وابستگی ضریب هدایت حرارتی به دما را می‌توان خطی فرض کرد: جایی که λ 0 مقدار ضریب هدایت حرارتی در دمای t 0 است. b ثابتی است که به صورت تجربی تعیین می شود.

ضریب هدایت حرارتی گازها.بر اساس تئوری جنبشی، انتقال حرارت توسط هدایت حرارتی در گازها در فشارها و دماهای معمولی با انتقال انرژی جنبشی حرکت مولکولی در نتیجه حرکت آشفته و برخورد مولکول‌های گاز منفرد تعیین می‌شود. در این مورد، ضریب هدایت حرارتی با رابطه تعیین می شود: که در آن میانگین سرعت حرکت مولکول های گاز، میانگین مسیر آزاد مولکول های گاز در حجم ثابت است. با افزایش فشار، چگالی به همان اندازه افزایش می یابد، طول مسیر کاهش می یابد و محصول ثابت می ماند. بنابراین ضریب هدایت حرارتی با تغییرات فشار تغییر محسوسی نمی کند. استثنا فشارهای بسیار کم (کمتر از 2.66×103 Pa) و فشارهای بسیار زیاد (2×109 Pa) است. سرعت متوسط حرکت مولکول های گاز به دما بستگی دارد: جایی که R μ ثابت گاز جهانی برابر با 8314.2 J/(kmol×K) است. μ جرم مولکولی گاز است. T - دما، K. ظرفیت گرمایی گازها با افزایش دما افزایش می یابد. این واقعیت را توضیح می دهد که ضریب هدایت حرارتی برای گازها با افزایش دما افزایش می یابد. ضریب هدایت حرارتی λ گازها از 0.006 تا 0.6 W/(m×K) متغیر است. در شکل 1.5 نتایج اندازه گیری ضریب هدایت حرارتی گازهای مختلف انجام شده توسط N. B. Vargaftik را ارائه می دهد. در بین گازها، هلیوم و هیدروژن به دلیل ضریب هدایت حرارتی خود به شدت برجسته هستند. ضریب هدایت حرارتی آنها 5-10 برابر بیشتر از گازهای دیگر است. این به وضوح در شکل قابل مشاهده است. 1.6. مولکول های هلیوم و هیدروژن جرم کمی دارند و بنابراین سرعت حرکت متوسط بالایی دارند که ضریب هدایت حرارتی بالای آنها را توضیح می دهد. ضرایب هدایت حرارتی بخار آب و سایر گازهای واقعی که به طور قابل توجهی با گازهای ایده آل متفاوت است نیز به شدت به فشار بستگی دارد. برای مخلوط های گازی، ضریب هدایت حرارتی را نمی توان با توجه به قانون افزایشی تعیین کرد.

شکل 1.5 ضرایب هدایت حرارتی گازها.

1-بخار آب؛ 2-دی اکسید کربن؛ 3-هوا; 4-آرگون؛ 5-اکسیژن; 6- نیتروژن

برنج. 1.6 ضرایب هدایت حرارتی هلیوم و هیدروژن.

ضریب هدایت حرارتی مایعات.مکانیسم انتشار گرما در مایعات قطره ای را می توان به عنوان انتقال انرژی از طریق نوسانات الاستیک ناسازگار نشان داد. این ایده نظری مکانیسم انتقال حرارت در مایعات، که توسط A. S. Predvoditelev ارائه شد، توسط N. B. Vargaftik برای توصیف داده های تجربی در مورد هدایت حرارتی مایعات مختلف استفاده شد. برای اکثر مایعات این نظریه به خوبی تایید شده است. بر اساس این نظریه، فرمولی برای ضریب هدایت حرارتی به شکل زیر به دست آمد: جایی که ظرفیت حرارتی مایع در فشار ثابت، چگالی مایع است. μ - وزن مولکولی. ضریب A، متناسب با سرعت انتشار امواج الاستیک در مایع، به ماهیت مایع بستگی ندارد، بلکه به دما بستگی دارد، در حالی که Ac p ≈const. از آنجایی که چگالی ρ یک مایع با افزایش دما کاهش می یابد، از رابطه (1.21) نتیجه می گیرد که برای مایعات با وزن مولکولی ثابت (مایعات غیر مرتبط و ضعیف) ضریب هدایت حرارتی باید با افزایش دما کاهش یابد. برای مایعات بسیار مرتبط (آب، الکل ها و غیره)، با در نظر گرفتن تغییر وزن مولکولی، یک ضریب ارتباط باید در فرمول (1.21) وارد شود. ضریب ارتباط نیز به دما بستگی دارد و بنابراین در دماهای مختلف می تواند بر ضریب هدایت حرارتی متفاوت تأثیر بگذارد. آزمایش ها تأیید می کنند که برای اکثر مایعات ضریب هدایت حرارتی λ با افزایش دما کاهش می یابد، به استثنای آب و گلیسیرین (شکل 1.7). ضریب هدایت حرارتی مایعات قطره ای تقریباً در محدوده 0.07 تا 0.7 W/(m×K) قرار دارد. با افزایش فشار، ضرایب هدایت حرارتی مایعات افزایش می یابد.

برنج. 1.7 ضرایب هدایت حرارتی مایعات مختلف.

1-روغن وازلین؛ 2- بنزن؛ 3-استون؛ 4-روغن کرچک؛ 5-اتیل الکل؛ 6- متیل الکل؛ 7-گلیسرول؛ 8-آب.

ضریب هدایت حرارتی جامدات.در فلزات، فرستنده اصلی گرما، الکترون های آزاد است که می توان آنها را به گازهای تک اتمی ایده آل تشبیه کرد. انتقال حرارت از طریق حرکات ارتعاشی اتم ها یا به صورت امواج صوتی الاستیک مستثنی نیست، اما سهم آن در مقایسه با انتقال انرژی توسط گاز الکترونی ناچیز است. به دلیل حرکت الکترون های آزاد، دما در تمام نقاط فلز گرمایش یا خنک کننده یکسان می شود. الکترون های آزاد هم از مناطقی که گرمای بیشتری دارند به مناطقی که گرمای کمتری دارند و هم در جهت مخالف حرکت می کنند. در حالت اول به اتم ها انرژی می دهند و در حالت دوم آن را می گیرند. از آنجایی که در فلزات حامل انرژی گرمایی الکترون ها هستند، ضرایب هدایت حرارتی و الکتریکی با یکدیگر متناسب هستند. با افزایش دما، به دلیل افزایش ناهمگنی های حرارتی، پراکندگی الکترون افزایش می یابد. این امر مستلزم کاهش ضرایب هدایت حرارتی و الکتریکی فلزات خالص است (شکل 1.8). در حضور انواع ناخالصی ها، ضریب هدایت حرارتی فلزات به شدت کاهش می یابد. مورد دوم را می توان با افزایش ناهمگنی های ساختاری توضیح داد که منجر به پراکندگی الکترون می شود. بنابراین، برای مثال، برای مس خالص λ= 396 W/(m×K)، برای همان مس با آثار آرسنیک λ=142 W/(m×K). برخلاف فلزات خالص، ضرایب هدایت حرارتی آلیاژها با افزایش دما افزایش می یابد (شکل 1.9). در دی الکتریک، ضریب هدایت حرارتی معمولاً با افزایش دما افزایش می یابد (شکل 1.10). به عنوان یک قاعده، برای مواد با چگالی بالاتر، ضریب هدایت حرارتی مقدار بالاتری دارد. این بستگی به ساختار مواد، تخلخل و رطوبت آن دارد.

برنج. 1.8 وابستگی ضریب هدایت حرارتی به دما برای برخی از فلزات خالص.

بسیاری از مصالح ساختمانی و عایق حرارتی دارای ساختار متخلخل (آجر، بتن، آزبست، سرباره و غیره) هستند و اعمال قانون فوریه در چنین اجسامی تا حدی مشروط است. وجود منافذ در مواد اجازه نمی دهد که چنین اجسامی به عنوان یک محیط پیوسته در نظر گرفته شوند. ضریب هدایت حرارتی یک ماده متخلخل نیز مشروط است. این کمیت به معنای ضریب هدایت حرارتی یک جسم همگن خاص است که از طریق آن، با همان شکل، اندازه و دما در مرزها، همان مقدار گرما از یک جسم متخلخل معین عبور می کند. ضریب هدایت حرارتی اجسام پودری و متخلخل به شدت به چگالی آنها بستگی دارد. برای مثال، با افزایش چگالی ρ از 400 به 800 کیلوگرم بر متر مکعب، ضریب هدایت حرارتی آزبست از 0.105 به 0.248 W/(m×K) افزایش می‌یابد. این اثر چگالی ρ بر ضریب هدایت حرارتی با این واقعیت توضیح داده می شود که هدایت حرارتی هوای پرکننده منافذ به طور قابل توجهی کمتر از اجزای جامد ماده متخلخل است. ضریب هدایت حرارتی موثر مواد متخلخل نیز به شدت به رطوبت بستگی دارد. برای یک ماده مرطوب، ضریب هدایت حرارتی به طور قابل توجهی بیشتر از مواد خشک و آب به طور جداگانه است. به عنوان مثال، برای آجر خشک λ = 0.35، برای آب λ = 0.60، و برای آجر مرطوب λ≈1.0 W/(m×K). این اثر را می توان با انتقال حرارت همرفتی ناشی از حرکت مویرگی آب در داخل ماده متخلخل و تا حدی با این واقعیت توضیح داد که رطوبت جذب شده دارای ویژگی های متفاوتی در مقایسه با آب آزاد است. افزایش ضریب هدایت حرارتی مواد دانه ای با تغییر دما را می توان با این واقعیت توضیح داد که با افزایش دما، رسانایی حرارتی محیطی که فضاهای بین دانه ها را پر می کند افزایش می یابد و انتقال حرارت با تابش جرم دانه ای افزایش می یابد. نیز افزایش می یابد. ضرایب هدایت حرارتی مصالح ساختمانی و عایق حرارتی دارای مقادیری از حدود 0.023 تا 2.9 Wt/(m×K) است. موادی با ضریب هدایت حرارتی پایین [کمتر از 0.25 W/(m×K)] که معمولاً برای عایق کاری حرارتی استفاده می شوند، عایق حرارتی نامیده می شوند.

چه کسی فرمول آب را از دوران مدرسه می داند؟ البته همین. این احتمال وجود دارد که از کل دوره شیمی، بسیاری از کسانی که آن را به صورت تخصصی مطالعه نمی کنند، فقط از معنی فرمول H 2 O برخوردارند، اما اکنون ما سعی خواهیم کرد تا آنجا که ممکن است جزئیات و عمق را درک کنیم خواص اصلی آن چیست و چرا زندگی بدون آن در سیاره زمین غیرممکن است.

آب به عنوان یک ماده

همانطور که می دانیم مولکول آب از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است. فرمول آن به صورت زیر نوشته شده است: H 2 O. این ماده می تواند سه حالت داشته باشد: جامد - به شکل یخ، گاز - به صورت بخار و مایع - به عنوان یک ماده بدون رنگ، طعم و بو. به هر حال، این تنها ماده روی این سیاره است که می تواند در هر سه حالت به طور همزمان در شرایط طبیعی وجود داشته باشد. به عنوان مثال: در قطب های زمین یخ، در اقیانوس ها آب، و تبخیر در زیر پرتوهای خورشید بخار است. از این نظر آب غیرعادی است.

آب همچنین فراوان ترین ماده در سیاره ما است. تقریباً هفتاد درصد سطح سیاره زمین را می پوشاند - اینها اقیانوس ها، رودخانه های متعدد با دریاچه ها و یخچال های طبیعی هستند. بیشتر آب روی کره زمین شور است. برای نوشیدن و کشاورزی نامناسب است. آب شیرین تنها دو و نیم درصد از کل آب روی کره زمین را تشکیل می دهد.

آب یک حلال بسیار قوی و با کیفیت است. به لطف این، واکنش های شیمیایی در آب با سرعت فوق العاده ای رخ می دهد. همین خاصیت بر متابولیسم بدن انسان تأثیر می گذارد. این یک واقعیت شناخته شده است که بدن بزرگسالان هفتاد درصد آب است. در یک کودک این درصد حتی بیشتر است. در سنین بالا این رقم از هفتاد به شصت درصد کاهش می یابد. به هر حال، این ویژگی آب به وضوح نشان می دهد که اساس زندگی انسان است. هر چه آب در بدن بیشتر باشد، سالم تر، فعال تر و جوان تر است. به همین دلیل است که دانشمندان و پزشکان از همه کشورها به طور خستگی ناپذیر اصرار دارند که شما نیاز به نوشیدن زیاد دارید. این آب به شکل خالص است و جایگزین آن به شکل چای، قهوه یا نوشیدنی های دیگر نیست.

آب آب و هوای کره زمین را شکل می دهد و این اغراق نیست. جریان های گرم اقیانوسی کل قاره ها را گرم می کنند. این به این دلیل اتفاق می افتد که آب مقدار زیادی گرمای خورشیدی را جذب می کند و زمانی که شروع به خنک شدن می کند آن را آزاد می کند. به این ترتیب دمای سیاره را تنظیم می کند. بسیاری از دانشمندان می گویند اگر وجود این همه آب در سیاره سبز وجود نداشت، زمین مدت ها قبل سرد شده و به سنگ تبدیل می شد.

خواص آب

آب خواص بسیار جالب زیادی دارد.

برای مثال آب متحرک ترین ماده بعد از هوا است. از دوره مدرسه، بسیاری احتمالاً مفهومی مانند چرخه آب در طبیعت را به خاطر دارند. به عنوان مثال: یک نهر تحت تأثیر نور مستقیم خورشید تبخیر می شود و به بخار آب تبدیل می شود. علاوه بر این، این بخار توسط باد به جایی منتقل می شود، در ابرها جمع می شود یا حتی در کوه ها به شکل برف، تگرگ یا باران می افتد. علاوه بر این، جریان دوباره از کوه ها پایین می آید و تا حدی تبخیر می شود. و بنابراین - در یک دایره - چرخه میلیون ها بار تکرار می شود.

آب همچنین ظرفیت گرمایی بسیار بالایی دارد. به همین دلیل است که توده‌های آب، به‌ویژه اقیانوس‌ها، در طی انتقال از فصل گرم یا زمان روز به فصل سرد، به آرامی خنک می‌شوند. برعکس، با افزایش دمای هوا، آب به آرامی گرم می شود. به همین دلیل، همانطور که در بالا ذکر شد، آب دمای هوا را در سراسر سیاره ما تثبیت می کند.

بعد از جیوه، آب بیشترین کشش سطحی را دارد. نمی توان متوجه نشد که قطره ای که به طور تصادفی روی یک سطح صاف ریخته می شود، گاهی اوقات به یک لکه چشمگیر تبدیل می شود. این نشان دهنده ویسکوزیته آب است. زمانی که درجه حرارت به چهار درجه کاهش می یابد خاصیت دیگری ظاهر می شود. وقتی آب تا این حد خنک شد، سبک تر می شود. بنابراین، یخ همیشه روی سطح آب شناور می شود و به صورت پوسته سخت می شود و رودخانه ها و دریاچه ها را می پوشاند. به همین دلیل، ماهی ها در مخازنی که در زمستان یخ می زنند، یخ نمی زنند.

آب به عنوان رسانای الکتریسیته

ابتدا باید در مورد رسانایی الکتریکی (از جمله آب) یاد بگیرید. رسانایی الکتریکی توانایی یک ماده برای هدایت جریان الکتریکی از طریق خود است. بر این اساس، هدایت الکتریکی آب، توانایی آب برای هدایت جریان است. این توانایی مستقیماً به میزان نمک و سایر ناخالصی های مایع بستگی دارد. به عنوان مثال، رسانایی الکتریکی آب مقطر تقریباً به حداقل می رسد زیرا چنین آبی از مواد افزودنی مختلفی که برای هدایت الکتریکی خوب ضروری هستند، تصفیه می شود. یک رسانای عالی جریان آب دریا است که غلظت نمک در آن بسیار زیاد است. هدایت الکتریکی به دمای آب نیز بستگی دارد. هر چه دما بیشتر باشد، هدایت الکتریکی آب بیشتر است. این الگو از طریق آزمایش های متعدد فیزیکدانان آشکار شد.

اندازه گیری هدایت آب

چنین اصطلاحی وجود دارد - هدایت سنجی. این نام یکی از روش های آنالیز الکتروشیمیایی بر اساس هدایت الکتریکی محلول ها است. از این روش برای تعیین غلظت نمک ها یا اسیدها در محلول ها و همچنین برای کنترل ترکیب برخی از محلول های صنعتی استفاده می شود. آب خاصیت آمفوتریک دارد. به این معنا که بسته به شرایط، می‌تواند خواص اسیدی و بازی را از خود نشان دهد - هم به عنوان اسید و هم به عنوان باز عمل می‌کند.

دستگاه مورد استفاده برای این تجزیه و تحلیل نام بسیار مشابهی دارد - رسانایی سنج. با استفاده از رسانایی سنج، هدایت الکتریکی الکترولیت ها در محلول مورد تجزیه و تحلیل اندازه گیری می شود. شاید ارزش توضیح یک اصطلاح دیگر - الکترولیت را داشته باشد. این ماده ای است که هنگام حل شدن یا ذوب شدن به یون ها تجزیه می شود و به همین دلیل جریان الکتریکی متعاقباً هدایت می شود. یون یک ذره باردار الکتریکی است. در واقع، رسانایی سنج، با در نظر گرفتن واحدهای خاصی از هدایت الکتریکی آب، هدایت الکتریکی خاص آن را تعیین می کند. یعنی هدایت الکتریکی حجم خاصی از آب را که به عنوان واحد اولیه گرفته می شود را تعیین می کند.

حتی قبل از آغاز دهه هفتاد قرن گذشته، واحد اندازه گیری "mo" برای نشان دادن رسانایی الکتریسیته استفاده می شد که مشتق از کمیت دیگر - اهم است که واحد اصلی مقاومت است. رسانایی الکتریکی کمیتی است که نسبت معکوس با مقاومت دارد. اکنون در زیمنس اندازه گیری می شود. این کمیت به افتخار فیزیکدان آلمانی - ورنر فون زیمنس - نام خود را گرفت.

زیمنس

زیمنس (می‌توان آن را Cm یا S تعیین کرد) متقابل اهم است که یک واحد اندازه‌گیری هدایت الکتریکی است. یک سانتی متر برابر است با هر رسانایی که مقاومت آن 1 اهم است. زیمنس از طریق فرمول بیان می شود:

1 سانتی متر = 1: اهم = A: B = کیلوگرم −1 m −2 s³A²، که در آن
A - آمپر،
V - ولت.

هدایت حرارتی آب

حالا بیایید در مورد توانایی یک ماده برای انتقال انرژی حرارتی صحبت کنیم. ماهیت این پدیده این است که انرژی جنبشی اتم ها و مولکول ها که دمای جسم یا ماده معینی را تعیین می کنند، در طول برهم کنش آنها به جسم یا ماده دیگری منتقل می شود. به عبارت دیگر هدایت حرارتی تبادل حرارتی بین اجسام، مواد و همچنین بین جسم و ماده است.

رسانایی حرارتی آب نیز بسیار بالاست. مردم هر روز بدون توجه به این خاصیت آب استفاده می کنند. مثلا ریختن آب سرد در ظرف و خنک کردن نوشیدنی یا غذا در آن. آب سرد گرما را از بطری یا ظرف می گیرد و در ازای آن، واکنش معکوس نیز ممکن است.

اکنون همین پدیده را می توان به راحتی در مقیاس سیاره ای تصور کرد. اقیانوس در طول تابستان گرم می شود و سپس با شروع هوای سرد، آرام آرام خنک می شود و گرمای خود را به هوا می دهد و در نتیجه قاره ها را گرم می کند. پس از خنک شدن در طول زمستان، اقیانوس در مقایسه با خشکی بسیار آهسته شروع به گرم شدن می کند و خنکی خود را به قاره هایی می دهد که در آفتاب تابستان خشک می شوند.

چگالی آب

در بالا توضیح داده شد که ماهی ها در زمستان در حوضچه زندگی می کنند، زیرا آب در کل سطح آنها به پوسته تبدیل می شود. می دانیم که آب در دمای صفر درجه شروع به تبدیل شدن به یخ می کند. به دلیل اینکه چگالی آب بیشتر از چگالی آن است، روی سطح شناور شده و یخ می زند.

خواص آب

همچنین در شرایط مختلف آب می تواند هم عامل اکسید کننده و هم عامل کاهنده باشد. یعنی آب با رها کردن الکترون هایش بار مثبت پیدا می کند و اکسید می شود. یا الکترون می گیرد و بار منفی پیدا می کند، یعنی بازیابی می شود. در حالت اول آب اکسید می شود و مرده نامیده می شود. خواص ضد باکتریایی بسیار قوی دارد، اما نیازی به نوشیدن آن نیست. در حالت دوم، آب زنده است. نیرو می بخشد، بدن را برای بازیابی تحریک می کند و انرژی را به سلول ها می رساند. تفاوت بین این دو ویژگی آب در اصطلاح «پتانسیل اکسیداسیون-کاهش» بیان می شود.

آب با چه چیزی می تواند واکنش نشان دهد؟

آب تقریباً با تمام مواد موجود در زمین قادر به واکنش است. تنها چیزی که وجود دارد این است که برای این واکنش ها باید دما و میکروکلیمای مناسب را فراهم کرد.

به عنوان مثال، در دمای اتاق، آب با فلزاتی مانند سدیم، پتاسیم، باریم به خوبی واکنش می دهد - آنها فعال نامیده می شوند. با هالوژن - این فلوئور، کلر است. هنگامی که آب گرم می شود، به خوبی با آهن، منیزیم، زغال سنگ و متان واکنش نشان می دهد.

آب با کمک کاتالیزورهای مختلف با آمیدها و استرهای کربوکسیلیک اسیدها واکنش می دهد. کاتالیزور ماده ای است که به نظر می رسد اجزاء را به سمت یک واکنش متقابل سوق می دهد و آن را تسریع می کند.

آیا در جای دیگری غیر از زمین آب وجود دارد؟

تاکنون هیچ آبی در هیچ سیاره ای در منظومه شمسی به جز زمین کشف نشده است. بله، آنها حضور آن را در ماهواره‌های سیارات غول‌پیکری مانند مشتری، زحل، نپتون و اورانوس پیشنهاد می‌کنند، اما تاکنون دانشمندان داده‌های دقیقی ندارند. فرضیه دیگری در مورد آب زیرزمینی در سیاره مریخ و در ماهواره زمین، ماه، وجود دارد که هنوز به طور کامل تأیید نشده است. در مورد مریخ، به طور کلی چندین نظریه مطرح شده است که زمانی اقیانوسی در این سیاره وجود داشته و مدل احتمالی آن حتی توسط دانشمندان طراحی شده است.

در خارج از منظومه شمسی، سیارات بزرگ و کوچک زیادی وجود دارد که به گفته دانشمندان، ممکن است آب در آنها وجود داشته باشد. اما تاکنون کوچکترین فرصتی برای اطمینان از این موضوع وجود ندارد.

نحوه استفاده از هدایت حرارتی و الکتریکی آب برای اهداف عملی

با توجه به اینکه آب دارای ظرفیت حرارتی بالایی است، در شبکه های گرمایشی به عنوان خنک کننده استفاده می شود. انتقال حرارت از تولید کننده به مصرف کننده را تضمین می کند. بسیاری از نیروگاه های هسته ای نیز از آب به عنوان خنک کننده عالی استفاده می کنند.

در پزشکی از یخ برای خنک کردن و از بخار برای ضدعفونی استفاده می شود. یخ همچنین در سیستم پذیرایی عمومی استفاده می شود.

در بسیاری از راکتورهای هسته ای، از آب به عنوان تعدیل کننده برای اطمینان از وقوع موفقیت آمیز یک واکنش زنجیره ای هسته ای استفاده می شود.

آب تحت فشار برای شکافتن، شکستن و حتی بریدن سنگ ها استفاده می شود. این به طور فعال در ساخت تونل ها، محوطه های زیرزمینی، انبارها و متروها استفاده می شود.

نتیجه

از این مقاله برمی‌آید که آب، از نظر خواص و عملکرد، بی‌بدیل‌ترین و شگفت‌انگیزترین ماده روی زمین است. آیا زندگی یک انسان یا هر موجود زنده دیگری بر روی زمین به آب بستگی دارد؟ کاملا بله. آیا این ماده به فعالیت علمی انسان کمک می کند؟ آره. آیا آب دارای رسانایی الکتریکی، هدایت حرارتی و سایر خواص مفید است؟ پاسخ نیز "بله" است. نکته دیگر این است که آب و به خصوص آب پاک روی زمین کمتر و کمتر می شود. و وظیفه ما حفظ و محافظت از آن (و بنابراین همه ما) از انقراض است.

تئوری‌های پدیده‌های حمل و نقل بر اساس روش آماری گیبس، وظیفه به دست آوردن معادلات جنبشی را برای خود تعیین می‌کنند که از آن‌ها می‌توان شکل خاصی از توابع توزیع غیرتعادلی را پیدا کرد. فرض بر این است که تابع توزیع غیرتعادلی سیستم شکل شبه تعادلی دارد و دما، چگالی تعداد ذرات و سرعت متوسط آنها به

مختصات فضا-زمان همبستگی برخوردهای متوالی با در نظر گرفتن نه تنها برخوردهای سخت (ناشی از دفع)، بلکه به اصطلاح برخوردهای نرم (ناشی از جاذبه) حاصل می شود که در نتیجه ذرات در امتداد مسیرهای منحنی حرکت می کنند.

شناخته شده ترین روش کرک وود است که در آن ضربات نرم ضریب اصطکاک را تعیین می کند. به گفته انیشتین - اسمولوچوفسکی، ضریب اصطکاک

که در آن ثابت بولتزمن، T دمای مطلق و ضریب خود انتشار است.

همبستگی برهمکنش ذرات اطراف با یک ذره معین با توجه به کرک‌وود در یک زمان مشخص انجام می‌شود، پس از آن نیروهای وارد بر ذره از ذرات دیگر غیرهمبسته در نظر گرفته می‌شوند کمتر از زمان استراحت مشخصه ویژگی های ماکروسکوپی ماده باشد.

برای ضریب هدایت حرارتی، کرکوود عبارت زیر را به دست می آورد

که در آن تعداد ذرات در واحد حجم، تابع توزیع تعادل شعاعی ذرات، و پتانسیل نیروهای جفت است.

علاوه بر این، برای محاسبه No با استفاده از این فرمول، لازم است نه تنها مشتقات آن را با دقت زیادی دانست، بلکه (که به خودی خود یک مسئله عملاً حل نشدنی در حال حاضر است) اخیراً نشان داده شده است که ضرایب جنبشی را نمی توان مستقیماً بسط داد. همانطور که کرکوود می گوید به یک سری در درجه چگالی تبدیل می شود، اما لازم است از تجزیه پیچیده تری استفاده شود. این به دلیل نیاز به در نظر گرفتن برخوردهای مکرر ذرات مرتبط است

نتیجه برخوردهای قبلی با ذرات دیگر. در ارتباط با این دشواری ها، توسل به روش های تحقیق مدلی ضروری است.

در میان کارهای مدل‌سازی، مواردی که بر اساس ایده‌هایی در مورد ماهیت حرکت حرارتی در مایعات، که در آن‌ها انتقال حرارت از طریق نوسانات بیش‌آکوستیک محیط (فونون‌ها) تعیین می‌شود، مورد توجه است. این رویکرد ماهیت جمعی حرکت مولکول ها در یک مایع را در نظر می گیرد. در این حالت هدایت حرارتی K به عنوان مثال به صورت زیر تعیین می شود (فرمول ساکیادیس و کوتس)

سرعت فراصوت کجاست ظرفیت گرمایی در فشار ثابت، فاصله متوسط بین مولکول ها، چگالی.

علاوه بر رویکرد مدل، روابط نیمه تجربی نیز برای هدایت حرارتی وجود دارد (فیلیپوف،

هدایت حرارتی تقریباً 5 برابر کمتر از هدایت حرارتی است (جدول 43). تتراکلرید کربن یک مایع معمولی است که مانند سایر مایعات، سرعت صوت با افزایش دما کاهش می یابد، هدایت حرارتی کاهش می یابد و ظرفیت گرمایی افزایش می یابد. برای آب در دمای پایین برعکس است. ماهیت تغییر در همه این خواص در آب شبیه به ماهیت تغییر آنها برای مواد معمولی در حالت گاز است. در واقع رسانایی حرارتی گاز با افزایش دما افزایش می یابد

میانگین سرعت مولکولی، ظرفیت گرمایی و میانگین مسیر آزاد).

به عنوان مثال، در زیر وابستگی رسانایی گرمایی هوا در فشار اتمسفر برای تعدادی دما آورده شده است.

تغییر در هدایت حرارتی در طول ذوب یخ I و تغییر بیشتر در T با افزایش دمای آب مایع در شکل نشان داده شده است. 57، که از آن می توان مشاهده کرد که هدایت حرارتی هنگام ذوب یخ I تقریباً کاهش می یابد

جدول 43 (به اسکن مراجعه کنید) وابستگی دمایی رسانایی حرارتی آب و تتراکلرید کربن

4 دفعه. مطالعه تغییرات رسانایی حرارتی آب فوق سرد تا 40- درجه سانتیگراد نشان می دهد که آب فوق خنک در دمای 0 درجه سانتیگراد هیچ ویژگی ندارد (جدول 43). برای نشان دادن رفتار دمایی عادی هدایت حرارتی، وابستگی هدایت حرارتی به دما ارائه شده است. هدایت حرارتی با افزایش دما به طور یکنواخت کاهش می یابد.

همه مایعات معمولی با افزایش فشار، علامت تغییر هدایت حرارتی را با دما تغییر می دهند. برای دسته بزرگی از مایعات، این تغییر در فشار رخ می دهد. هدایت حرارتی آب ماهیت وابستگی به دما را تحت فشار تغییر نمی دهد. مقدار نسبی افزایش هدایت حرارتی آب در فشار 50-٪ است در حالی که برای

برای سایر مایعات عادی این افزایش در همان فشار است (شکل 58).

وابستگی K به فشار آب در شکل نشان داده شده است. 58. چنین افزایش نسبی کوچکی در هدایت حرارتی آب با افزایش فشار، با تراکم پذیری کم آب در مقایسه با سایر مایعات همراه است که با ماهیت نیروهای برهمکنش بین مولکولی تعیین می شود.