Zdecydowana większość substancji ma tendencję do rozszerzania się pod wpływem ogrzewania. Co dość łatwo wytłumaczyć ze stanowiska mechanicznej teorii ciepła. Według niego po podgrzaniu atomy i cząsteczki substancji zaczynają poruszać się szybciej. W ciałach stałych drgania atomowe osiągają większe amplitudy i wymagają więcej wolnej przestrzeni. W rezultacie ciało się rozszerza.
Ten sam proces zachodzi w przypadku cieczy i gazów. Oznacza to, że ze względu na wzrost temperatury zwiększa się prędkość ruchu termicznego wolnych cząsteczek, a ciało rozszerza się. Odpowiednio podczas chłodzenia ciało kurczy się. Jest to typowe dla prawie wszystkich substancji. Z wyjątkiem wody.
Po ochłodzeniu w zakresie od 0 do 4°C woda rozszerza się. I kurczy się po podgrzaniu. Gdy temperatura wody osiągnie 4°C, w tym momencie woda ma maksymalną gęstość, która wynosi 1000 kg/m3. Jeśli temperatura jest niższa lub wyższa od tego znaku, gęstość jest zawsze nieco mniejsza.
Dzięki tej właściwości, gdy jesienią i zimą temperatura powietrza spada, w głębokich zbiornikach zachodzi ciekawy proces. Gdy woda ostygnie, opada niżej na dno, ale tylko do momentu, gdy jej temperatura osiągnie +4°C. Z tego powodu w dużych zbiornikach wodnych zimniejsza woda znajduje się bliżej powierzchni, a cieplejsza woda opada na dno. Kiedy więc zimą powierzchnia wody zamarza, w głębszych warstwach nadal utrzymuje się temperatura 4°C. Dzięki temu momentowi ryby mogą bezpiecznie zimować w głębinach pokrytych lodem zbiorników.
Wpływ ekspansji wody na klimat
Wyjątkowe właściwości wody po podgrzaniu mają poważny wpływ na klimat Ziemi, ponieważ około 79% powierzchni naszej planety pokrywa woda. Pod wpływem promieni słonecznych nagrzewają się górne warstwy, które następnie opadają niżej, a na ich miejscu pojawiają się warstwy zimne. Te z kolei stopniowo się nagrzewają i opadają bliżej dna.W ten sposób warstwy wody stale się zmieniają, co powoduje równomierne ogrzewanie, aż do osiągnięcia temperatury odpowiadającej maksymalnej gęstości. Następnie, w miarę nagrzewania, górne warstwy stają się mniej gęste i nie opadają, ale pozostają na górze i po prostu stopniowo stają się cieplejsze. Dzięki temu procesowi promienie słoneczne dość łatwo podgrzewają ogromne warstwy wody.
Objętość ciała jest bezpośrednio związana z odległością międzyatomową lub międzycząsteczkową substancji. W związku z tym wzrost objętości wynika ze wzrostu tych odległości z powodu różnych czynników. Jednym z takich czynników jest ciepło.
Będziesz potrzebować
- Podręcznik fizyki, kartka papieru, ołówek.
Instrukcje
Przeczytaj w podręczniku, jak zbudowane są substancje o różnych stanach skupienia. Jak wiadomo, jeden stan skupienia substancji różni się od drugiego oczywistymi różnicami zewnętrznymi, takimi jak na przykład twardość, płynność, masa lub objętość. Jeśli zajrzysz do wnętrza każdego rodzaju substancji, zauważysz, że różnica jest wyrażona w odległościach międzyatomowych lub międzycząsteczkowych.
Należy pamiętać, że masa określonej objętości gazu jest zawsze mniejsza niż masa tej samej objętości, a ta z kolei jest zawsze mniejsza niż masa ciała stałego. Sugeruje to, że liczba cząstek materii mieszczących się w jednostce objętości jest znacznie mniejsza w przypadku gazów niż w przypadku cieczy, a nawet mniejsza niż w przypadku ciał stałych. W przeciwnym razie możemy powiedzieć, że stężenie cząstek substancji bardziej stałych jest zawsze większe niż substancji mniej stałych, w szczególności substancji ciekłych lub gazowych. Oznacza to, że ciała stałe mają w swojej strukturze gęstsze upakowanie atomów i mniejszą odległość między cząstkami niż na przykład ciecze czy gazy.
Pamiętaj, co dzieje się z metalami po podgrzaniu. Topnieją i nabierają właściwości płynności. Oznacza to, że metale stają się cieczami. Jeśli przeprowadzisz eksperyment, zauważysz, że po stopieniu zwiększa się objętość substancji metalicznej. Pamiętaj także, co dzieje się z wodą podgrzaną, a następnie zagotowaną. Woda zamienia się w parę, czyli stan gazowy wody. Wiadomo, że objętość pary jest znacznie większa niż objętość pierwotnej cieczy. Zatem podczas podgrzewania ciał zwiększa się odległość międzyatomowa lub międzycząsteczkowa, co potwierdzają eksperymenty.
Na pytanie Dlaczego woda zwiększa swoją objętość po ochłodzeniu, podczas gdy inne substancje kurczą się po ochłodzeniu? podane przez autora uczynić Chrystusa najlepsza odpowiedź brzmi Gdy woda się ochładza, początkowo zachowuje się jak wiele innych związków: stopniowo staje się gęstsza i zmniejsza swoją objętość właściwą. Ale przy 4 oC (a dokładniej przy 3,98°C) następuje stan kryzysowy - restrukturyzacja strukturalna, a wraz z dalszym spadkiem temperatury objętość wody już nie maleje, ale wzrasta. Po ochłodzeniu w normalnych warunkach poniżej 0°C woda krystalizuje, tworząc lód, którego gęstość jest mniejsza, a objętość jest prawie 10% większa niż objętość pierwotnej wody.
Wzrost objętości tłumaczy się faktem, że każda cząsteczka w strukturze lodu jest połączona wiązaniami wodorowymi z czterema innymi cząsteczkami. W rezultacie w fazie lodowej powstaje ażurowa struktura z „wnękami” pomiędzy unieruchomionymi cząsteczkami wody, co powoduje znaczną ekspansję całej zamarzniętej masy. Struktura krystaliczna lodu przypomina strukturę diamentu: każda cząsteczka H2O jest otoczona przez cztery najbliższe jej cząsteczki, biorące udział w tworzeniu wiązania wodorowego i znajdujące się w równych odległościach od niej, równych 2,76 angstremów i znajdujących się na wierzchołkach czworościan foremny o kątach równych 109°28" (patrz rysunek). Ze względu na niski numer koordynacyjny struktura lodu jest siatkowa, co wpływa na jego małą gęstość. Ażurowa struktura lodu powoduje, że jego gęstość , równa 916,7 kg/m3 w temperaturze 0°C, jest mniejsza od gęstości wody (999,8 kg/m3) w tej samej temperaturze.
Dlatego woda zamieniając się w lód zwiększa swoją objętość o około 9%:
Podczas procesu topienia, w temperaturze 0°C, około 10-15% wody traci wiązania ze związkami, w wyniku czego zwiększa się ruchliwość niektórych cząsteczek, które zanurzają się w tych wnękach, którymi ażurowa struktura lodu jest bogaty. Wyjaśnia to kompresję lodu podczas topienia i większą gęstość powstałej wody, która wzrasta o około 10%. Można założyć, że wartość ta w pewien sposób charakteryzuje liczbę cząsteczek wody uwięzionych we wnękach. Gęstość powstałej wody osiąga maksimum w temperaturze 4°C, a wraz z dalszym wzrostem temperatury naturalna ekspansja wody związana ze wzmożonym ruchem molekularnym przewyższa efekt przegrupowania strukturalnego „woda-lód”, a gęstość wody zaczyna stopniowo spadać.
Odpowiedź od 22 odpowiedzi[guru]
Cześć! Oto wybór tematów z odpowiedziami na Twoje pytanie: Dlaczego woda zwiększa swoją objętość po ochłodzeniu, podczas gdy inne substancje kurczą się po ochłodzeniu?
Odpowiedź od Pakowacz[Nowicjusz]
Woda nie rozszerza się po ochłodzeniu. Dopiero gdy woda stwardnieje i zamieni się w lód, dopiero wtedy jej objętość wzrośnie w wyniku wzrostu odległości między cząsteczkami wody.
Odpowiedź od Mike'a Tiaroffa[guru]
woda też się kurczy... pytanie jest postawione błędnie. . woda kurczy się do -4 stopni, a potem rozszerza... Nazywa się to przejściem fazowym i podczas takich przejść substancje zachowują się w zupełnie niewyobrażalny sposób... po podgrzaniu do 100 stopni następuje rozszerzanie, ale temperatura nie wzrasta powyżej, ale następuje przejście w parę - także przejście fazowe... wiązania między cząsteczkami uzyskują różne właściwości - krystalizacja rozpoczyna się w wodzie...
Jesteśmy otoczeni przez wodę samą w sobie, jako część innych substancji i ciał. Może występować w postaci stałej, ciekłej lub gazowej, ale woda jest zawsze wokół nas. Dlaczego asfalt pęka na drogach, dlaczego na mrozie pęka szklany słój z wodą, dlaczego w chłodne dni zaparowują szyby, dlaczego samolot zostawia biały ślad na niebie – będziemy szukać odpowiedzi na te wszystkie pytania i inne „dlaczego” w tej lekcji. Dowiemy się, jak zmieniają się właściwości wody pod wpływem ogrzewania, schładzania i zamrażania, jak powstają podziemne jaskinie i znajdujące się w nich dziwaczne figury, jak działa termometr.
Temat: Przyroda nieożywiona
Lekcja: Właściwości wody w stanie ciekłym
W czystej postaci woda nie ma smaku, zapachu ani koloru, jednak prawie nigdy tak nie jest, ponieważ aktywnie rozpuszcza w sobie większość substancji i łączy się z ich cząsteczkami. Woda może również przenikać do różnych ciał (naukowcy odkryli wodę nawet w kamieniach).
Jeśli napełnisz szklankę wodą z kranu, będzie ona wyglądać na czystą. Ale tak naprawdę jest to roztwór wielu substancji, wśród których znajdują się gazy (tlen, argon, azot, dwutlenek węgla), różne zanieczyszczenia zawarte w powietrzu, rozpuszczone sole z gleby, żelazo z wodociągów, drobne nierozpuszczone cząsteczki pyłu itp.
Jeśli odpipetujesz krople wody z kranu na czystą szybę i pozwolisz jej odparować, pozostaną ledwo widoczne plamy.
Woda rzek i strumieni, większości jezior zawiera różne zanieczyszczenia, na przykład rozpuszczone sole. Ale jest ich niewiele, bo ta woda jest świeża.
Woda płynie po ziemi i pod ziemią, wypełnia strumienie, jeziora, rzeki, morza i oceany, tworząc podziemne pałace.
Przedostając się przez łatwo rozpuszczalne substancje, woda wnika głęboko pod ziemię, zabierając je ze sobą, a także poprzez szczeliny i pęknięcia w skałach, tworząc podziemne jaskinie, kapując z ich dachów, tworząc dziwaczne rzeźby. Miliardy kropelek wody wyparowują przez setki lat, a substancje rozpuszczone w wodzie (sole, wapienie) osadzają się na łukach jaskiń, tworząc kamienne sople zwane stalaktytami.
Podobne formacje na dnie jaskini nazywane są stalagmitami.
A kiedy stalaktyt i stalagmit łączą się, tworząc kamienną kolumnę, nazywa się to stalagnatem.
Obserwując dryf lodu na rzece, widzimy wodę w stanie stałym (lód i śnieg), ciekłym (płynący pod spodem) i gazowym (drobne cząsteczki wody unoszące się w powietrze, zwane także parą wodną).
Woda może znajdować się jednocześnie we wszystkich trzech stanach: w powietrzu i chmurach zawsze występuje para wodna, która składa się z kropelek wody i kryształków lodu.
Para wodna jest niewidoczna, ale można ją łatwo wykryć, jeśli zostawimy szklankę wody schłodzonej w lodówce na godzinę w ciepłym pomieszczeniu, na ściankach szklanki natychmiast pojawią się kropelki wody. Para wodna zawarta w powietrzu w kontakcie z zimnymi ściankami szkła zamienia się w kropelki wody i osadza się na powierzchni szkła.
Ryż. 11. Kondensacja na ściankach zimnej szklanki ()
Z tego samego powodu w zimnych porach roku wnętrze szyby zaparowuje. Zimne powietrze nie może zawierać tyle pary wodnej, co ciepłe, dlatego część z niej ulega kondensacji – zamienia się w kropelki wody.
Biały ślad za samolotem lecącym na niebie jest również wynikiem kondensacji wody.
Jeśli przyłożysz lusterko do ust i zrobisz wydech, na jego powierzchni pozostaną maleńkie kropelki wody, co świadczy o tym, że podczas oddychania człowiek wdycha parę wodną z powietrzem.
Woda podgrzana „rozszerza się”. Można to udowodnić za pomocą prostego doświadczenia: szklaną rurkę zanurzono w kolbie z wodą i zmierzono w niej poziom wody; następnie kolbę zanurzono w naczyniu z ciepłą wodą i po podgrzaniu wody ponownie zmierzono poziom w rurce, który wyraźnie wzrósł, ponieważ woda podgrzana zwiększa swoją objętość.
Ryż. 14. Kolba z rurką, cyfrą 1 i kreską wskazuje początkowy poziom wody
Ryż. 15. Kolba z rurką, cyfrą 2 i linią wskazuje poziom wody po podgrzaniu
Gdy woda się ochładza, „spręża się”. Można to udowodnić podobnym doświadczeniem: w tym przypadku kolbę z rurką opuszczono do naczynia z lodem, po ochłodzeniu poziom wody w rurze spadł w stosunku do pierwotnego znaku, ponieważ woda zmniejszyła się.
Ryż. 16. Kolba z rurką, cyfrą 3 i kreską wskazuje poziom wody podczas chłodzenia
Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki wody, cząsteczki, poruszają się szybciej po podgrzaniu, zderzają się ze sobą, są odpychane od ścian naczynia, odległość między cząsteczkami wzrasta, a zatem ciecz zajmuje większą objętość. Kiedy woda się ochładza, ruch jej cząstek zwalnia, odległość między cząsteczkami maleje, a ciecz wymaga mniejszej objętości.
Ryż. 17. Cząsteczki wody w normalnej temperaturze
Ryż. 18. Cząsteczki wody po podgrzaniu
Ryż. 19. Cząsteczki wody podczas chłodzenia
Takie właściwości ma nie tylko woda, ale także inne ciecze (alkohol, rtęć, benzyna, nafta).
Znajomość tej właściwości cieczy doprowadziła do wynalezienia termometru (termometru), który wykorzystuje alkohol lub rtęć.
Kiedy woda zamarza, rozszerza się. Można to udowodnić, jeśli napełniony po brzegi wodą pojemnik luźno przykryjemy pokrywką i włożymy do zamrażarki; po chwili zobaczymy, że powstały lód podniesie pokrywę, wychodząc poza pojemnik.
Ta właściwość jest brana pod uwagę przy układaniu rur wodociągowych, które należy zaizolować, aby podczas zamarzania lód powstający z wody nie rozerwał rur.
W naturze zamarzająca woda może niszczyć góry: jeśli jesienią woda zgromadzi się w pęknięciach skał, to zimą zamarza, a pod naporem lodu, który zajmuje większą objętość niż woda, z której powstała, skały pękają i zapadają się.
Zamarzająca woda w szczelinach dróg prowadzi do zniszczenia nawierzchni asfaltowej.
Długie grzbiety przypominające fałdy na pniach drzew to rany powstałe w wyniku pęknięć drewna pod naporem zamarzających w nim soków drzewnych. Dlatego w mroźne zimy można usłyszeć trzask drzew w parku lub lesie.
- Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Świat wokół nas 3. M.: Ballas.
- Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Świat wokół nas 3. M.: Wydawnictwo Fiodorow.
- Pleshakov A.A. Świat wokół nas 3. M.: Edukacja.
- Festiwal Idei Pedagogicznych ().
- Nauka i edukacja ().
- Klasa publiczna ().
- Wykonaj krótki test (4 pytania z trzema możliwościami odpowiedzi) na temat „Woda wokół nas”.
- Przeprowadź mały eksperyment: postaw szklankę bardzo zimnej wody na stole w ciepłym pomieszczeniu. Opisz co się stanie, wyjaśnij dlaczego.
- *Narysuj ruch cząsteczek wody w stanie podgrzanym, normalnym i schłodzonym. Jeśli to konieczne, napisz podpisy na swoim rysunku.
W systemach podgrzewania wody woda służy do przekazywania ciepła z generatora do odbiorcy.
Do najważniejszych właściwości wody należą:
pojemność cieplna;
zmiana objętości podczas ogrzewania i chłodzenia;
charakterystyka wrzenia przy zmianie ciśnienia zewnętrznego;
kawitacja.
Rozważmy te fizyczne właściwości wody.
Ciepło właściwe
Ważną właściwością każdego chłodziwa jest jego pojemność cieplna. Jeśli wyrazimy to poprzez różnicę masy i temperatury chłodziwa, otrzymamy ciepło właściwe. Jest to oznaczone literą C i ma wymiar kJ/(kg·K)
Ciepło właściwe- jest to ilość ciepła, jaką należy przekazać 1 kg substancji (na przykład wody), aby ogrzać ją o 1°C. I odwrotnie, substancja uwalnia tę samą ilość energii po ochłodzeniu. Średnie ciepło właściwe wody w temperaturze od 0°C do 100°C wynosi:
c = 4,19 kJ/(kg K) lub c = 1,16 Wh/(kg K)
Ilość ciepła pochłoniętego lub uwolnionego Q, wyrażone w J Lub kJ, zależy od masy M, wyrażone w kg, specyficzna pojemność cieplna C i różnicę temperatur wyrażoną w K.
Zwiększanie i zmniejszanie głośności
Wszystkie naturalne materiały rozszerzają się pod wpływem ciepła i kurczą się po ochłodzeniu. Jedynym wyjątkiem od tej reguły jest woda. Ta wyjątkowa właściwość nazywana jest anomalią wodną. Woda ma największą gęstość w temperaturze +4°C, gdzie 1 dm3 = 1 litr ma masę 1 kg.
Jeśli woda zostanie ogrzana lub schłodzona względem tego punktu, jej objętość wzrasta, co oznacza, że zmniejsza się jej gęstość, czyli woda staje się lżejsza. Widać to wyraźnie na przykładzie zbiornika z punktem przelewu. Zbiornik zawiera dokładnie 1000 cm3 wody o temperaturze +4°C. W miarę nagrzewania się wody część wypłynie ze zbiornika do miarki. Jeśli podgrzejesz wodę do temperatury 90°C, do pojemnika miarowego wleje się dokładnie 35,95 cm3, co odpowiada 34,7 g. Woda również rozszerza się, gdy jest schładzana poniżej +4°C.
Dzięki tej anomalii wody w pobliżu rzek i jezior to właśnie wierzchnia warstwa zamarza w zimie. Z tego samego powodu lód unosi się na powierzchni i wiosenne słońce może go stopić. Nie doszłoby do tego, gdyby lód był cięższy od wody i opadł na dno.
Zbiornik z punktem przelewowym
Jednak ta zdolność do ekspansji może być niebezpieczna. Na przykład silniki samochodowe i pompy wodne mogą pęknąć, jeśli zamarznie w nich woda. Aby tego uniknąć, do wody dodaje się dodatki zapobiegające jej zamarzaniu. Glikole są często stosowane w systemach grzewczych; Informacje na temat stosunku wody do glikolu można znaleźć w specyfikacjach producenta.
Właściwości wrzenia wody
Jeśli woda zostanie podgrzana w otwartym naczyniu, będzie wrzeć w temperaturze 100°C. Jeśli zmierzysz temperaturę wrzącej wody, będzie ona utrzymywać się na poziomie 100°C aż do wyparowania ostatniej kropli. Zatem stałe zużycie ciepła wykorzystywane jest do całkowitego odparowania wody, czyli zmiany jej stanu skupienia.
Energia ta nazywana jest także ciepłem utajonym (utajonym). Jeśli dopływ ciepła będzie kontynuowany, temperatura powstałej pary zacznie ponownie rosnąć.
Opisany proces odbywa się przy ciśnieniu powietrza na powierzchni wody wynoszącym 101,3 kPa. Przy jakimkolwiek innym ciśnieniu powietrza temperatura wrzenia wody zmienia się od 100°C.
Gdybyśmy powtórzyli opisany powyżej eksperyment na wysokości 3000 m npm na Zugspitze, najwyższym szczycie Niemiec, okazałoby się, że woda wrze tam już w temperaturze 90°C. Powodem tego zachowania jest spadek ciśnienia atmosferycznego wraz z wysokością.
Im niższe ciśnienie na powierzchni wody, tym niższa będzie temperatura wrzenia. I odwrotnie, temperatura wrzenia będzie wyższa wraz ze wzrostem ciśnienia na powierzchni wody. Właściwość tę wykorzystuje się na przykład w szybkowarach.
Wykres przedstawia zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia. Ciśnienie w instalacjach grzewczych jest celowo zwiększane. Pomaga to zapobiegać tworzeniu się pęcherzyków gazu w krytycznych warunkach pracy, a także zapobiega przedostawaniu się powietrza zewnętrznego do układu.
Rozszerzalność wody po podgrzaniu i ochrona przed nadciśnieniem
Systemy podgrzewania wody działają przy temperaturze wody do 90°C. Zwykle system napełnia się wodą o temperaturze 15°C, która następnie rozszerza się pod wpływem ogrzewania. Nie można dopuścić do tego, aby wzrost objętości spowodował nadmierne ciśnienie i przepełnienie płynu.
Po wyłączeniu ogrzewania w lecie objętość wody powraca do pierwotnej wartości. Zatem, aby zapewnić niezakłócone rozszerzanie się wody, konieczne jest zainstalowanie odpowiednio dużego zbiornika.
Stare systemy grzewcze miały otwarte zbiorniki wyrównawcze. Zawsze umieszczano je nad najwyższym odcinkiem rurociągu. Wraz ze wzrostem temperatury w układzie, powodując rozszerzenie się wody, wzrósł również poziom w zbiorniku. Wraz ze spadkiem temperatury, odpowiednio spadła.
Nowoczesne systemy grzewcze wykorzystują membranowe naczynia wzbiorcze (MEV). W przypadku wzrostu ciśnienia w instalacji nie wolno dopuścić do wzrostu ciśnienia w rurociągach i innych elementach instalacji powyżej wartości dopuszczalnej.
Dlatego warunkiem wstępnym każdego systemu grzewczego jest obecność zaworu bezpieczeństwa.
Gdy ciśnienie wzrośnie powyżej normy, zawór bezpieczeństwa musi się otworzyć i uwolnić nadmiar wody, którego zbiornik wyrównawczy nie jest w stanie pomieścić. Jednakże w starannie zaprojektowanym i utrzymywanym systemie taki stan krytyczny nigdy nie powinien wystąpić.
Wszystkie te rozważania nie uwzględniają faktu, że pompa obiegowa dodatkowo zwiększa ciśnienie w układzie. Zależność pomiędzy maksymalną temperaturą wody, wybraną pompą, wielkością naczynia wzbiorczego i ciśnieniem zadziałania zaworu bezpieczeństwa należy ustalić z największą starannością. Losowy dobór elementów systemu – nawet na podstawie ich kosztu – jest w tym przypadku niedopuszczalny.
Naczynie wzbiorcze membranowe jest dostarczane napełnione azotem. Ciśnienie początkowe w zbiorniku z membraną rozprężną należy dostosować w zależności od systemu grzewczego. Rozprężająca się woda z instalacji grzewczej dostaje się do zbiornika i ściska komorę gazową poprzez membranę. Gazy można sprężać, ale cieczy nie.
Ciśnienie
Określanie ciśnienia
Ciśnienie to ciśnienie statyczne cieczy i gazów mierzone w zbiornikach i rurociągach w stosunku do ciśnienia atmosferycznego (Pa, mbar, bar).
Ciśnienie statyczne
Ciśnienie statyczne to ciśnienie nieruchomego płynu.
Ciśnienie statyczne = poziom powyżej odpowiedniego punktu pomiarowego + ciśnienie początkowe w naczyniu wyrównawczym.
Ciśnienie dynamiczne
Ciśnienie dynamiczne to ciśnienie poruszającego się strumienia płynu. Ciśnienie tłoczenia pompy Jest to ciśnienie na wylocie pompy odśrodkowej podczas pracy.
Spadek ciśnienia
Ciśnienie wytwarzane przez pompę odśrodkową w celu pokonania całkowitego oporu układu. Mierzy się go pomiędzy wlotem i wylotem pompy odśrodkowej.
Ciśnienie operacyjne
Ciśnienie dostępne w systemie, gdy pompa pracuje. Dopuszczalne ciśnienie robocze Maksymalna wartość ciśnienia roboczego dozwolona w warunkach bezpiecznej pracy pompy i instalacji.
Kawitacja
Kawitacja- jest to powstawanie pęcherzyków gazu w wyniku pojawienia się lokalnego ciśnienia poniżej ciśnienia parowania pompowanej cieczy na wlocie wirnika. Prowadzi to do spadku wydajności (ciśnienia) i sprawności oraz powoduje hałas i zniszczenie materiału wewnętrznych części pompy. Zabijając pęcherzyki powietrza w obszarach o wyższym ciśnieniu (takich jak wylot wirnika), mikroskopijne eksplozje powodują skoki ciśnienia, które mogą uszkodzić lub zniszczyć układ hydrauliczny. Pierwszą tego oznaką jest hałas w wirniku i jego erozja.
Ważnym parametrem pompy odśrodkowej jest NPSH (wysokość słupa cieczy nad rurą ssawną pompy). Określa minimalne ciśnienie wlotowe pompy wymagane przez dany typ pompy do pracy bez kawitacji, czyli dodatkowe ciśnienie wymagane do zapobiegania tworzeniu się pęcherzyków. Na wartość NPSH wpływa typ wirnika i prędkość pompy. Czynnikami zewnętrznymi wpływającymi na ten parametr są temperatura cieczy i ciśnienie atmosferyczne.
Zapobieganie kawitacji
Aby uniknąć kawitacji, ciecz musi dostać się do wlotu pompy odśrodkowej na określonej minimalnej wysokości ssania, która zależy od temperatury i ciśnienia atmosferycznego.
Inne sposoby zapobiegania kawitacji to:
Rosnące ciśnienie statyczne
Obniżenie temperatury cieczy (zmniejszenie ciśnienia parowania PD)
Dobór pompy o niższej stałej wysokości podnoszenia hydrostatycznego (minimalna wysokość ssania, NPSH)
Specjaliści Agrovodcom chętnie pomogą Państwu w podjęciu decyzji o optymalnym wyborze pompy. Skontaktuj się z nami!
|
Aleksander
2013-10-22 09:38:26
[Odpowiedź] [Odpowiedz cytatem][Anuluj odpowiedź]
|
Czy się rozszerza, czy kurczy? Odpowiedź brzmi: wraz z nadejściem zimy woda rozpoczyna proces ekspansji. Dlaczego to się dzieje? Ta właściwość odróżnia wodę od wszystkich innych cieczy i gazów, które wręcz przeciwnie, ulegają kompresji po ochłodzeniu. Jaki jest powód takiego zachowania tej niezwykłej cieczy?
Fizyka klasa 3: czy woda zamarzając rozszerza się czy kurczy?
Większość substancji i materiałów zwiększa swoją objętość po podgrzaniu i zmniejsza swoją objętość po ochłodzeniu. Gazy wykazują ten efekt bardziej zauważalnie, ale różne ciecze i metale stałe wykazują te same właściwości.
Jednym z najbardziej uderzających przykładów rozszerzania i kurczenia się gazu jest powietrze w balonie. Kiedy wychodzimy balonem na zewnątrz przy ujemnych temperaturach, balon natychmiast się zmniejsza. Jeśli wprowadzimy piłkę do ogrzewanego pomieszczenia, natychmiast wzrasta. Ale jeśli wniesiemy balon do łaźni, pęknie.
Cząsteczki wody wymagają więcej miejsca
Powodem, dla którego zachodzą procesy rozszerzania i kurczenia się różnych substancji, są cząsteczki. Te, które otrzymują więcej energii (dzieje się to w ciepłym pomieszczeniu), poruszają się znacznie szybciej niż cząsteczki w zimnym pomieszczeniu. Cząstki posiadające większą energię zderzają się znacznie aktywniej i częściej, potrzebują więcej przestrzeni, aby się poruszać. Aby powstrzymać ciśnienie wywierane przez cząsteczki, materiał zaczyna zwiększać swój rozmiar. Co więcej, dzieje się to dość szybko. Czy woda zamarzając rozszerza się czy kurczy? Dlaczego to się dzieje?
Woda nie przestrzega tych zasad. Jeśli zaczniemy schładzać wodę do czterech stopni Celsjusza, wówczas zmniejszy się jej objętość. Ale jeśli temperatura będzie nadal spadać, woda nagle zacznie się rozszerzać! Istnieje taka właściwość jak anomalia gęstości wody. Właściwość ta występuje w temperaturze czterech stopni Celsjusza.
Teraz, gdy ustaliliśmy, czy woda zamarzając rozszerza się, czy kurczy, dowiedzmy się przede wszystkim, w jaki sposób pojawia się ta anomalia. Przyczyna leży w cząsteczkach, z których się składa. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Przepis na wodę zna każdy już od podstawówki. Atomy w tej cząsteczce przyciągają elektrony na różne sposoby. Wodór tworzy dodatni środek ciężkości, podczas gdy tlen, przeciwnie, tworzy ujemny środek ciężkości. Kiedy cząsteczki wody zderzają się ze sobą, atomy wodoru jednej cząsteczki przechodzą na atom tlenu zupełnie innej cząsteczki. Zjawisko to nazywa się wiązaniem wodorowym.
Woda potrzebuje więcej miejsca, gdy się ochładza
W momencie, gdy rozpoczyna się proces tworzenia wiązań wodorowych, w wodzie zaczynają pojawiać się miejsca, w których cząsteczki są ułożone w takiej samej kolejności jak w krysztale lodu. Te puste miejsca nazywane są klastrami. Nie są trwałe, jak w stałym krysztale wody. Wraz ze wzrostem temperatury zapadają się i zmieniają swoje położenie.
W trakcie tego procesu liczba klastrów w cieczy zaczyna gwałtownie rosnąć. Wymagają większej przestrzeni do rozprzestrzenienia się, w wyniku czego woda po osiągnięciu anomalnej gęstości zwiększa swoją objętość.
Kiedy termometr spadnie poniżej zera, gromady zaczynają zamieniać się w maleńkie kryształki lodu. Zaczynają się podnosić. W rezultacie woda zamienia się w lód. To bardzo niezwykła zdolność wody. Zjawisko to jest konieczne dla bardzo dużej liczby procesów w przyrodzie. Wszyscy wiemy, a jeśli nie wiemy, to pamiętamy, że gęstość lodu jest nieco mniejsza niż gęstość chłodnej lub zimnej wody. Dzięki temu lód unosi się na powierzchni wody. Wszystkie zbiorniki wodne zaczynają zamarzać od góry do dołu, co pozwala wodnym mieszkańcom na dnie spokojnie istnieć i nie zamarzać. Teraz wiemy szczegółowo, czy woda zamarzając rozszerza się, czy kurczy.
Gorąca woda zamarza szybciej niż zimna. Jeśli weźmiemy dwie identyczne szklanki i do jednej wlejemy gorącą wodę, a do drugiej taką samą ilość zimnej wody, zauważymy, że gorąca woda zamarznie szybciej niż zimna. To nie jest logiczne, zgadzasz się? Gorąca woda musi ostygnąć, zanim zacznie zamarzać, ale zimna woda nie musi. Jak wyjaśnić ten fakt? Naukowcy do dziś nie potrafią wyjaśnić tej tajemnicy. Zjawisko to nazywane jest „efektem Mpemby”. Został odkryty w 1963 roku przez naukowca z Tanzanii w niezwykłych okolicznościach. Student chciał sobie zrobić lody i zauważył, że gorąca woda szybciej zamarza. Podzielił się tą informacją ze swoim nauczycielem fizyki, który początkowo mu nie uwierzył.