Как изменится давление в сосуде при возрастании температуры

Задачу которую никто не может решить. Так ли это? Как измениться давление воды в замкнутом сосуде при его нагреве?

Добрый день наш уважаемый читатель. Получая часто вопросы от наших клиентов в 90% процентов из всех случаев, мы даем быстрые, четкие и грамотные ответы нашему собеседнику. Дело в том, что нашего богатого опыта работа отлично хватает чтобы закрыть потребности среднестатистического клиента или спикера.

Развернуто и не очень мы уже отвечали в нашем блоге людям на следующие вопросы:

Поставленная задача

Сейчас перед нами встала следующая задача вот такого содержания: есть сосуд с неизменяемым объемом жидкости внутри него. Предположим, что сосуд состоит из обыкновенного железа, например, возьмем простой накопительный бойлер (V = 50 литров). Начальное давление в системе 2 атмосферы, начальная температура воды Т1 = 17 градусов цельсия, конечная температура после нагрева Т2 = 57 градусов цельсия. Исходные параметры могут быть разные, но конечная задача, на которую нужно получить ответ будет следующая: какое давление будет в закрытом сосуде при нагреве воды до указанной температуры Т2, если учесть, что краны на сосуде (вход и выход) находятся в положении закрыто, и начальный объем не изменяется. Давление можно снимать (измерять) при помощи встроенного или выносного трубного манометра. Расширительного бака нет. Все для эксперимента.

Закон и формула Шарля

Начав решать эту задачу, каждый может прибегнуть к такому ответу: « да ладно, это же задачка за 7 класс , тут нужно применять формулу известного физика Шарля, Вы что учебник физики не читали?». Далее следует решение:

Формула: (273+t2)/(273+t1)=коэффициент увеличения давления от исходного.

1.13 умножаем на 2 получаем что давление будет равно 2.26 после нагрева жидкости с 17 до 57 на 40 единиц.

Ну дела, вот же решение, зачем страдать дальше? Но нет друзья, это решение конечно же хорошее – но применимо только для изохорных идеальных газов , но не в коем случае не для жидкости, представленной у нас на примере воды.

Едем дальше изучая попутно других известных святил физики, и в оуля мы натыкаемся на еще одно решение.

Для расчетов берем исходные данные из чего изготовлен сосуд, у нас это железо. Коэффициент объёмного расширения железа стабильно одинаковый, берем за основу среднее значение 0,000036, а вот коэффициент объема воды изменяется в зависимости от ее нагрева. Примерно 0,00015 при 20 градусах цельсия и 0,00045 при 60 градусах цельсия. Среднее значение путем сложения из двух данных получаем 0,00030.

Чтобы посчитать объем во сколько увеличиться объем в сосуде воспользуемся формулой: 1 + коэффициент расширения железа * (t2-t1).

В цифрах будет выглядеть так: 1 + 0,000036 * (57 — 17) = 1.002;

В качестве информационной нагрузки узнаем еще на сколько бы увеличился V воды если бы она была вне сосуда: 1 + 0,0003 * (57 — 17) = 1,012. Далее все упирается на сколько же прочный Ваш сосуд и не раздует ли его при повышении давления.

Чтобы узнать процентное увеличение объема воды с воздействием на сосуд воспользуемся следующей формулой подставим все цифры: 1,012 / 1,002 * 100 — 100 = 1 %.

Обратившись к учебнику физики, мы узнаем, что при давлении каждой атмосферы объем воды уменьшается на 0,000006. Например, 50 литров, при одной атмосфере сожмется на 0,001 и будет 49.999. Зато по сравнению с газами сжимаемость жидкостей действительно ничтожна: в десятки тысяч раз меньше.

Если объём воды при 2 атм = 50 литров, то при 500 атм объём станет примерно на 1 литр меньше. (разница в двух числах 2%).

1%/2% * 500 = 250 атмосфер, то значение при котором по идее должно разорвать Ваш бак и то давление которое будет у вас при нагреве. Честно, считаем это какой-то бред и не он никак не сочетается с реальными жизненными показателями, полученными в ходе эксперимента.

Изучав дальше интернет и опираясь на наши знания всех из коллег нашего отдела было перепробовано масса различных вариантов и изучено мнений других людей, которые потом можно было бы использоваться для выявления формулы по нашей задаче:

Вода при нагревании увеличивается в объеме до 4%, т.е. 50 наших литров должны превратиться в 52 литра за счет ее расширения, но применить данную теорию в нашем вопросе нам пока не удалось. Мы даже изучили соотношение плотности льда к плотности воды и поняли объем в этом случае увеличивается на 11 процентов.

Есть мнение (алгоритм) с нашей стороны что ни одну из формул применить тут нельзя, так как в баке или бойлере представленным нами невозможно заполнить его на все 100% жидкостью , какую часть в одной жидкости все равно будет составлять воздух, который в этом случае будет работать как расширительный бак и возможно поэтому те 800 атмосфер которые получаются у разных людей нормализуются тем количеством воздуха который содержаться в сосуде.

Если Вы физик или технически подкованный человек , разбираетесь в данном вопросе и готовы разрешить наш спор и получить ответ на поставленную задачу — ждем Ваших решений под этой записью в комментариях.

Со своей стороны хотим так же сказать, что при проведении реального эксперимента и нагрева воды в бойлере с 18-20 градусов до 50, давление поднялось по манометру с 1.5 очков (бар, атмосфер) примерно и до 5 бар.

Спасибо за проявленный труд, терпение и прочтение данной статьи. Надеемся что этот вопрос решится в ближайшее время и мы найдем грамотный ответ.

Всего Вам доброго и приятного дня.

Другие полезные записи в блоге — только для Вас!

• Котел КСУВ наружного размещения. Почему он является лучшим из всех? Технические особенности, выбор большинства организаций. Котельная больше не нужна. Устанавливай прямо со зданием.
• История на «миллион», как мы помогли ДОЛ «Лесное озеро». Крупный DIY проект России, сделай сам!
• Тепловой пункт: какой промышленный котел выбрать?
• Наглядный ремонт КЧМ руками наших специалистов.
• ОАО «Кировский завод» банкрот. Какая судьба ожидает котлы КЧМ-5, КЧМ-5К, КЧМ-7 Гном?
• Почему в котлах КЧМ-5К не используются колосники? Техническая информация и не только.
• Все основные запасные части к котлу КЧМ, артикулы, описание и много полезной информации.
• Лемакс — лучшее соотношение цена/качество в бытовых котлах.
• 1000 колосников на складе компании МОНТАЖНИК — новый завоз.
• Что такое колосник? Расскажем все очень подробно.
• Почему котлы ИШМА покупают 90 из 100 клиентов. Лучшее соотношение цены-качества.
• Лучший конкурент котла Buderus, Valliant, Protherm — это Кентатсу (Kentatsu) — или как мы его называем один в поле ВОИН! А так же там мы ответили на вопрос, что лучше русский КЧМ или Турецкояпонский гигант?
• Полная подробная инструкция по монтажу промышленных котлов
• Посмотреть все статьи и новости

Наши отправки (отгрузки), услуги и выполненные работы:

• Котлы Rossen RS-A 100 кВт успешно доставлены в Актобе (Казахстан) — часть 1
• Котел ФЕНИКС на 100 кВт успешно доставлен в Волгоград — часть 2. Собственная разработка. Уже более 2 лет делаем собственные котлы наружного размещения пользующиеся большим спросом.
• Котел КСВа-0.25 мВт (250 кВт) успешно доставлен в Тамбов — часть 3. Школа готова к отопительному сезону!
• Котлы КСУВ-500 успешно доставлены в г. Красный Сулин — часть 4. Теперь в больнице будет тепло!
• Тыловая фронтальная секция КЧМ-5К успешно отправлена в г. Сыктывкар — часть 5.
• Секция Факел-1Г задняя успешно отправлена в г. Пенза — часть 6.
• Котлы КСУВ-30 успешно доставлены и смонтированы в г. Ростов на Дону.
• Отличия между котлами промышленными чугунными У-5,6 и У-5М,6М. Отгрузка 78 секций нашему постоянному клиенту из г. Москвы.
• Секция КЧМ-5К передняя успешно доставлена клиента в г. Воронеж ТК ПЭК. Постоянно в наличии — отличные цены для Вас. Отгрузка от 1 до 2 рабочих дней.
• Крышная котельная на основе Rossen RS-A 500 в г. Брянск. Поставка и монтаж.

Статьи посвященные нашим отгрузкам не только поднимают наш авторитет как считаем мы, но они направлены на увеличение доверия со стороны потенциальных клиентов . Нам нечего скрывать — мы делимся с Вами своими продажами и успехами. У нас нет скрытых продаж и ухода от налогов. Мы стараемся делать наше с Вами сотрудничество и работу максимально прозрачными . Мы хотим чтобы Вы доверяли нашей команде!

Источник