Замкнутый сосуд с водой
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 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
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
Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости в каждом из сосудов. Таким образом жидкость может перемещаться из одного сосуда в другой.
Перед тем как понять принцип действия сообщающихся сосудов и варианты их использования необходимо определиться в понятиях, а точнее разобраться с основным уравнением гидростатики.
Итак, сообщающиеся сосуды имеют одно общее дно и закон о сообщающихся сосудах гласит:
Какую бы форму не имели такие сосуды, на поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя на одном уровне действует одинаковое давление.
Для иллюстрации этого закона и возможностей его применения начнем с рассмотрения основного уравнения гидростатики.
Основное уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh
где P1 – это среднее давление на верхний торец призмы,
P – давление на нижний торец,
g – ускорение свободного падения,
h – глубина погружения призмы под свободной поверхностью жидкости.
ρgh – сила тяжести (вес призмы).
Звучит уравнение так:
Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.
Из написанного выше уравнения следует, что если давление, например в верхней точке изменится на какую-то величину ΔР, то на такую же величину изменится давление в любой другой точке жидкости
Доказательство закона сообщающихся сосудов
Возвращаемся к разговору про сообщающиеся сосуды.
Предположим, что имеются два сообщающихся сосуда А и В, заполненные различными жидкостями с плотностями ρ1 и ρ2. Будем считать, что в общем случае сосуды закрыты и давления на свободных поверхностях жидкости в них соответственно равны P1 и P2.
Пусть поверхностью раздела жидкостей будет поверхность ab в сосуде А и слой жидкости в этом сосуде равен h1. Определим в заданных условиях уровень воды в сообщающихся сосудах – начнем с сосуда В.
Гидростатическое давление в плоскости ab, в соответствии с уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh1
если определять его, исходя из известного давления P1 на поверхность жидкости в сосуде А.
Это давление можно определить следующим образом
P = P2 + ρgh2
где h2 – искомая глубина нагружения поверхности ab под уровнем жидкости в сосуде В. Отсюда выводим условие для определения величины h2
P1 + ρ1gh1 = P2 + ρ2gh2
В частном случае, когда сосуды открыты (двление на свободной поверхности равно атмосферному), а следовательно P1 = P2 = Pатм , имеем
ρ1h1 = ρ2h2
или
ρ1 / ρ2 = h2 / h1
т.е. закон сообщающихся сосудов состоит в следующем.
В сообщающихся сосудах при одинаковом давлении на свободных поверхностях высоты жидкостей, отсчитываемые от поверхности раздела, обратно пропорциональны плотностям жидкостей.
Свойства сообщающихся сосудов
Если уровень в сосудах одинаковый, то жидкость одинаково давит на стенки обоих сосудов. А можно ли изменить уровень жидкости в одном из сосудов.
Можно. С помощью перегородки. Перегородка, установленная между сосудами перекроет сообщение. Далее доливая жидкость в один из сосудов мы создаем так называемый подпор – давление столба жидкости.
Если затем убрать перегородку, то жидкость начнет перетекать в тот сосуд где её уровень ниже до тех пор пока высота жидкости в обоих сосудах не станет одинаковой.
В быту этот принцип используется например в водонапорной башне. Наполняя водой высокую башню в ней создают подпор. Затем открывают вентили, расположенные на нижнем этаже и вода устремляется по трубопроводам в каждый подключенный к водоснабжению дом.
Приборы основанные на законе сообщающихся сосудов
На принципе сообщающихся сосудов основано устройство очень простого прибора для определения плотности жидкости. Этот прибор представляет собой два сообщающихся сосуда – две вертикальные стеклянные трубки А и В, соединенные между собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая жидкостью известной плотности ρ1 (например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкости в среднем колене находились на одной и той же отметке прибора 0.
Затем измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой h1 и h2. И имея ввиду, что эти высоты обратно пропорциональны плотностям легко находят плотность исследуемой жидкости.
В случае, когда оба сосуде заполнены одной и той же жидкостью – высоты, на которые поднимется жидкость в сообщающихся сосудах, будут одинаковы. На этом принципе основано устройство так называемого водометного стекла А. Его применяют для определения уровня жидкости в закрытых сосудах, например резервуарах, паровых котлах и т.д.
Принцип сообщающихся сосудов заложен в основе ряда других приборов, предназначенных для измерения давления.
Применение сообщающихся сосудов
Простейшим прибором жидкостного типа является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости.
Пьезометр представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (обычно не более 5 мм), открытую с одного конца и вторым концом присоединяемую к сосуду, в котором измеряется давление.
Высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке – так называемая пьезометрическая высота – характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для определения его величины.
Пьезометр – очень чувствительный и точный прибор, но он удобен только для измерения небольших давлений. При больших давлениях трубка пьезометра получается очень длинной, что усложняет измерения.
В этом случае используют жидкостные манометры, в которых давление уравновешивается не жидкостью, которой может быть вода в сообщающихся сосудах, а жидкостью большей плотности. Обычно такой жидкостью выступает ртуть.
Так как плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды и при измерении одних и тех же давлений трубка ртутного манометра оказывается значительно короче пьезометрической трубки и сам прибор получается компактнее.
В случае если необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или, например, в двух точках жидкости в одном и том же сосуде применяют дифференциальные манометры.
Сообщающиеся сосуды находят применение в водяных и ртутных приборах жидкостного типа, но ограничиваются областью сравнительно небольших давлений – в основном они применяются в лабораториях, где ценятся благодаря своей простоте и высокой точности.
Когда необходимо измерить большое давление применяются приборы основанные на механических принципах. Наиболее распространенный из них – пружинный манометр. Под действием давления пружина манометра частично распрямляется и посредством зубчатого механизма приводит в движение стрелку, по отклонению которой на циферблате показана величина давления.
Видео по теме
Ещё одним устройством использующим принцип сообщающихся сосудов хорошо знакомым автолюбителем является гидравлический пресс(домкрат). Конструктивно он состоит из двух цилиндров: одного большого, другого маленького. При воздействии на поршень малого цилиндра на большой передается усилие во столько раз большего давления во сколько площадь большого поршня больше площади малого.
Вместе со статьей “Закон сообщающихся сосудов и его применение.” читают:
Источник
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.