В закрытом сосуде находится кипящей воде
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
Задачу которую никто не может решить. Так ли это? Как измениться давление воды в замкнутом сосуде при его нагреве?
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 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:
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!
Если у Вас есть идеи о том, о том что Вы бы хотели увидеть на нашем канале. То присылайте их на нашу легкую почту: 426909@bk.ru. Если Вам понравилась статья оцените ее, поставьте палец вверх слева экрана (если Вы читаете ее с компьютера), а также подпишитесь на наш блог, Вас ждет много полезной и интересной информации.
С вами на связи была компания ООО “Монтажник” – официальный дистрибьютор нескольких заводов изготовителей по всей стране. По вопросам приобретения котлов, насосов и другого сопутствующего оборудования (запчасти, дымоходы, автоматика) можете обращаться по телефонам: 8(47354) 2-55-25; 2-69-09 или на электронную почту: 426909@bk.ru или montagnikvrn@yandex.ru.
Наш логотип
Отзывы о нашей компании:
15 лет на рынке – ни одного плохого отзыва за все время работы.
Посмотреть все отзывы.
СПАСИБО ЧТО ОСТАЕТЕСЬ С НАМИ! Рассказывайте друзьям, делитесь материалом со своими знакомыми. Нам важен каждый.
Компания которая относится к своему клиенту с ДУШОЙ!
Заказ через наш интернет магазин
Источник
Учебные занятия
В. И.
Ежов,
СОШ д. Азим-Сирма, Респ. Чувашия
Урок-игра по теме «Молекулярная физика. Термодинамика. Свойства жидкостей и твёрдых тел». 8-й класс
Класс заранее разбивается на две группы (семьи) и готовится к
повторению. Интерес к этой игре у учащихся большой.
Сценарий
(После музыкального
вступления учитель обращается к классу с приветствием.)
Когда-то Лобачевский думал, кутаясь в пальто:
«Как мир прямолинеен, видно, что-то здесь не то!»
Но он вгляделся пристальней в безоблачную высь –
И там все параллельные вдруг пересеклись.
Всё известно вокруг, тем не менее
На земле ещё много того,
Что достойно, поверь, удивления
И твоего, и моего.
Удивляйся росе, удивляйся цветам,
Удивляйся упругости стали,
Удивляйся тому, чему люди порой
Удивляться уже перестали.
Уважаемые
друзья, я искренне рад нашей встрече. Как неизменный ревнитель
просвещения я всегда завидовал и завидую учёным, ведущим битву за
знания на передовом крае науки. Термоядерный синтез, чёрные дыры,
генная инженерия – вот они, славные рубежи. Однако, снимая шляпу перед
первопроходцами и первооткрывателями, я вместе с тем утверждаю, что не
только на переднем крае науки и техники, но и в глубоком её тылу
осталось много непознанного. И посему здесь есть место для научных
открытий вам, сегодняшним школьникам. Сегодня у нас игра «Счастливый
случай». К нам издалека приехали две семьи и, надеюсь, они представят
себя.
(Представление семей.)
Итак, начнём игру. Первой вступит в игру «семья
Петровых», затем – «семья Ивановых».
Первый гейм. «Дальше,
дальше…» (за один верный ответ – 1 балл)
Вопросы «Петровым».
Переход молекул из жидкости в пар называется… • Пар, находящийся в
динамическом равновесии со своей жидкостью, называется… • При
повышении внешнего давления температура кипения жидкости… • Давление,
которое производил бы водяной пар, если бы отсутствовали остальные
газы, называют… • Прибор для измерения относительной влажности
жидкости называется… • Температура, при которой исчезают
различия в физических свойствах между жидкостью и её насыщенным паром,
называется… • Выделяется или поглощается теплота при конденсации
водяного пара? • В герметично закрытом сосуде находится только
ненасыщенный водяной пар. Изменится ли концентрация молекул пара при
нагревании сосуда? • Как изменится внутренняя энергия идеального газа
при адиабатическом расширении? • В каком процессе изменение внутренней
энергии системы равно количеству переданной теплоты? • Парообразование,
происходящее во всём объёме жидкости, называется… • Количество
теплоты, необходимое для превращения единицы массы жидкости в пар,
называется… • Искривление свободной поверхности жидкости
около
твёрдой стенки сосуда называется… • Масса водяных паров, содержащихся
в 1 м3, называется…
• Высота подъёма жидкости в капиллярных трубках
при замене воды мыльным раствором… • Что является холодильником
для большинства тепловых двигателей? • Для нормального
самочувствия необходимо, чтобы относительная влажность воздуха была
равна… (40–60%) • Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в
жидкое называется…
Вопросы
«Ивановым».
Переход молекул из пара в жидкость называется… • Пар, который простым
сжатием при неизменной температуре превращается в жидкость,
называется… • При понижении внешнего давления температура кипения
жидкости… • Отношение парциального давления водяного пара,
содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенных
паров при той же температуре, выраженное в процентах, называется… •
Выделяется или поглощается энергия при испарении воды? • Как изменяется
внутренняя энергия идеального газа при изотермическом сжатии? • Какой
процесс произошёл при сжатии газа, если работа, совершаемая внешними
силами над газом, равна изменению внутренней энергии? • Температура
кипения воды в открытом сосуде равна 100 °С. Как изменится температура
кипения, если нагревание воды производить в герметично закрытом сосуде?
• Уменьшается или увеличивается температура жидкости при испарении? • В
цилиндре, герметично закрытом поршнем, находятся вода и насыщенный
водяной пар. Как изменится давление в цилиндре, если при перемещении
поршня объём увеличивается, а температура поддерживается постоянной? •
Процесс, происходящий только в одном направлении, называется… •
Температура, при которой выпадает роса, называется… • Узкие
цилиндрические трубки диаметром около миллиметра и менее называются… •
Поднимается или опускается жидкость, смачивающая твёрдое тело, в
капиллярах? • Подвижная деталь теплового двигателя – … • Можно ли в
циклическом процессе превратить всю теплоту в работу? • Отношение
работы, совершаемой двигателем, к полученной энергии,
называется… • Процесс перехода жидкости в твёрдое тело
называется…
Музыкальная
пауза. Объявление результатов
Второй гейм. «Заморочки
из бочки» (за каждый правильный полный ответ – 2 балла, за неполный –
1 балл)
(Поочерёдно каждая семья
вытаскивает из бочки 3–5 вопросов и отвечает на них.)
•
Вычислите массу насыщенного водяного пара в 1 м3
воздуха при
температуре 20 °С. • Известно, что с понижением давления температура
кипения воды уменьшается. Почему же в таком случае не изготавливать
кухонные кастрюли с отсосом воздуха? • Как заставить закипеть жидкость,
не нагревая сосуда? • На улице моросит холодный весенний дождь. В
комнате развешано выстиранное бельё. Высохнет ли бельё быстрее, если
открыть форточку? • Ты мне, я тебе… • Определите
относительную
влажность воздуха с помощью психрометра. • Парциальное давление водяных
паров в атмосфере при 20 °С равно 0,75 кПа. Определите относительную
влажность воздуха. • Ты мне, я тебе… • При испарении жидкости её
температура понижается. Почему же вода в открытом сосуде не замерзает?
• При погружении в жидкость капиллярной стеклянной трубки уровень
жидкости в ней поднялся на 4 мм над уровнем жидкости в сосуде. Чему
будет равна в этом капилляре высота подъёма уровня жидкости, у которой
в два раза большая плотность? • «Счастливый случай» • Спирт
кипит
при температуре 78 °С, а вода – при 100 °С. Почему спиртовым
термометром можно измерить температуру кипящей воды? (Ответ. Объём
канала над спиртом в термометре ничтожен. При нагревании меняется
давление насыщенных паров спирта, поэтому и кипение происходит при
более высокой температуре (как в скороварке). Выкипает ничтожная доля
спирта. – Ред.) • Найдите относительную влажность воздуха в комнате при
18 °С, если точка росы 10 °С. • Почему капли жира, плавающие на
поверхности горячего супа, имеют при наблюдении сверху вид
кругов? • Найдите высоту столбика воды в капиллярной трубке
диаметром
0,5 мм. Коэффициент поверхностного натяжения воды 73
мН/м. • Газу передано 300 Дж количества теплоты, при этом он совершил
работу 400 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?
•
Как изменится высота капиллярного поднятия жидкости при повышении
температуры? • Почему запотевают очки, когда человек входит с мороза в
комнату? Несколько дней в 1952 г. Лондон был окутан столь
густым
туманом (смогом), что видимость была минимальной, и в городе погибли
около 4 тыс. человек. В последние годы лондонские туманы стали
относительно слабыми. Одна из причин этого заключается в том, что
сейчас там для отопления редко используют уголь. Объясните этот факт.
(Ответ. Для образования тумана нужны мелкие частицы, на
которых
мог бы конденсироваться водяной пар.)
Музыкальная
пауза. Объявление результатов
Третий гейм. «Гонка за
лидером» (за один верный ответ – 1 балл)
Вопросы «Петровым».
Отношение числа молекул в данном теле к числу Авогадро, называется… •
Тепловое движение взвешенных в жидкости частиц называется… • Газ,
взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало,
называется… • Прибор для измерения температуры – … •
Процесс
изменения состояния термодинамической системы при постоянном
давлении… • Формула основного уравнения МКТ газов: … • Формула для
относительной влажности воздуха: …
• Формула для внутренней энергии идеального газа: …
•
Первый закон термодинамики: … • Уравнение состояния идеального газа:
… • Формула для количества теплоты, необходимого для нагревания
определённой массы вещества: … • Формула для силы поверхностного
натяжения: … • Единица давления: … • Единица энергии: … • Единица
количества вещества: … • Единица скорости: … • Физическая величина,
характеризующая состояние термодинамического равновесия
макроскопической системы, –… • Прибор для измерения
давления. •
Как по внешнему виду отличить в бане трубу с холодной водой от трубы с
горячей водой?
Вопросы «Ивановым».
Масса 1 моля вещества называется… • Тело сохраняет свой
объём,
но легко меняет форму. В каком состоянии находится вещество, из
которого состоит тело? • Давление газа пропорционально… •
Состояние теплового равновесия характеризуется… • Процесс
изменения состояния термодинамической системы при постоянной
температуре… • Формула для количества вещества: … •
Формула
для связи кинетической энергии с температурой тела: … • Уравнение
изотермического процесса: … • Формула для работы газа: … •
Уравнение изохорного процесса: … • Формула для коэффициента полезного
действия тепловой машины: … • Уравнение состояния изобарического
процесса: … • Формула для количества теплоты, необходимого для
плавления некоторой массы вещества: … • Единица температуры: … •
Единица количества вещества: … • Единица молярной массы: … •
Единица относительной влажности: … • На расстояниях, в несколько раз
превышающих размеры молекул, преобладают силы… • Газ, взаимодействием
между молекулами которого можно пренебречь, называют…
Музыкальная
пауза. Объявление результатов
«Тёмная лошадка»
Учитель (вызывает
помощника из зала, который будет раскрывать карточки с вопросами).
Его вы все знаете. Каждый день он поругивает вас за опоздания на уроки,
руководит всем учебным процессом в школе, он же ещё и хорошо поёт. (Это – завуч школы.)
Попросим его к столу.
•
Если в жаркий день приложить к щеке лист растения, то можно
почувствовать прохладу. Почему? • Почему в холод многие животные
свёртываются в клубок, а в жару, наоборот, стремятся распластаться как
можно сильнее? • Дорого слово лишь к месту,//Там, где есть надобность в
слове.//Держится прочно краска//Только на чистой основе. Почему? •
Прошёл человек по сырому песку,//Водой пропитался оставленный след,//За
ним и другой… Объясни, почему? • Алюминий… Дырка в баке,//Хоть сто
тысяч лет паяй,//Оловянная заплата//Не пристанет – так и знай.
Догадайся, почему?//Объясни – и я пойму. (Ответ. Алюминий на воздухе
легко окисляется.) • Зимним днём расселись гости//Всюду в комнате
моей.//Окна быстро запотели.//Почему? Cкажи скорей. • Один поэт так
написал о капле: «Она жила и по стеклу текла, но вдруг её морозом
оковало, и неподвижной льдинкой капля стала, а в мире поубавилось
тепла». Какая физическая ошибка здесь допущена?
Подведение итогов.
Награждение
Учитель.
Конфеты – обеим командам. В древности богам приписывалась власть над
теми или иными природными явлениями, но следует ли обвинять в кознях
домового, если дымит печка? Может, всё дело в том, что дымоход давно не
чистили, а печь пора отремонтировать? Знание физики всегда пригодится
нам в жизни. Спасибо за участие в игре!
Источник