Кипение в замкнутом сосуде
![Ïðîöåññ êèïåíèÿ []](https://samlib.ru/img/h/hitech_a/kipenie/boiling.jpg) |
| Ïðîöåññ êèïåíèÿ |
Ýòî íà÷àëîñü êàê âîïðîñ, íî, ïîêà ÿ åãî çàäàâàë, ÿ óñïåë ñàì ñåáå íà íåãî è îòâåòèòü Òàê ÷òî íå ñóäèòå ñòðîãî!
Êèïåíèå ýòî ôàçîâûé ïåðåõîä ìåæäó æèäêèì ñîñòîÿíèåì è ãàçîîáðàçíûì. Ïðîöåññ êèïåíèÿ çàâèñèò îò ñîîáùàåìîé æèäêîñòè ýíåðãèè, îò äàâëåíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû è îò êîëè÷åñòâà ïðèìåñåé â æèäêîñòè. Ê ïðèìåðó, ñêîðîâàðêè óâåëè÷èâàþò äàâëåíèå íàä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè è ïîçâîëÿþò æèäêîñòè íàãðåâàòüñÿ çíà÷èòåëüíî âûøå íîìèíàëüíîé òî÷êè êèïåíèÿ.
Âîïðîñ: ÷òî áóäåò, åñëè äàâëåíèå íà íàãðåâàåìóþ æèäêîñòü áóäåò áåñêîíå÷íî áîëüøèì?
Âîçüì¸ì êàïñóëó èç êàêîãî-íèáóäü ñâåðõïðî÷íîãî òèòàíà, àëìàçà (èëè íåéòðèòà), ïîêðûòîãî âíóòðè ïë¸íêîé, ïðåäîòâðàùàþùåé äàæå ñàìîå ñëàáîå ðàñòâîðåíèå ìàòåðèàëà êàïñóëû â æèäêîñòè. Çàïîëíèì å¸ äîâåðõó âîäîé ëàáîðàòîðíîé ÷èñòîòû, àáñîëþòíî áåç ïðèìåñåé, äàæå áåç ðàñòâîð¸ííûõ â âîäå ãàçîâ. (Ìîæíî, êîíå÷íî, è íå âîäîé, íî ìû æå ïðîâîäèì ìûñëåííûé ýêñïåðèìåíò â ñîîòâåòñòâèè ñ çàðàíåå óòâåðæä¸ííîé ñìåòîé, ïîýòîìó äîëæíû áðàòü ñàìûå äåø¸âûå ìàòåðèàëû! ????). Âíóòðè êàïñóëû íèêàêîãî âîçäóõà íå îñòàëîñü. Íà÷í¸ì ðàâíîìåðíî íàãðåâàòü êàïñóëó. ×òî ïðîèçîéä¸ò ñ âîäîé?
Îòâåò: äîâîëüíî äîëãî äàæå ïîñëå òîãî, êàê òåìïåðàòóðà âîäû ïîäíèìåòñÿ âûøå 100°Ñ íå áóäåò ïðîèñõîäèòü âîîáùå íè÷åãî. Çàòåì íà îáîëî÷êå êàïñóëû íà÷íóò îáðàçîâûâàòüñÿ ìèíèàòþðíûå ïóçûðüêè, òóò æå ñõëîïûâàþùèåñÿ. Ïîòîì íà÷í¸òñÿ ïë¸íî÷íîå êèïåíèå âäîëü ñòåíîê êàïñóëû.  ñàìîé æèäêîñòè ïóçûðüêè îáðàçîâûâàòüñÿ íå áóäóò èì áóäóò ìåøàòü, ñ îäíîé ñòîðîíû, ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå âîäû, à ñ äðóãîé ñèëüíîå áðîóíîâñêîå äâèæåíèå ìîëåêóë, ïîñòîÿííî ðàçðóøàþùåå ýòè ïóçûðüêè. Òàê ÷òî âîäà áóäåò ïåðåãðåòà.  èòîãå ïîëó÷èì êàïëþ ñîâåðøåííî ñïîêîéíîé, íî ïåðåãðåòîé âîäû, ïîäâåøåííóþ íà ïàðîâîé ïîäóøêå â öåíòðå êàïñóëû. Ðàíî èëè ïîçäíî (ñêîðåå, ðàíî) ïàðîâàÿ ïîäóøêà âîêðóã êàïëè äîñòèãíåò ñâîåãî íàñûùåíèÿ, è êîëè÷åñòâî ìîëåêóë âîäû âíóòðè ýòîé ïîäóøêè òî åñòü òîëùèíà ïîäóøêè áóäåò ïîñòîÿííûì.
Ïðè äàëüíåéøåì íàãðåâàíèè äàâëåíèå è òåìïåðàòóðà âíóòðè êàïñóëû áóäåò ðàñòè, òîëùèíà ïàðîâîé ïîäóøêè óâåëè÷èâàòüñÿ, à ðàçìåðû êàïëè â å¸ öåíòðå óìåíüøàòüñÿ. Ïî äîñòèæåíèè òåìïåðàòóðû â 374,15°Ñ è äàâëåíèÿ â 218,3 àòìîñôåð ïîäóøêà çàïîëíèò âñþ êàïñóëó, à ÿâíî çàìåòíàÿ êàïëÿ âîäû â å¸ öåíòðå èñ÷åçíåò. Âîäà ïåðåéä¸ò â ñîñòîÿíèå ñóïåðêðèòè÷åñêîé æèäêîñòè, êîòîðàÿ âåä¸ò ñåáÿ îäíîâðåìåííî è êàê æèäêîñòü, è êàê ãàç.
Ñóïåðêðèòè÷åñêàÿ æèäêîñòü íà ñàìîì äåëå íå æèäêîñòü è íå ãàç, à íå÷òî ñðåäíåå. Ê ïðèìåðó, ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ ó ñóïåðêðèòè÷åñêîé æèäêîñòè íåò, ïîòîìó ÷òî íåò ðàçëè÷èÿ ìåæäó æèäêîñòüþ è ãàçîì. Âÿçêîñòü, ïëîòíîñòü è òåïëîïðîâîäíîñòü ó ñóïåðêðèòè÷åñêîé æèäêîñòè òîæå ñðåäíèå ìåæäó æèäêîñòüþ è ãàçîì. «Èãðàÿ» ñ äàâëåíèåì è òåìïåðàòóðîé, ìîæíî çàñòàâèòü ñóïåðêðèòè÷åñêóþ âîäó âåñòè ñåáÿ áîëüøå êàê âîäó èëè êàê âîäÿíîé ïàð. Ýòî ïîâëèÿåò, ê ïðèìåðó, íà ñïîñîáíîñòü ðàñòâîðÿòü äðóãèå ìàòåðèàëû, êîòîðàÿ ó âîäû âûøå, ÷åì ó âîäÿíîãî ïàðà.
Ñóïåðêðèòè÷åñêèå æèäêîñòè áåç ïðîáëåì ñìåøèâàþòñÿ äðóã ñ äðóãîì, êàê ãàçû, ïðè÷¸ì ðåçóëüòàò ñìåñè òîæå áóäåò ñóïåðêðèòè÷åñêèì. Åñòü äàæå ôîðìóëà äëÿ ðàñ÷¸òà ìèíèìàëüíîé òåìïåðàòóðû, íåîáõîäèìîé äëÿ òîãî, ÷òîáû ñìåñü îñòàâàëàñü ñóïåðêðèòè÷åñêîé. Ïîëó÷èâ ñìåñü ñóïåðêðèòè÷åñêèõ æèäêîñòåé, êîòîðûå â îáû÷íîì ñîñòîÿíèè íå ñìåøèâàþòñÿ, ìîæíî èñïîëüçîâàòü å¸ äëÿ äîñòèæåíèÿ ýôôåêòà, êîòîðûé íåâîçìîæíî äîñòè÷ü, èñïîëüçóÿ êàæäóþ æèäêîñòü ïî îòäåëüíîñòè.
Ñóïåðêðèòè÷åñêèå æèäêîñòè èñïîëüçóþòñÿ ïîâñåìåñòíî.  ãàçîâûõ áàëëîíàõ áûòîâîé ãàç íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè ñóïåðêðèòè÷åñêîé æèäêîñòè (ãàçîì îí ñòàíîâèòñÿ ïîòîì, ïðîéäÿ ÷åðåç ðåäóêòîð, óìåíüøàþùèé äàâëåíèå). Ñóïåðêðèòè÷åñêèå æèäêîñòè (â îñíîâíîì, óãëåêèñëûé ãàç) èñïîëüçóþòñÿ äëÿ óäàëåíèÿ îäíîãî ìàòåðèàëà èç äðóãîãî, ê ïðèìåðó êîôåèíà èç çåë¸íûõ ç¸ðåí êîôå, ïðè÷¸ì óäàë¸ííûé ìàòåðèàë îñòà¸òñÿ ÷èñòûì è ïðèãîäíûì ê èñïîëüçîâàíèþ (ê ïðèìåðó, óäàë¸ííûé èç êîôå êîôåèí èä¸ò â «Red Bull» è äðóãèå ýíåðãåòè÷åñêèå íàïèòêè). Ñóïåðêðèòè÷åñêèé óãëåêèñëûé ãàç èñïîëüçóåòñÿ êàê ÷èñòÿùèé àãåíò â õèì÷èñòêå. Ñóïåðêðèòè÷åñêèå æèäêîñòè èñïîëüçóþòñÿ â îêðàñêå: îáîãàù¸ííîé êðàñêîé ñóïåðêðèòè÷åñêîé æèäêîñòüþ «ñìà÷èâàþò» îêðàøèâàåìûé ïðåäìåò, à çàòåì ðåçêî ñáðàñûâàþò äàâëåíèå, â ðåçóëüòàòå êðàñêà îñòà¸òñÿ âíóòðè îêðàøèâàåìîãî ïðåäìåòà. Èñïîëüçóÿ ñóïåðêðèòè÷åñêóþ æèäêîñòü, ìîæíî çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü ÊÏÄ ðåàêòîðîâ. Åñòü äàæå ñóøêà ñ ïîìîùüþ ñóïåðêðèòè÷åñêèõ æèäêîñòåé, î÷èñòêà îòõîäîâ ñ ïîìîùüþ ñóïåðêðèòè÷åñêèõ æèäêîñòåé è òîìîãðàôèÿ ñ ïîìîùüþ ñóïåðêðèòè÷åñêèõ æèäêîñòåé!
![Ãèäðîòåðìàëüíûé èñòî÷íèê []](https://samlib.ru/img/h/hitech_a/kipenie/blacksmoker.jpg) |
| Ãèäðîòåðìàëüíûå èñòî÷íèêè èçâåðãàþò âîäó â ñóïåðêðèòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè. |
 ïðèðîäå ñóïåðêðèòè÷åñêèå æèäêîñòè òîæå âñòðå÷àþòñÿ. Ê ïðèìåðó, àòìîñôåðà Âåíåðû íà óðîâíå ïîâåðõíîñòè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóïåðêðèòè÷åñêèé óãëåêèñëûé ãàç. Íà Çåìëå ïîäâîäíûå âóëêàíû, ðàñïîëîæåííûå íà ãëóáèíå 3 êèëîìåòðîâ, íàãðåâàþò äî 400 ãðàäóñîâ âîäó, íàõîäÿùóþñÿ ïîä äàâëåíèåì 300 àòìîñôåð, ÷òî áîëåå ÷åì äîñòàòî÷íî äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñóïåðêðèòè÷åñêîé æèäêîñòè (ñì. èëëþñòðàöèþ).
![Ëèöåíçèÿ []](https://samlib.ru/img/h/hitech_a/kipenie/creativecommons.png){kind=small}
Ñòàòüÿ «×òî áóäåò, åñëè êèïÿòèòü âîäó â ãåðìåòè÷íî çàêðûòîé êàïñóëå?» âûïóùåíà ïîä ëèöåíçèåé Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 2.5 Israel License.
Àâòîð è ïðàâîîáëàäàòåëü Alex Hitech.
Источник
Что считать вакуумом?
Слово «вакуум» означает абсолютную пустоту, или пространство, свободное от вещества. Когда нет вещества, нечему и кипеть.
В науке и технике под ним понимают пространство, где давление значительно ниже атмосферного.
Критерием глубины вакуума является степень разрежения. Она определяется отношением давления в объеме к величине атмосферного. Единица измерения, принятая международной системой мер – Паскаль, но применяются и другие.
Нормальное атмосферное давление, измеренное на уровне моря, принято равным 760 мм ртутного столба, или 101325 Па. Например, разрежение, при котором давление равно 100 Па, считается низким, 0,00001 Па – высоким.
Как кипит H2O в таких условиях?
В любом сосуде, заполненном водой, всегда присутствуют частички воздуха. Они остаются на микроскопических трещинах, имеющихся на стенках емкости. По мере нагрева пузырьки увеличиваются, и становятся видимыми невооруженным взглядом, особенно на стенках сосуда и его дне. По сути, это капли насыщенного пара, растворенные в воде.
На определенном этапе пузырьки под действием силы Архимеда начинают выталкиваться наружу. Вода бурлит, но еще не кипит. Это связано с тем, что нагрев происходит неравномерно.
Когда температура на дне сосуда уже достигла 100 °C, а на поверхности воды ещё нет, сила поверхностного натяжения и атмосферное давление препятствуют выходу частиц за пределы емкости. Они возвращаются назад, теряя температуру.
Когда степень нагрева поверхностного и придонного слоя выравнивается, вещество закипает. В вакууме частицам легче покинуть объем сосуда. Этому препятствует только поверхностное натяжение, поэтому кипение начинается при более низкой температуре.
Почему может кипеть при отрицательных температурных значениях?
Когда среда разрежена, вода закипает раньше. Кипение начнется, как только разрежение достигнет величины, при которой температура кипения становится меньше температуры окружающей среды.
Ниже в таблице приведены округленные данные зависимости температуры кипения от давления.
| Давление, Pa | Температура кипения воды | ||
| °C | °F | °K | |
| 101 325 | 100 | 212 | 373 |
| 84 660 | 95 | 205 | 368 |
| 70 060 | 90 | 194 | 363 |
| 47 340 | 80 | 176 | 353 |
| 31 550 | 70 | 158 | 343 |
| 19 900 | 60 | 140 | 333 |
| 12 300 | 50 | 122 | 323 |
| 7 350 | 40 | 104 | 313 |
| 4 230 | 30 | 86 | 303 |
| 3 380 | 27 | 80 | 300 |
| 3 048 | 25 | 76 | 298 |
| 2 710 | 22 | 72 | 295 |
| 2 370 | 20 | 69 | 293 |
| 2 030 | 18 | 64 | 291 |
| 1 670 | 15 | 59 | 288 |
| 1 350 | 12 | 53 | 285 |
| 1 010 | 7 | 45 | 280 |
| 605 | 32 | 273 | |
| 340 | -6 | 21 | 267 |
| 170 | -15 | 6 | 258 |
| 35 | -31 | -24 | 242 |
| 0,16 | -47 | -35 | 226 |
| 0,3 | -51 | -60 | 222 |
| 0,03 | -56 | -70 | 217 |
Вода, отдавая пар, остывает. Он конденсируется и возвращается обратно в жидкое состояние. При дальнейшей откачке воздуха разрежение становится таким, что H2O мгновенно вскипает.
Температура понижается до отрицательной, водяной пар кристаллизуется, образуя лед. Поскольку это сопровождается увеличением объема, образованию льда препятствует внешнее давление.
Чем оно меньше, тем раньше образуется лед. Поэтому, даже при низком разрежении вода неизбежно превратится в пар, затем в лед.
Как быстро закипает?
Все зависит от степени разрежения. При недостаточной откачке воздуха холодная вода кипеть не будет.
Как только его станет меньше, она начнет переходить в паровую фазу.
Происходить это будет длительное время из-за конденсации. Теоретически можно достичь динамического равновесия, когда скорость испарения и скорость конденсации водяного пара равны.
При высоком разрежении закипание наступит практически мгновенно. Затем пар кристаллизируется из-за понижения температуры до отрицательного значения. Этот процесс тоже не займет много времени. Теплопроводность пара значительно выше, чем у воды, остывает он быстрее.
Полезное видео
Наглядно кипение воды в вакууме представлено в видео:
Заключение
Исследования поведения воды в условиях разреженного воздуха очень важны. К примеру, в освоении космического пространства. Там процессы происходят в безвоздушной среде, атмосфера как таковая отсутствует. Есть и другие области деятельности человека, где без таких знаний не обойтись.
А какова Ваша оценка данной статье?
Источник
Достигнешь критических значений и получишь ни то ни сё.
Если в замкнутом объеме нагреть, например, 1 куб см воды до полного испарения
Условие – вода полностью заполняет объем сосуда (т.е. 1 см куб.).
возможно ли вообще такое?
нет (относится к выделенному)
Посчитай давление, примерно 1000 атм, вода при таком давлении переходит в пар где то при 435 градусах, толщина стенок такого котла будет порядка пол метра.
Посчитай давление, примерно 1000 атм, вода при таком давлении переходит в пар где то при 435 градусах, толщина стенок такого котла будет порядка пол метра.
Как вы это считали?
какой, наф, пар?! Ребята, все чтоли болели во второй четверти? 😆
>Посчитай давление, примерно 1000 атм, вода при таком давлении переходит в пар где то при 435 градусах, толщина стенок такого котла будет порядка пол метра.
Хм действительо странно, если учесть, что выше 374 градусов, для воды понятие пара и жидкости отсутствует :lol:, и есть только сверхкритический газ.
Насчет толщины стенок в полметра, тоже что-то странное. Это для котла каких размеров?
Трубка с внутренним диаметром 1 см, должна иметь толщину стенок где-то 2-4 см, чтобы выдержать 1000 атмосфер (смотря из чего сделана).
После крит. температуры вода заполнит весь объём сосуда, т.е. пар будет.
какой, наф, пар?! Ребята, все чтоли болели во второй четверти? 😆
Почему? я задал серьёзный вопрос хочу увидеть расчеты.. вы нет1
После крит. температуры вода заполнит весь объём сосуда, т.е. пар будет.
будет где угодно. но только не в сосуде…
пара без динамического равновесия с другой фазой не бывает
Изменено 11 ноября, 2008 пользователем Moonshine
После крит. температуры вода заполнит весь объём сосуда, т.е. пар будет.
Прочитайте еще раз условие задачи.
я задал серьёзный вопрос хочу увидеть расчеты.. вы нет1
эт вы к чему? 😆
Прочитайте еще раз условие задачи.
эт вы к чему?
Прочёл пять раз… Шедевр
Так и не понял ни чего,о воде речь,о паре или о температуре с давлением.
Знаю точно что в паровозе перегретый пар.Температура 300гр.,давление 16 атм.
Если не выплавит предохранительные пробки то при 25атм. рванёт котёл.
В паравозе порядка 12 атмосфер поддерживается давление. Здесь пара конечно не будет, но давление воды будет тем выше, чем выше температура, при 430 гр, с толщиной стенок не умничайте, она равна 1 см при комнатной температуре, при 500 гр она как минимум утроится, я правда сам ошибся и привёл толщину для 1 куб метра, для 1 куб см будет намного меньше.
Хм действительо странно, если учесть, что выше 374 градусов, для воды понятие пара и жидкости отсутствует , и есть только сверхкритический газ.
Согласен с данным оратором. При заданных условиях будет не вода и не пар, а вещество H2O в “критическом (сверхкритическом) состоянии”.
При заданных условиях будет не вода и не пар, а вещество H2O в “критическом (сверхкритическом) состоянии”
обзовите его состояние хоть наисверхкрити(нис)тическим, от этого “вещество Н2О” не перестанет быть водой. 😆
ЗЫ: и жидкостью тоже! :rolleyes:
взял учебник:
плотность пара будет расти, плотность воды будет падать
в критической точке плотность станет одинаковой
пошукал в гугле:
кртическая температура воды Тс = 647 К, критическое давление рс = 221·10^5 Па = 220 атм
Плотность воды в критической точке достигает 320 кг/м3.
:rolleyes:
Изменено 11 ноября, 2008 пользователем tmpr
ЗЫ: и жидкостью тоже!
Т.е. нагретый до очень высокой температуры куб. сантиметр воды (без изменения объёма) останется в жидком состоянии? Скажем до температуры поверхности солнца?
ну, все верно, только зачем такие сложности? :rolleyes:
Хорошо, что такое плотность? А теперь еще раз к условию задачи. 😆
Скажем до температуры поверхности солнца?
буит жидкость. Но уже не вода, а смесь атомарных газов.
ту ВВ-21
Условия задачи сильно не корректны
Если попытаться ответить на ваш вопрос серьёзно
то его необходимо переформулировать
допустим – что произойдет, если 1см^3 воды при нормальных условиях поместить 1см^3 замкнутого объёма и нагреть до температуры выше температуры кипения?
Мне видятся два принципиально разных варианта развития событий
Вариант первый замкнутый объём(сосуд) сделан из материала обладающего реальными мех. свойствами. По мере нагревания произойдёт увеличение объема жидкости и как следствие увеличение объема замкнутого пространства в котором она находится. далее над жидкостью образуется паровая камера (или не образуется, зависит от мех свойств сосуда) при достижении температуры выше 374,15гр давлении 225,65 бар исчезнет граница между паром и жидкостью… где нибудь на этапе дальнейшего повышение температуры а следовательно и давления объективно произойдет разрушение сосуда если это не произошло ранее.
Вариант второй замкнутый объём сделан из материала обладающего бесконечными мех. свойствами. По мере нагревания не произойдет увеличения объёма, жидкость перейдёт критическую точку далее при температуре в несколько тысяч градусов произойдёт диссоциация на ионы и вода перестанет существовать как химическое соединение.
Но уже не вода, а смесь атомарных газов.
ту ВВ-21
Вариант второй замкнутый объём сделан из материала обладающего бесконечными мех. свойствами. По мере нагревания не произойдет увеличения объёма, жидкость перейдёт критическую точку далее при температуре в несколько тысяч градусов произойдёт диссоциация на ионы и вода перестанет существовать как химическое соединение.
Это всё, часом, не плазмой называться будет?
>Скажем до температуры поверхности солнца?
>буит жидкость. Но уже не вода, а смесь атомарных газов.
Да не буит там жидкости! Жидкость это то, у чего есть поверхностное натяжение и объем! У сверхкритического газа, никакого поверхностного натяжения нету! Объем он тоже заполняет целиком и полностью.
Ежели совсем интерестно посмотреть например на сверхкритический ксенон, можно глянуть фотки у меня на сайте:
https://www.periodictable.ru/054Xe/Xe.html
(пардон за рекламу). Разница между докритическим состоянием очевидна (хотя на фотках все-таки видно не очень хорошо, интереснее вблизи смотреть).
Изменено 11 ноября, 2008 пользователем kotenok
Это всё, часом, не плазмой называться будет?
Да, после ужина эта версия кажется наиболее правильной.
А в чём состоит “безумная идея”? Может это скорее “курилка”?
че-то вы ушли в область формальных определений, а за этим забыли о сути. Плазма, жидкость, газ… Хе… kotenok,
Жидкость это то, у чего есть поверхностное натяжение и объем!
— это вы дали исчерпывающее определение жидкости? А как тогда определить агрегатное состояние 100 грамм воды, выплеснутой за борт на космической станции? 😉 Или с агрегатами гелия?
Фотки с вашего сайта весьма интересны, но только к условиям сабжа отн. не имеют. :clapping: Вот если бы вы изначально наполняли ампулу “под завязку” жидким ксеноном, а потом какими-либо манипуляциями добивались видимого раздела фаз — о-о-о! То да… А так — хорошее наглядное пособие по МКТ. 🙂
Эта тема закрыта для публикации ответов.
Последние посетители
0 пользователей онлайн
Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу
- Активность
Главная
Проекты и готовые изделия
Безумные идеи
Сила воды или пара
Источник
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.
Остаемся на связи в любой момент! Компания Монтажник работает для Вас!
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.
(273+57)/(273+17)=330/290=1.13.
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 воуля 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 о
Может ли кто нибудь из гуру подсказать ответ.
Если в замкнутом объеме нагреть, например, 1 куб см воды до полного испарения. То возможно ли вообще такое? Можем ведь получить просто перегретую воду, но не пар. А если она испарится, то какое при этом будет давление? И какая при этом будет температура?
Условие – вода полностью заполняет объем сосуда (т.е. 1 см куб.).
Я наверно болел, когда это проходили…
ВВ.