اکثریت قریب به اتفاق مواد در هنگام گرم شدن منبسط می شوند. توضیح آن از موضع نظریه مکانیکی گرما بسیار آسان است. بر اساس آن، هنگامی که گرم می شود، اتم ها و مولکول های یک ماده با سرعت بیشتری شروع به حرکت می کنند. در جامدات، ارتعاشات اتمی به دامنه های بیشتری می رسد و به فضای آزاد بیشتری نیاز دارد. در نتیجه بدن منبسط می شود.
همین فرآیند در مورد مایعات و گازها نیز اتفاق می افتد. یعنی به دلیل افزایش دما، سرعت حرکت حرارتی مولکول های آزاد افزایش می یابد و بدن منبسط می شود. بر این اساس هنگام خنک شدن، بدن منقبض می شود. این تقریباً برای همه مواد معمول است. به جز آب
هنگامی که در محدوده 0 تا 4 درجه سانتیگراد خنک شود، آب منبسط می شود. و با گرم شدن منقبض می شود. هنگامی که دمای آب به 4 درجه سانتی گراد می رسد، در این لحظه آب دارای حداکثر چگالی است که برابر با 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است. اگر دما کمتر یا بالاتر از این علامت باشد، چگالی همیشه کمی کمتر است.
به لطف این خاصیت، هنگامی که دمای هوا در پاییز و زمستان کاهش می یابد، فرآیند جالبی در مخازن عمیق رخ می دهد. هنگامی که آب سرد می شود، به سمت پایین فرو می رود، اما فقط تا زمانی که دمای آن به +4 درجه سانتیگراد برسد. به همین دلیل است که در حجم‌های بزرگ آب، آب سردتر به سطح نزدیک‌تر است و آب گرم‌تر به پایین فرو می‌رود. بنابراین هنگامی که سطح آب در زمستان یخ می زند، لایه های عمیق تر به حفظ دمای 4 درجه سانتی گراد ادامه می دهند. به لطف این لحظه، ماهی ها می توانند با خیال راحت در اعماق مخازن پوشیده از یخ زمستان کنند.
تاثیر گسترش آب بر اقلیم
خواص استثنایی آب هنگام گرم شدن به طور جدی بر آب و هوای زمین تأثیر می گذارد، زیرا حدود 79 درصد از سطح سیاره ما با آب پوشیده شده است. در اثر تابش نور خورشید، لایه‌های بالایی گرم می‌شوند که سپس به پایین‌تر فرو می‌روند و لایه‌های سرد به جای آنها ظاهر می‌شوند. آنها به نوبه خود به تدریج گرم می شوند و به پایین نزدیک می شوند.بنابراین، لایه های آب به طور مداوم تغییر می کنند و در نتیجه حرارت یکنواخت تا زمانی که دمای مربوط به حداکثر چگالی به دست می آید. سپس، با گرم شدن، لایه‌های بالایی چگالی کمتری پیدا می‌کنند و دیگر فرو نمی‌روند، بلکه در بالا باقی می‌مانند و به‌تدریج گرم‌تر می‌شوند. با توجه به این فرآیند، لایه های عظیم آب به راحتی توسط اشعه های خورشید گرم می شوند.
حجم جسم با فاصله بین اتمی یا بین مولکولی یک ماده رابطه مستقیم دارد. بر این اساس، افزایش حجم به دلیل افزایش این فواصل در اثر عوامل مختلف است. یکی از این عوامل گرما است.
شما نیاز خواهید داشت
- کتاب درسی فیزیک، ورق کاغذ، مداد.
دستورالعمل ها
نحوه ساختار موادی که حالت های مختلف تجمع دارند را در کتاب درسی بخوانید. همانطور که مشخص است، یک حالت تجمع یک ماده با دیگری با تفاوت های آشکار خارجی متفاوت است، به عنوان مثال، مانند سختی، سیالیت، جرم یا حجم. اگر به درون هر نوع ماده نگاه کنید، متوجه خواهید شد که تفاوت در فواصل بین اتمی یا بین مولکولی بیان می شود.
لطفاً توجه داشته باشید که جرم حجم معینی از گاز همیشه کمتر از جرم همان حجم است و به نوبه خود همیشه کمتر از جرم یک جامد است. این نشان می دهد که تعداد ذرات ماده که در واحد حجم مناسب هستند برای گازها بسیار کمتر از مایعات و حتی کمتر از جامدات است. در غیر این صورت، می توان گفت که غلظت ذرات مواد جامد بیشتر همیشه بیشتر از مواد جامد کمتر، به ویژه، مایع یا گاز است. این بدان معناست که جامدات دارای بسته بندی متراکم تری از اتم ها در ساختار خود و فاصله کمتری بین ذرات نسبت به مثلاً مایعات یا گازها هستند.
به یاد داشته باشید که وقتی فلزات گرم می شوند چه اتفاقی می افتد. ذوب می شوند و خاصیت سیالیت را به دست می آورند. یعنی فلزات به مایع تبدیل می شوند. اگر آزمایشی انجام دهید، متوجه خواهید شد که وقتی ذوب می شود، حجم ماده فلزی افزایش می یابد. همچنین به یاد داشته باشید که وقتی آب گرم می شود و سپس می جوشد چه اتفاقی می افتد. آب به بخار تبدیل می شود که حالت گازی آب است. مشخص است که حجم بخار بسیار بیشتر از حجم مایع اصلی است. بنابراین، هنگامی که اجسام گرم می شوند، فاصله بین اتمی یا بین مولکولی افزایش می یابد که توسط آزمایشات تایید می شود.
در پاسخ به این سوال که چرا آب هنگام سرد شدن حجمش منبسط می شود، وقتی مواد دیگر وقتی سرد می شوند منقبض می شوند؟ توسط نویسنده ارائه شده است مسیح را بسازبهترین پاسخ این است همانطور که آب سرد می شود، در ابتدا مانند بسیاری از ترکیبات دیگر رفتار می کند: به تدریج متراکم تر می شود و حجم مخصوص خود را کاهش می دهد. اما در دمای 4 درجه سانتیگراد (به طور دقیق تر، در 3.98 درجه سانتیگراد)، یک حالت بحرانی رخ می دهد - بازسازی ساختاری، و با کاهش بیشتر دما، حجم آب دیگر کاهش نمی یابد، بلکه افزایش می یابد. هنگامی که در شرایط عادی زیر صفر درجه سانتیگراد سرد می شود، آب متبلور می شود و یخ را تشکیل می دهد که چگالی آن کمتر است و حجم آن تقریباً 10٪ بیشتر از حجم آب اصلی است.
افزایش حجم با این واقعیت توضیح داده می شود که هر مولکول در ساختار یخ با پیوندهای هیدروژنی به چهار مولکول دیگر متصل است. در نتیجه، در مرحله یخ، یک ساختار روباز با "حفره" بین مولکول های ثابت آب تشکیل می شود که باعث انبساط قابل توجهی از کل توده یخ زده می شود. ساختار کریستالی یخ شبیه ساختار الماس است: هر مولکول H2O توسط چهار مولکول نزدیک به خود احاطه شده است که در تشکیل پیوند هیدروژنی شرکت دارند و در فواصل مساوی از آن، برابر با 2.76 آنگستروم قرار دارند و در راس آن قرار دارند. یک چهار ضلعی منظم در زوایای برابر با 109 درجه 28 اینچ (شکل را ببینید). به دلیل عدد هماهنگی کم، ساختار یخ مشبک است که بر چگالی کم آن تأثیر می گذارد. ساختار باز یخ منجر به این واقعیت می شود که چگالی آن برابر با 916.7 kg/m³ در دمای 0 درجه سانتی گراد، کمتر از چگالی آب (999.8 کیلوگرم بر متر مکعب) در همان دما است.
بنابراین، آب، با تبدیل شدن به یخ، حجم خود را حدود 9٪ افزایش می دهد:
در طی فرآیند ذوب، در دمای 0 درجه سانتیگراد، تقریباً 10-15٪ از آب پیوندهای خود را با ترکیبات از دست می دهد، در نتیجه تحرک برخی مولکول ها افزایش می یابد و آنها در آن حفره هایی فرو می روند که ساختار روباز یخ با آن است. ثروتمند. این موضوع فشردگی یخ در حین ذوب شدن و چگالی بیشتر آب حاصل را توضیح می دهد که حدود 10 درصد افزایش می یابد. می توانیم فرض کنیم که این مقدار به روشی مشخص تعداد مولکول های آب به دام افتاده در حفره ها را مشخص می کند. چگالی آب حاصل در دمای 4 درجه سانتیگراد به حداکثر می رسد و با افزایش بیشتر دما، انبساط طبیعی آب همراه با افزایش حرکت مولکولی از تأثیر بازآرایی ساختاری "آب یخ" فراتر می رود و چگالی آب به تدریج شروع به کاهش می کند.
پاسخ از 22 پاسخ[گورو]
سلام! در اینجا گزیده ای از موضوعات با پاسخ به سؤال شما آورده شده است: چرا آب هنگام سرد شدن حجمش منبسط می شود، وقتی مواد دیگر هنگام سرد شدن منقبض می شوند؟
پاسخ از مکان‌ساز[تازه کار]
آب با سرد شدن منبسط نمی شود. تنها پس از سفت شدن آب و تبدیل شدن به یخ، حجم آن به دلیل افزایش فاصله بین مولکول های آب افزایش می یابد.
پاسخ از مایک تیاروف[گورو]
آب هم قرارداد می بندد... سوال به اشتباه مطرح شده است . آب تا 4- درجه منقبض می شود و سپس منبسط می شود... این انتقال فاز نامیده می شود و در طول چنین انتقالی، مواد رفتاری کاملا غیرقابل تصور دارند... هنگامی که تا 100 درجه گرم می شود، انبساط رخ می دهد، اما دما از آن بالاتر نمی رود، اما انتقال به بخار رخ می دهد - همچنین یک انتقال فاز ... پیوندهای بین مولکول ها خواص مختلفی به دست می آورند - تبلور در آب آغاز می شود ...
ما به خودی خود توسط آب به عنوان بخشی از مواد و اجسام دیگر احاطه شده ایم. می تواند به شکل جامد، مایع یا گاز باشد، اما آب همیشه در اطراف ما است. چرا آسفالت در جاده ها می ترکد، چرا یک شیشه آب در سرما می ترکد، چرا پنجره ها در فصل سرد مه می شوند، چرا یک هواپیما رد سفیدی در آسمان به جا می گذارد - ما به دنبال پاسخ خواهیم بود. و «چرا»های دیگر در این درس. ما یاد خواهیم گرفت که چگونه خواص آب هنگام گرم شدن، سرد شدن و یخ زدن تغییر می کند، غارهای زیرزمینی و شکل های عجیب و غریب در آنها چگونه تشکیل می شوند، دماسنج چگونه کار می کند.
موضوع: طبیعت بی جان
درس: خواص آب مایع
آب در شکل خالص خود طعم، بو و رنگ ندارد، اما تقریباً هرگز چنین نیست، زیرا به طور فعال اکثر مواد را در خود حل می کند و با ذرات آنها ترکیب می شود. آب همچنین می تواند به بدن های مختلف نفوذ کند (دانشمندان آب را حتی در سنگ ها نیز یافته اند).
اگر یک لیوان را با آب لوله کشی پر کنید، تمیز به نظر می رسد. اما در واقع محلولی از بسیاری از مواد است که در میان آنها گازها (اکسیژن، آرگون، نیتروژن، دی اکسید کربن)، ناخالصی های مختلف موجود در هوا، نمک های محلول از خاک، آهن لوله های آب، ذرات ریز گرد و غبار حل نشده وجود دارد. ، و غیره.
اگر قطرات آب لوله کشی را روی شیشه تمیز بریزید و بگذارید تبخیر شود، لکه هایی که به سختی قابل مشاهده هستند باقی می مانند.
آب رودخانه ها و نهرها، اغلب دریاچه ها حاوی ناخالصی های مختلف، به عنوان مثال، نمک های محلول است. اما تعداد کمی از آنها وجود دارد، زیرا این آب شیرین است.
آب بر روی زمین و زیر زمین جریان دارد، نهرها، دریاچه ها، رودخانه ها، دریاها و اقیانوس ها را پر می کند و کاخ های زیرزمینی ایجاد می کند.
آب با عبور از موادی که به راحتی محلول هستند، به اعماق زیر زمین نفوذ می کند، آنها را با خود می برد و از طریق شکاف ها و شکاف های سنگ ها، غارهای زیرزمینی را تشکیل می دهد، از سقف آنها چکه می کند و مجسمه های عجیب و غریب ایجاد می کند. میلیاردها قطره آب طی صدها سال تبخیر می‌شوند و مواد محلول در آب (نمک‌ها، سنگ‌های آهکی) روی طاق‌های غار می‌نشینند و یخ‌های سنگی به نام استالاکتیت را تشکیل می‌دهند.
تشکیلات مشابه در کف غار استالاگمیت نامیده می شود.
و هنگامی که یک استالاکتیت و استالاگمیت با هم رشد می کنند و یک ستون سنگی را تشکیل می دهند، به آن استالاگنات می گویند.
با مشاهده رانش یخ در رودخانه، آب را در حالت جامد (یخ و برف)، مایع (در جریان در زیر) و گاز (ذرات ریز آب که به هوا بالا می‌آیند، که به آنها بخار آب نیز می‌گویند) می‌بینیم.
آب می تواند در هر سه حالت همزمان باشد: همیشه بخار آب در هوا و ابرها وجود دارد که از قطرات آب و کریستال های یخ تشکیل شده است.
بخار آب نامرئی است، اما اگر یک لیوان آب را در یخچال به مدت یک ساعت در یک اتاق گرم بگذارید، فوراً قطرات آب روی دیواره های لیوان ظاهر می شود. در تماس با دیواره های سرد شیشه، بخار آب موجود در هوا به قطرات آب تبدیل شده و روی سطح شیشه می نشیند.
برنج. 11. تراکم بر روی دیواره های یک لیوان سرد ()
به همین دلیل، داخل شیشه پنجره در فصل سرد مه می‌گیرد. هوای سرد نمی تواند به اندازه هوای گرم بخار آب داشته باشد، بنابراین مقداری از آن متراکم می شود - به قطرات آب تبدیل می شود.
دنباله سفید پشت یک هواپیما که در آسمان پرواز می کند نیز نتیجه تراکم آب است.
اگر آینه ای را به لب های خود بیاورید و بازدم کنید، قطرات ریز آب روی سطح آن باقی می ماند، این ثابت می کند که هنگام نفس کشیدن فرد بخار آب را همراه با هوا استنشاق می کند.
هنگامی که آب گرم می شود، "منبسط می شود". این را می توان با یک آزمایش ساده ثابت کرد: یک لوله شیشه ای در یک فلاسک آب فرو رفت و سطح آب در آن اندازه گیری شد. سپس فلاسک را در ظرفی با آب گرم فرو بردند و پس از گرم کردن آب، سطح لوله دوباره اندازه گیری شد که به طور قابل توجهی افزایش یافت، زیرا حجم آب هنگام گرم شدن افزایش می یابد.
برنج. 14. فلاسک با لوله، عدد 1 و یک خط نشان دهنده سطح اولیه آب است
برنج. 15. فلاسک با لوله، عدد 2 و یک خط نشان دهنده سطح آب در هنگام گرم شدن است
همانطور که آب سرد می شود، "فشرده می شود". این را می توان با یک آزمایش مشابه ثابت کرد: در این مورد، یک فلاسک با یک لوله در یک ظرف با یخ پس از خنک شدن پایین آمد، سطح آب در لوله نسبت به علامت اولیه کاهش یافت، زیرا حجم آب کاهش یافت.
برنج. 16. فلاسک با لوله، عدد 3 و یک خط نشان دهنده سطح آب در هنگام سرد شدن است
این اتفاق می‌افتد زیرا ذرات آب، مولکول‌ها، هنگام گرم شدن سریعتر حرکت می‌کنند، با یکدیگر برخورد می‌کنند، از دیواره‌های ظرف دفع می‌شوند، فاصله بین مولکول‌ها افزایش می‌یابد و بنابراین مایع حجم بیشتری را اشغال می‌کند. هنگامی که آب سرد می شود، حرکت ذرات آن کند می شود، فاصله بین مولکول ها کاهش می یابد و مایع به حجم کمتری نیاز دارد.
برنج. 17. مولکول های آب در دمای معمولی
برنج. 18. مولکول های آب هنگام گرم شدن
برنج. 19. مولکول های آب در هنگام سرد شدن
نه تنها آب، بلکه مایعات دیگر (الکل، جیوه، بنزین، نفت سفید) نیز چنین خواصی دارند.
شناخت این خاصیت مایعات منجر به اختراع دماسنج (دماسنج) شد که از الکل یا جیوه استفاده می کند.
وقتی آب یخ می زند، منبسط می شود. این را می توان ثابت کرد اگر ظرفی که تا لبه آن با آب پر شده است، به طور شل با درب پوشانده شود و بعد از مدتی در فریزر قرار گیرد، خواهیم دید که یخ تشکیل شده درب را بلند می کند و از ظرف خارج می شود.
این خاصیت در اجرای لوله های آب در نظر گرفته می شود که باید عایق بندی شوند تا در هنگام یخ زدن، یخ ایجاد شده از آب باعث پارگی لوله ها نشود.
در طبیعت، آب یخ زده می تواند کوه ها را از بین ببرد: اگر آب در پاییز در شکاف های سنگی جمع شود، در زمستان یخ می زند و تحت فشار یخ که حجم بیشتری از آبی که از آن تشکیل شده است، سنگ ها می شکافند و فرو می ریزند.
یخ زدگی آب در شکاف جاده ها منجر به تخریب روسازی آسفالت می شود.
برآمدگی های طولانی شبیه چین های روی تنه درختان زخم های ناشی از پارگی چوب تحت فشار یخ زدن شیره درخت در آن است. بنابراین، در زمستان های سرد می توانید صدای ترقه درختان را در پارک یا جنگل بشنوید.
- Vakhrushev A.A., Danilov D.D. دنیای اطراف ما 3. M.: Ballas.
- دیمیتریوا N.Ya.، Kazakov A.N. دنیای اطراف ما 3. M.: انتشارات Fedorov.
- پلشاکوف A.A. دنیای اطراف ما 3. M.: آموزش.
- جشنواره ایده های آموزشی ().
- علم و آموزش ().
- کلاس عمومی ().
- یک تست کوتاه (4 سوال با سه گزینه پاسخ) با موضوع "آب در اطراف ما" درست کنید.
- یک آزمایش کوچک انجام دهید: یک لیوان آب بسیار سرد را روی یک میز در یک اتاق گرم قرار دهید. توضیح دهید که چه اتفاقی خواهد افتاد، توضیح دهید که چرا.
- *حرکت مولکول های آب را در حالت گرم، معمولی و سرد ترسیم کنید. در صورت لزوم، روی نقاشی خود زیرنویس بنویسید.
در سیستم های گرمایش آب، از آب برای انتقال گرما از مولد آن به مصرف کننده استفاده می شود.
مهمترین خواص آب عبارتند از:
ظرفیت گرمایی؛
تغییر حجم در هنگام گرمایش و سرمایش؛
ویژگی های جوش هنگام تغییر فشار خارجی؛
کاویتاسیون
بیایید این خواص فیزیکی آب را در نظر بگیریم.
گرمای خاص
یکی از ویژگی های مهم هر خنک کننده ظرفیت گرمایی آن است. اگر آن را از طریق اختلاف جرم و دمای مایع خنک کننده بیان کنیم، ظرفیت گرمایی ویژه را بدست می آوریم. با حرف مشخص می شود جو بعد دارد kJ/(kg K)
گرمای خاص- این مقدار حرارتی است که باید به 1 کیلوگرم از یک ماده (مثلاً آب) منتقل شود تا 1 درجه سانتیگراد گرم شود. برعکس، یک ماده با سرد شدن همان مقدار انرژی آزاد می کند. میانگین ظرفیت گرمایی ویژه آب بین 0 تا 100 درجه سانتیگراد عبارت است از:
c = 4.19 kJ/(kg K) یا c = 1.16 Wh/(kg K)
مقدار گرمای جذب شده یا آزاد شده س، بیان شده در جییا kJ، به جرم بستگی دارد متر، بیان شده در کیلوگرمظرفیت گرمایی ویژه جو اختلاف دما، بیان شده در ک.
افزایش و کاهش حجم
تمام مواد طبیعی هنگام گرم شدن منبسط می شوند و در هنگام سرد شدن منقبض می شوند. تنها استثنای این قانون آب است. این ویژگی منحصر به فرد، ناهنجاری آب نامیده می شود. آب بالاترین چگالی خود را در +4 درجه سانتیگراد دارد که در آن 1 dm3 = 1 لیتر دارای جرم 1 کیلوگرم است.
اگر آب نسبت به این نقطه گرم یا سرد شود، حجم آن افزایش می یابد، یعنی چگالی آن کاهش می یابد، یعنی آب سبک تر می شود. این را می توان به وضوح در مثال مخزن با نقطه سرریز مشاهده کرد. مخزن دقیقاً حاوی 1000 سانتی متر مکعب آب با دمای +4 درجه سانتیگراد است. با گرم شدن آب، مقداری از مخزن به درون فنجان اندازه گیری می ریزد. اگر آب را تا دمای 90 درجه سانتیگراد گرم کنید، دقیقاً 35.95 سانتی متر مکعب در ظرف اندازه گیری می ریزد که مربوط به 34.7 گرم است که وقتی زیر +4 درجه سانتیگراد خنک شود آب منبسط می شود.
به لطف این ناهنجاری آب در نزدیکی رودخانه ها و دریاچه ها، این لایه بالایی است که در زمستان یخ می زند. به همین دلیل، یخ روی سطح شناور است و خورشید بهاری می تواند آن را آب کند. اگر یخ سنگین تر از آب بود و به پایین فرو می رفت، این اتفاق نمی افتاد.
مخزن با نقطه سرریز
با این حال، این توانایی برای گسترش می تواند خطرناک باشد. به عنوان مثال، موتور خودروها و پمپ های آب در صورت یخ زدن آب در آنها می توانند ترکیده شوند. برای جلوگیری از این امر، مواد افزودنی به آب اضافه می شود تا از یخ زدن آن جلوگیری شود. گلیکول ها اغلب در سیستم های گرمایشی استفاده می شوند. برای نسبت آب به گلیکول به مشخصات سازنده مراجعه کنید.
ویژگی های جوشاندن آب
اگر آب در ظرف باز گرم شود، در دمای 100 درجه سانتیگراد می جوشد. اگر دمای آب در حال جوش را اندازه بگیرید، تا زمانی که آخرین قطره تبخیر شود، در 100 درجه سانتیگراد باقی می ماند. بنابراین، مصرف حرارت ثابت برای تبخیر کامل آب، یعنی تغییر حالت تجمع آن استفاده می شود.
این انرژی را گرمای نهان (نهان) نیز می نامند. اگر تامین گرما ادامه یابد، دمای بخار حاصل دوباره شروع به افزایش خواهد کرد.
فرآیند توصیف شده در فشار هوا 101.3 کیلو پاسکال در سطح آب داده می شود. در هر فشار هوای دیگر، نقطه جوش آب از 100 درجه سانتیگراد تغییر می کند.
اگر بخواهیم آزمایشی را که در بالا توضیح داده شد در ارتفاع 3000 متری تکرار کنیم - به عنوان مثال، در Zugspitze، بلندترین قله آلمان - متوجه می‌شویم که آب در آنجا در دمای 90 درجه سانتیگراد می‌جوشد. دلیل این رفتار کاهش فشار اتمسفر با ارتفاع است.
هر چه فشار در سطح آب کمتر باشد، نقطه جوش کمتر خواهد بود. برعکس، با افزایش فشار در سطح آب، نقطه جوش بالاتر خواهد بود. از این خاصیت برای مثال در زودپزها استفاده می شود.
نمودار وابستگی نقطه جوش آب به فشار را نشان می دهد. فشار در سیستم های گرمایشی به طور عمدی افزایش می یابد. این امر به جلوگیری از تشکیل حباب های گاز در شرایط بحرانی عملیاتی کمک می کند و همچنین از ورود هوای بیرون به سیستم جلوگیری می کند.
انبساط آب هنگام گرم شدن و محافظت در برابر فشار بیش از حد
سیستم های گرمایش آب در دمای آب تا 90 درجه سانتیگراد کار می کنند. به طور معمول سیستم با آب در دمای 15 درجه سانتیگراد پر می شود که پس از گرم شدن منبسط می شود. نباید اجازه داد این افزایش حجم منجر به فشار بیش از حد و سرریز سیال شود.
هنگامی که گرمایش در تابستان خاموش می شود، حجم آب به مقدار اولیه خود باز می گردد. بنابراین، برای اطمینان از انبساط بدون مانع آب، نصب یک مخزن به اندازه کافی بزرگ ضروری است.
سیستم های گرمایش قدیمی دارای مخازن انبساط باز بودند. آنها همیشه بالای بالاترین بخش خط لوله قرار داشتند. با افزایش دما در سیستم و باعث انبساط آب، سطح مخزن نیز افزایش یافت. با کاهش دما، به همان نسبت کاهش یافت.
سیستم های گرمایش مدرن از مخازن انبساط غشایی (MEVs) استفاده می کنند. هنگامی که فشار در سیستم افزایش می یابد، فشار در خطوط لوله و سایر عناصر سیستم نباید بیش از مقدار حد مجاز افزایش یابد.
بنابراین لازمه هر سیستم گرمایشی وجود شیر اطمینان است.
هنگامی که فشار از حد معمول بالاتر می رود، شیر اطمینان باید باز شود و حجم اضافی آب را که مخزن انبساط نمی تواند در خود جای دهد آزاد کند. با این حال، در یک سیستم با دقت طراحی و نگهداری شده، چنین شرایط بحرانی هرگز نباید رخ دهد.
همه این ملاحظات این واقعیت را در نظر نمی گیرند که پمپ سیرکولاسیون باعث افزایش بیشتر فشار در سیستم می شود. رابطه بین حداکثر دمای آب، پمپ انتخاب شده، اندازه مخزن انبساط و فشار پاسخ شیر اطمینان باید با بیشترین دقت برقرار شود. انتخاب تصادفی عناصر سیستم - حتی بر اساس هزینه آنها - در این مورد غیرقابل قبول است.
مخزن انبساط غشا پر از نیتروژن عرضه می شود. فشار اولیه در مخزن دیافراگم انبساط باید بسته به سیستم گرمایش تنظیم شود. آب منبسط شده از سیستم گرمایشی وارد مخزن شده و محفظه گاز را از طریق دیافراگم فشرده می کند. گازها را می توان فشرده کرد، اما مایعات را نمی توان.
فشار
تعیین فشار
فشار فشار ساکن مایعات و گازها است که در مخازن و خطوط لوله نسبت به فشار اتمسفر (Pa، mbar، bar) اندازه گیری می شود.
فشار استاتیک
فشار استاتیک فشار یک سیال ساکن است.
فشار استاتیک = سطح بالاتر از نقطه اندازه گیری مربوطه + فشار اولیه در مخزن انبساط.
فشار دینامیکی
فشار دینامیکی فشار جریان سیال متحرک است. فشار تخلیه پمپ این فشار در خروجی پمپ گریز از مرکز در حین کار است.
افت فشار
فشار ایجاد شده توسط یک پمپ گریز از مرکز برای غلبه بر مقاومت کلی سیستم. بین ورودی و خروجی یک پمپ گریز از مرکز اندازه گیری می شود.
فشار عملیاتی
فشار موجود در سیستم زمانی که پمپ کار می کند. فشار کاری مجاز حداکثر مقدار فشار کاری مجاز در شرایط عملکرد ایمن پمپ و سیستم.
کاویتاسیون
کاویتاسیون- این تشکیل حباب های گاز در نتیجه ظاهر شدن فشار موضعی زیر فشار تبخیر مایع پمپ شده در ورودی پروانه است. این امر منجر به کاهش عملکرد (فشار) و راندمان می شود و باعث ایجاد صدا و تخریب مواد قطعات داخلی پمپ می شود. انفجارهای میکروسکوپی با فروپاشی حباب‌های هوا در مناطق با فشار بالاتر (مانند خروجی پروانه)، باعث افزایش فشار می‌شوند که می‌تواند به یک سیستم هیدرولیک آسیب برساند یا از بین ببرد. اولین نشانه این امر نویز در پروانه و فرسایش آن است.
پارامتر مهم پمپ گریز از مرکز NPSH (ارتفاع ستون مایع بالای لوله مکش پمپ) است. حداقل فشار ورودی پمپ مورد نیاز یک نوع پمپ معین برای کار بدون حفره، یعنی فشار اضافی مورد نیاز برای جلوگیری از ایجاد حباب را تعیین می کند. مقدار NPSH تحت تأثیر نوع پروانه و سرعت پمپ است. عوامل خارجی موثر بر این پارامتر دمای مایع و فشار اتمسفر است.
پیشگیری از کاویتاسیون
برای جلوگیری از ایجاد حفره، مایع باید با حداقل ارتفاع مکش معینی وارد ورودی پمپ گریز از مرکز شود که بستگی به دما و فشار اتمسفر دارد.
راه های دیگر برای جلوگیری از کاویتاسیون عبارتند از:
افزایش فشار استاتیک
کاهش دمای مایع (کاهش فشار تبخیر PD)
انتخاب پمپ با هد هیدرواستاتیک ثابت پایین تر (حداقل مکش، NPSH)
متخصصان Agrovodcom خوشحال خواهند شد که به شما در تصمیم گیری در مورد انتخاب بهینه پمپ کمک کنند. با ما تماس بگیرید!
|
اسکندر
2013-10-22 09:38:26
[پاسخ] [پاسخ با نقل قول][لغو پاسخ]
|
آیا در حال گسترش است یا منقبض؟ پاسخ این است: با فرا رسیدن فصل زمستان، آب روند انبساط خود را آغاز می کند. چرا این اتفاق می افتد؟ این خاصیت آب را از تمام مایعات و گازهای دیگر متمایز می کند که برعکس وقتی سرد می شوند فشرده می شوند. دلیل این رفتار این مایع غیر معمول چیست؟
فیزیک کلاس سوم: آیا آب هنگام یخ زدن منبسط یا منقبض می شود؟
اکثر مواد و مواد با گرم شدن حجم خود را افزایش می دهند و با سرد شدن از حجم آنها کاسته می شود. گازها این اثر را بیشتر نشان می دهند، اما مایعات و فلزات جامد مختلف خواص یکسانی را از خود نشان می دهند.
یکی از بارزترین نمونه های انبساط و انقباض گاز، هوا در بالون است. وقتی در هوای زیر صفر بادکنکی را بیرون می بریم، اندازه بالون بلافاصله کاهش می یابد. اگر یک توپ را به یک اتاق گرم بیاوریم، بلافاصله افزایش می یابد. اما اگر بادکنک را داخل غسالخانه بیاوریم، می ترکد.
مولکول های آب به فضای بیشتری نیاز دارند
دلیل اینکه این فرآیندهای انبساط و انقباض مواد مختلف رخ می دهد، مولکول ها هستند. آنهایی که انرژی بیشتری دریافت می کنند (این در یک اتاق گرم اتفاق می افتد) بسیار سریعتر از مولکول های یک اتاق سرد حرکت می کنند. ذراتي كه انرژي بيشتري دارند، بسيار فعالتر و بيشتر به فضاي بيشتري براي حركت نياز دارند. برای مهار فشار اعمال شده توسط مولکول ها، اندازه مواد شروع به افزایش می کند. علاوه بر این، این بسیار سریع اتفاق می افتد. بنابراین، آیا آب هنگام یخ زدن منبسط یا منقبض می شود؟ چرا این اتفاق می افتد؟
آب از این قوانین پیروی نمی کند. اگر شروع به خنک کردن آب تا چهار درجه سانتیگراد کنیم، حجم آن کاهش می یابد. اما اگر کاهش دما ادامه یابد، ناگهان آب شروع به انبساط می کند! چنین خاصیتی به عنوان ناهنجاری در چگالی آب وجود دارد. این خاصیت در دمای چهار درجه سانتیگراد رخ می دهد.
اکنون که مشخص کرده ایم که آیا آب هنگام یخ زدن منبسط می شود یا منقبض می شود، بیایید در وهله اول چگونگی ایجاد این ناهنجاری را دریابیم. دلیل آن در ذراتی است که از آن تشکیل شده است. مولکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ایجاد می شود. همه از دوران دبستان فرمول آب را می دانند. اتم های این مولکول به روش های مختلف الکترون ها را جذب می کنند. هیدروژن یک مرکز ثقل مثبت ایجاد می کند، در حالی که اکسیژن، برعکس، یک مرکز ثقل منفی ایجاد می کند. هنگامی که مولکول های آب با یکدیگر برخورد می کنند، اتم های هیدروژن یک مولکول به اتم اکسیژن یک مولکول کاملاً متفاوت منتقل می شوند. این پدیده پیوند هیدروژنی نامیده می شود.
آب هنگام سرد شدن به فضای بیشتری نیاز دارد
در لحظه ای که فرآیند تشکیل پیوندهای هیدروژنی آغاز می شود، مکان هایی در آب ظاهر می شوند که مولکول ها به همان ترتیبی هستند که در کریستال یخ قرار دارند. به این جاهای خالی خوشه می گویند. آنها مانند یک کریستال آب جامد با دوام نیستند. با افزایش دما، آنها فرو می ریزند و مکان خود را تغییر می دهند.
در طول فرآیند، تعداد خوشه ها در مایع به سرعت شروع به افزایش می کند. آنها به فضای بیشتری برای پخش شدن نیاز دارند، در نتیجه اندازه آب پس از رسیدن به چگالی غیرعادی افزایش می یابد.
هنگامی که دماسنج به زیر صفر می رسد، خوشه ها شروع به تبدیل شدن به بلورهای یخ کوچک می کنند. آنها شروع به قیام می کنند. در نتیجه همه اینها آب به یخ تبدیل می شود. این یک توانایی بسیار غیرعادی آب است. این پدیده برای تعداد بسیار زیادی از فرآیندها در طبیعت ضروری است. همه ما می دانیم، و اگر ندانیم، پس به یاد می آوریم که چگالی یخ کمی کمتر از چگالی آب سرد یا خنک است. به لطف این، یخ روی سطح آب شناور می شود. تمام آب ها از بالا به پایین شروع به یخ زدن می کنند، که به آبزیان در پایین اجازه می دهد تا با آرامش وجود داشته باشند و یخ نزنند. بنابراین اکنون با جزئیات می دانیم که آیا آب هنگام یخ زدن منبسط می شود یا منقبض می شود.
آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. اگر دو لیوان یکسان را برداریم و در یکی آب گرم و در دیگری به همان میزان آب سرد بریزیم، متوجه می شویم که آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. این منطقی نیست، موافقید؟ آب گرم قبل از شروع یخ زدن باید خنک شود، اما آب سرد نیازی به خنک شدن ندارد. چگونه این واقعیت را توضیح دهیم؟ دانشمندان تا به امروز نمی توانند این راز را توضیح دهند. این پدیده "اثر Mpemba" نامیده می شود. در سال 1963 توسط دانشمندی از تانزانیا تحت شرایط غیرعادی کشف شد. دانش آموزی می خواست برای خودش بستنی درست کند و متوجه شد که آب داغ زودتر یخ می زند. او این را با معلم فیزیک خود در میان گذاشت که در ابتدا او را باور نکرد.