Теплопроводность водяного пара при высоких температурах
В таблице приведены значения теплопроводности диссоциированного водяного пара в размерности Вт/(м·град) при температурах от 1400 до 6000 K и давлении от 0,1 до 100 атм.
По данным таблицы, теплопроводность водяного пара при высоких температурах заметно увеличивается в области 3000…5000 К. При высоких значениях давления максимум коэффициента теплопроводности достигается при более высоких температурах.
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000!
- Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.
Физические свойства воды при температуре от 0 до 100°С
В таблице представлены следующие физические свойства воды: плотность воды ρ, удельная энтальпия h, удельная теплоемкость Cp, теплопроводность воды λ, температуропроводность воды а, вязкость динамическая μ, вязкость кинематическая ν, коэффициент объемного теплового расширения β, коэффициент поверхностного натяжения σ, число Прандтля Pr. Физические свойства воды приведены в таблице при нормальном атмосферном давлении в интервале от 0 до 100°С.
Физические свойства воды существенно зависят от ее температуры. Наиболее сильно эта зависимость выражена у таких свойств, как удельная энтальпия и динамическая вязкость. При нагревании значение энтальпии воды значительно увеличивается, а вязкость существенно снижается. Другие физические свойства воды, например, коэффициент поверхностного натяжения, число Прандтля и плотность уменьшаются при росте ее температуры. К примеру, плотность воды при нормальных условиях (20°С) имеет значение 998,2 кг/м3, а при температуре кипения снижается до 958,4 кг/м3.
Такое свойство воды, как теплопроводность (или правильнее — коэффициент теплопроводности) при нагревании имеет тенденцию к увеличению. Теплопроводность воды при температуре кипения 100°С достигает значения 0,683 Вт/(м·град). Температуропроводность H2O также увеличивается при росте ее температуры.
Следует отметить нелинейное поведение кривой зависимости удельной теплоемкости этой жидкости от температуры. Ее значение снижается в интервале от 0 до 40°С, затем происходит постепенный рост теплоемкости до величины 4220 Дж/(кг·град) при 100°С. Физические свойства воды при атмосферном давлении — таблица
| t, °С → | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | |
| ρ, кг/м3 | 999,8 | 999,7 | 998,2 | 995,7 | 992,2 | 988 | 983,2 | 977,8 | 971,8 | 965,3 | 958,4 |
| h, кДж/кг | 42,04 | 83,91 | 125,7 | 167,5 | 209,3 | 251,1 | 293 | 335 | 377 | 419,1 | |
| Cp, Дж/(кг·град) | 4217 | 4191 | 4183 | 4174 | 4174 | 4181 | 4182 | 4187 | 4195 | 4208 | 4220 |
| λ, Вт/(м·град) | 0,569 | 0,574 | 0,599 | 0,618 | 0,635 | 0,648 | 0,659 | 0,668 | 0,674 | 0,68 | 0,683 |
| a·108, м2/с | 13,2 | 13,7 | 14,3 | 14,9 | 15,3 | 15,7 | 16 | 16,3 | 16,6 | 16,8 | 16,9 |
| μ·106, Па·с | 1788 | 1306 | 1004 | 801,5 | 653,3 | 549,4 | 469,9 | 406,1 | 355,1 | 314,9 | 282,5 |
| ν·106, м2/с | 1,789 | 1,306 | 1,006 | 0,805 | 0,659 | 0,556 | 0,478 | 0,415 | 0,365 | 0,326 | 0,295 |
| β·104, град-1 | -0,63 | 0,7 | 1,82 | 3,21 | 3,87 | 4,49 | 5,11 | 5,7 | 6,32 | 6,95 | 7,52 |
| σ·104, Н/м | 756,4 | 741,6 | 726,9 | 712,2 | 696,5 | 676,9 | 662,2 | 643,5 | 625,9 | 607,2 | 588,6 |
| Pr | 13,5 | 9,52 | 7,02 | 5,42 | 4,31 | 3,54 | 2,93 | 2,55 | 2,21 | 1,95 | 1,75 |
Примечание: Температуропроводность в таблице дана в степени 108 , вязкость в степени 106 и т. д. для других свойств. Размерность физических свойств воды выражена в единицах .
Плотность воды в зависимости от температуры
Принято считать, что плотность воды равна 1000 кг/м3, 1000 г/л или 1 г/мл, но часто ли мы задумываемся при какой температуре получены эти данные?
Максимальная плотность воды достигается при температуре 3,8…4,2°С. В этих условиях точное значение плотности воды составляет 999,972 кг/м3. Такая температурная зависимость плотности характерна только для воды. Другие распространенные жидкости не имеют максимума плотности на этой кривой — их плотность равномерно снижается по мере роста температуры.
Вода существует как отдельная жидкость в диапазоне температуры от 0 до максимальной 374,12°С — это ее критическая температура, при которой исчезает граница раздела между жидкостью и водяным паром. Значения плотность воды при этих температурах можно узнать в таблице ниже. Данные о плотности воды представлены в размерности кг/м3 и г/мл.
В таблице приведены значения плотности воды в кг/м3 и в г/мл (г/см3), допускается интерполяция данных. Например, плотность воды при температуре 25°С можно определить, как среднее значение от величин ее плотности при 24 и 26°С. Таким образом, при температуре 25°С вода имеет плотность 997,1 кг/м3 или 0,9971 г/мл.
Значения в таблице относятся к пресной или дистиллированной воде. Если рассматривать, например, морскую или соленую воду, то ее плотность будет выше — плотность морской воды равна 1030 кг/м3. Плотность соленой воды и водных растворов солей можно узнать в этой таблице. Плотность воды при различных температурах — таблица
| t, °С | ρ, кг/м3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м3 | ρ, г/мл |
| 999,8 | 0,9998 | 62 | 982,1 | 0,9821 | 200 | 864,7 | 0,8647 | |
| 0,1 | 999,8 | 0,9998 | 64 | 981,1 | 0,9811 | 210 | 852,8 | 0,8528 |
| 2 | 999,9 | 0,9999 | 66 | 980 | 0,98 | 220 | 840,3 | 0,8403 |
| 4 | 1000 | 1 | 68 | 978,9 | 0,9789 | 230 | 827,3 | 0,8273 |
| 6 | 999,9 | 0,9999 | 70 | 977,8 | 0,9778 | 240 | 813,6 | 0,8136 |
| 8 | 999,9 | 0,9999 | 72 | 976,6 | 0,9766 | 250 | 799,2 | 0,7992 |
| 10 | 999,7 | 0,9997 | 74 | 975,4 | 0,9754 | 260 | 783,9 | 0,7839 |
| 12 | 999,5 | 0,9995 | 76 | 974,2 | 0,9742 | 270 | 767,8 | 0,7678 |
| 14 | 999,2 | 0,9992 | 78 | 973 | 0,973 | 280 | 750,5 | 0,7505 |
| 16 | 999 | 0,999 | 80 | 971,8 | 0,9718 | 290 | 732,1 | 0,7321 |
| 18 | 998,6 | 0,9986 | 82 | 970,5 | 0,9705 | 300 | 712,2 | 0,7122 |
| 20 | 998,2 | 0,9982 | 84 | 969,3 | 0,9693 | 305 | 701,7 | 0,7017 |
| 22 | 997,8 | 0,9978 | 86 | 967,8 | 0,9678 | 310 | 690,6 | 0,6906 |
| 24 | 997,3 | 0,9973 | 88 | 966,6 | 0,9666 | 315 | 679,1 | 0,6791 |
| 26 | 996,8 | 0,9968 | 90 | 965,3 | 0,9653 | 320 | 666,9 | 0,6669 |
| 28 | 996,2 | 0,9962 | 92 | 963,9 | 0,9639 | 325 | 654,1 | 0,6541 |
| 30 | 995,7 | 0,9957 | 94 | 962,6 | 0,9626 | 330 | 640,5 | 0,6405 |
| 32 | 995 | 0,995 | 96 | 961,2 | 0,9612 | 335 | 625,9 | 0,6259 |
| 34 | 994,4 | 0,9944 | 98 | 959,8 | 0,9598 | 340 | 610,1 | 0,6101 |
| 36 | 993,7 | 0,9937 | 100 | 958,4 | 0,9584 | 345 | 593,2 | 0,5932 |
| 38 | 993 | 0,993 | 105 | 954,5 | 0,9545 | 350 | 574,5 | 0,5745 |
| 40 | 992,2 | 0,9922 | 110 | 950,7 | 0,9507 | 355 | 553,3 | 0,5533 |
| 42 | 991,4 | 0,9914 | 115 | 946,8 | 0,9468 | 360 | 528,3 | 0,5283 |
| 44 | 990,6 | 0,9906 | 120 | 942,9 | 0,9429 | 362 | 516,6 | 0,5166 |
| 46 | 989,8 | 0,9898 | 125 | 938,8 | 0,9388 | 364 | 503,5 | 0,5035 |
| 48 | 988,9 | 0,9889 | 130 | 934,6 | 0,9346 | 366 | 488,5 | 0,4885 |
| 50 | 988 | 0,988 | 140 | 925,8 | 0,9258 | 368 | 470,6 | 0,4706 |
| 52 | 987,1 | 0,9871 | 150 | 916,8 | 0,9168 | 370 | 448,4 | 0,4484 |
| 54 | 986,2 | 0,9862 | 160 | 907,3 | 0,9073 | 371 | 435,2 | 0,4352 |
| 56 | 985,2 | 0,9852 | 170 | 897,3 | 0,8973 | 372 | 418,1 | 0,4181 |
| 58 | 984,2 | 0,9842 | 180 | 886,9 | 0,8869 | 373 | 396,2 | 0,3962 |
| 60 | 983,2 | 0,9832 | 190 | 876 | 0,876 | 374,12 | 317,8 | 0,3178 |
Следует отметить, что при увеличении температуры воды (выше 4°С) ее плотность уменьшается. Например, по данным таблицы, плотность воды при температуре 20°С равна 998,2 кг/м3, а при ее нагревании до 90°С, величина плотности снижается до значения 965,3 кг/м3. Удельная масса воды при нормальных условиях значительно отличается от ее плотности при высоких температурах. Средняя плотность воды, находящейся при температуре 200…370°С намного меньше ее плотности в обычном температурном диапазоне от 0 до 100°С.
Смена агрегатного состояния воды приводит к существенному изменению ее плотности. Так, величина плотности льда при 0°С имеет значение 916…920 кг/м3, а плотность водяного пара составляет величину в сотые доли килограмма на кубический метр. Следует отметить, что значение плотности воды почти в 1000 раз больше плотности воздуха при нормальных условиях.
Кроме того, вы также можете ознакомиться с таблицей плотности веществ и материалов.
Единицы измерения плотности
Какова единица плотности в СИ?В СИ плотность вещества измеряется в килограммах на кубический метр ($1 \frac{кг}{м^3}$).
Какие еще единицы плотности вам известны?Часто используется другая единица измерения — граммы на кубический сантиметр ($1 \frac{г}{см^3}$) (рисунок 4).
Рисунок 4. Плотности различных веществ в $\frac{г}{см^3}$
Иногда нам потребуется переводить плотность веществ, выраженную в $\frac{кг}{м^3}$ в $ \frac{г}{см^3}$.
Давайте выразим плотность мрамора ($2700 \frac{кг}{м^3}$) в $\frac{г}{см^3}$:
$$\rho = 2700 \cdot \frac{1 \space кг}{1 \space м^3} = 2700 \cdot \frac{1000 \space г}{1 \space 000 \space 000 \space см^3} = \frac{2700}{1000} \cdot \frac{г}{см^3} = 2.7 \frac{г}{см^3}$$
{"questions":,"answer":}}}]}Как определить плотность жидкости
Математический расчет плотности жидкого вещества выглядит как частное от деления взятой массы на тот объем, который оно занимает.
\(\rho=m\div V\)
Где m — масса жидкости, V — ее объем.
Единицей измерения плотности является кг/м3 (для системы СИ). Обозначение в системе CUC — г/см3.
Жидкость, представляющая собой смесь двух и более компонентов, имеет значение плотности, определяемой по формуле:
\(\rho=(\rho1\times V1+\rho2V2)\div(V1+V2)\)
Существует деление жидкостей на:
- Идеальные — имеются ввиду абсолютно подвижные жидкие вещества, на которых не действуют посторонние силы. Они неизменны в своем объеме. Таких жидкостей практически не бывает.
- Реальные — могут сжиматься, сопротивляться давлению, т.е. реагировать на посторонние силы.
Реальные, в свою очередь, подразделяются на:
- Ньютоновские — для них характерно послойное движение (сдвигание), скорость которого пропорциональна напряжению. Когда регистрируется абсолютный покой, напряжение равно нулю. К ньютоновским жидкостям относятся вода, масло, керосин, бензин и др.
- Бингамовские — жидкости, имеющие начальный предел текучести, ниже которого они не текут и имеют свойства твёрдого тела.
Как определить плотность воздуха
Провести непосредственные измерения не представляется возможным. Для расчетов существуют конкретные формулы, чтобы получить нужный показатель. Есть 2 вида плотностей: весовая и массовая. В основном используют последнюю.
1. Буквой g обозначают весовую плотность воздуха (это вес на один кубометр). Измеряется он соотношением веса соединения (который вымеряют в кгс) на его объем (м3).
2. Из-за многих нюансов показатели могут меняться. Влияет на это вращение Земли, географическая широта, сила инерции. Так, например, на экваторе вес будет меньше на 5% по сравнению с полюсами. Было измерено то, что если давление будет 769 мм рт. ст, а температура будет +15, то один кубометр будет иметь весовую плотность около 1,225 кгс.
3. В формулах используются различные обозначения. Буквой р обозначают массовую плотность воздуха – это масса на один кубометр воздуха. Известно, что она не меняется от внешних факторов, всегда равняется одному показателю. За единицу массы плотности принята масса гири из иридистой платины, хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже. Если же говорить о формуле, то эта плотность равняется отношению массы к плотности воздуха.
4. Когда происходят какие-то изменения (то ли в температуре, то ли в давлении воздуха), то и сама плотность изменяется. При изменяющихся показателях массовая плотность воздуха вычисляется по формуле: p = 0,0473 х В / Т. Здесь В – барометрическое давление, измеряется в мм рт. ст., Т – температура воздуха, измеряется в Кельвинах.
5. Если давление увеличится, а температура, наоборот, понизится, то плотность воздуха будет расти. Исходя из такого утверждения можно сделать вывод, что в зимние морозы она будет самая высокая. Чем выше подниматься в пространстве, тем больше будет уменьшаться плотность, ведь давление становится меньше.
Как определить насыпную плотность
Насыпную плотность определяют разными способами. Одни могут использоваться даже в полевых у словиях, другие доступны только в специализированных лабораториях.
Весовой метод
Это самый простой способ определения показателя. Для его проведения необходимо иметь воронку, цилиндр определенного объема и весы. Материал засыпают в воронку, из которой он поступает в цилиндр. Когда емкость полностью заполнится, специальной пластиной выравнивают верхний слой. Затем пробу взвешивают и вычисляют соотношение массы к объему.
Весовым методом можно определить насыпную плотность и в полевых условиях. Достаточно иметь емкость известного объема (например, ведро) и бытовые весы. В ведро насыпаем мате риал и взвешиваем. Получаем вес. Далее вычисляем насыпную плотность.
Например, ведро 10 литров имеет объем 0,01 м³. Гранитный щебень, помещенный в это ведро, весит 18 кг. Это значит, что насыпная плотность будет равна 1800 кг/м³. Понятно, что результат будет лишь приблизительным, так как в лабораторных условиях точно взвешивают масс у емкости и массу пробы, пробу насыпают с определенной высоты и так далее. Но если под рукой нет оборудования и специалистов, то можно определить примерную насыпную плотность таким вот образом.
Метод режущих колец
Насыпную плотность грунта вычисляют с помощью режущих колец с известным объемом. В качестве вспомогательных инструментов служат нож и две металлические пластины.
Последовательность методики следующая:
- Взвешивают кольцо и пластины
- Выравнивают ножом поверхность грунта
- Смазывают внутреннюю поверхность кольца техническим маслом
- Опускают кольцо в гр унт, пока он полностью не заполнит внутреннее пространство
- Выравнивают ножом верхний край
- Срезают грунт снизу кольца конусом
- Аккуратно на ноже переносят кольцо на пластину и устанавливают вверх конусом
- Срезают верхний слой земли на уровне кольца
- Взвешивают пробу и отнимают от ее массы данные кольца и пластин
- Разделяют вес грунта на объем кольца и получают насыпн ую плотность
Лабораторные методы
В научных лабораториях применяют косвенные методы определения насыпной плотности по затуханию рентгеновских, радиоактивных или ультразвуковых лучей. При прохождении через разные материалы они частично поглощаются. С помощью специальных п риборов измеряется интенсивность излучения до и после прохождения через пробу.
По величине насыпной плотности материалы разделяют на группы:
- Легкие (меньше 600 кг/м³)
- Средние (600-11 00 кг/м³)
- Тяжелые (1100-2000 кг/м³)
- Сверхтяжелые (больше 2000 кг/м³)
Правила отбора проб
Общие требования к процедуре отбора проб воды отражены в ГОСТ 31861 — 2012 (с 01 августа 2021 года — ГОСТ Р 59024-2020) и ГОСТ 17.1.5.05-85.
Для определения цветности в стеклянную или пластиковую емкость отбирают не менее 200 см воды (питьевой или природной). К анализу приступают в кратчайшие сроки — не позднее, чем через шесть часов после проботбора. При невозможности провести анализ в указанные сроки, пробу помещают в холодильную камеру при температуре от 2 °С до 8 °С, но не более, чем на 24 ч. Перед анализом охлажденная проба выдерживается при комнатной температуре не менее двух часов. Консервация пробы не допускается.
Прочность
Основной показатель прочности щебня — марка по дробимости. Она показывает, насколько материал устойчив к нагрузкам. Чем больше цифра, тем прочнее материал.
Марка по дробимости известнякового щебня в Свердловском регионе колеблется от М400 до М1200. Она зависит от фракции и места добычи породы. Материал способен выдерживать давление от 0,4 до 100 МПа. Для сравнения, гранит выдерживает 90-250 МПа, а габбро — 200-300 МПа.
Щебень из известняка не является самым прочным. Его нельзя использовать в ответственных конструкциях — для фундаментов многоэтажных домов, дорог с высоким трафиком, инженерных соо ружений (мостов, путепроводов). Но в частном строительстве он очень востребован, вполне подходит для стяжки, фундамента одноэтажных построек, отсыпки дорожек и дворов.
Истираемость
Даже самый прочный камень со временем изнашивается, если по нему ездят автомобили или ходят пешеходы. Мы можем это заметить на старых ступенях, тротуарных плитах. Насколько подвержен щебень истираемости можно определить, прокручивая его в барабане вместе с железными шарами.
После испытания отделяют раскрошившиеся частицы, определяют потерю массы и присваивают марку:
- И1 — потеря массы на 25%
- И2 — на 25-35 %
- И3 — на 35-45%
- И4 — на 45-60%
Истираемость известнякового щебня зависит от его прочности. Чаще всего она имеет значение И2-И3. Это значит, что покрытия будут изнашиваться значительно быстрее, чем при использовании гранитного или диоритового щебня.
Что такое гидросфера
Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли, расположенную между атмосферой (газовой оболочкой) и литосферой (твердой земной корой).
В состав гидросферы входит вода, которая представлена в 3 состояниях:
- жидком,
- твердом (ледники),
- газообразном (в виде водяного пара, входящего в состав нижних участков атмосферы).
В состав данной системы входит большое количество различных химических элементов: различных минеральных солей, газов, других соединений.
Гидросфера является динамической, постоянно меняющейся системой, образующей круговорот воды в природе, когда жидкость испаряется из источников, поднимаясь в виде газа в атмосферу, а затем конденсируется, выпадая в виде осадков.
Теории формирования
В современном научном обществе существуют 2 основных теории формирования гидросферы.
Это:
- теллурическая теория,
- космическая теория.
Приверженцы теллурической теории считают, что земная кора, атмосфера и водная оболочка планеты формировались в одно и то же время, разделяясь в результате процессов плавления и высвобождения газов, запертых в твердых веществах.
Известно, что Земля сформировалась из протопланетного облака, в составе которого уже находились различные элементы, но они входили в состав твердых частиц. Когда планета достигла довольно большого размера, в ней стали происходить определенные изменения, которые связаны с силами гравитации и распадом радиоактивных элементов в недрах Земли. Все это привело к разогреву планеты, что в свою очередь стало причиной дифференциации ее составных элементов.
Самые легкие из них, постепенно превращаясь в пар, сформировали основу атмосферы, а затем и гидросферы, более тяжелые вошли в состав земной коры и недр планеты (наиболее объемные элементы, например железо и никель, составляют земное ядро и мантию).
Водная оболочка Земли формировалась очень медленными темпами. Сначала все легкие элементы преобладали в газообразном состоянии, но благодаря тому, что температура над поверхностью планеты была сравнительно невысокой (по сравнению с ее недрами), эти газы конденсировались, образуя с течением времени гидросферу.
Космическая теория гласит, что вся вода, которая содержится на нашей планете, имеет внеземное происхождение. Она была доставлена кометами и метеорами, прилетающими из космоса. В тот период времени, когда планета только сформировалась, она подвергалась постоянным ударам космических тел, в состав которых входили мельчайшие частички воды. Конечно, их количество было весьма незначительным, но благодаря тому, что эта атака продолжалась на протяжении миллионов лет, на поверхности и в недрах планеты скопились масштабные водные запасы.
Существует мнение, что обе этих теории являются верными. Согласно этому мнению, часть гидросферы сформировалась в результате естественных планетарных процессов, характерных для планет земного типа, другая часть прибыла к нам вместе с космическими телами.
Теплофизические свойства водяного пара при различных температурах на линии насыщения
В таблице представлены теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения в зависимости от температуры. Свойства пара приведены в таблице в интервале температуры от 0,01 до 370°С.
Каждой температуре соответствует давление, при котором водяной пар находится в состоянии насыщения. Например, при температуре водяного пара 200°С его давление составит величину 1,555 МПа или около 15,3 атм.
Удельная теплоемкость пара, теплопроводность и его динамическая вязкость увеличиваются по мере роста температуры. Также растет и плотность водяного пара. Водяной пар становится горячим, тяжелым и вязким, с высоким значением удельной теплоемкости, что положительно влияет на выбор пара в качестве теплоносителя в некоторых типах теплообменных аппаратов.
Например, по данным таблицы, удельная теплоемкость водяного пара Cp при температуре 20°С равна 1877 Дж/(кг·град), а при нагревании до 370°С теплоемкость пара увеличивается до значения 56520 Дж/(кг·град).
В таблице даны следующие теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения:
- давление пара при указанной температуре p·10-5, Па;
- плотность пара ρ″, кг/м3;
- удельная (массовая) энтальпия h″, кДж/кг;
- теплота парообразования r, кДж/кг;
- удельная теплоемкость пара Cp, кДж/(кг·град);
- коэффициент теплопроводности λ·102, Вт/(м·град);
- коэффициент температуропроводности a·106, м2/с;
- вязкость динамическая μ·106, Па·с;
- вязкость кинематическая ν·106, м2/с;
- число Прандтля Pr.
Удельная теплота парообразования, энтальпия, коэффициент температуропроводности и кинематическая вязкость водяного пара при увеличении температуры снижаются. Динамическая вязкость и число Прандтля пара при этом увеличиваются.
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100! Например, теплопроводность пара при температуре 100°С равна 0,02372 Вт/(м·град).
Плотность воздуха в зависимости от температуры
Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.
На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).
| t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 | |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м3. При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м3, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.
Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м3, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м3. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м3.
Масса
Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.
До недавнего времени в Международном бюро мер и весов в Париже хранился цилиндр массой один килограмм. Цилиндр был изготовлен из сплава иридия и платины и служил для всего мира эталоном килограмма. Правда, со временем его масса изменилась, и пришлось придумать новый эталон — электромагнитные весы.
Высота этого цилиндра была приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно было приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона F = ma F — сила m — масса a — ускорение [м/с2] |
В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.
Закон всемирного тяготения F — сила тяготения M — масса первого тела (часто планеты) m — масса второго тела R — расстояние между телами G — гравитационная постоянная G = 6,67 · 10−11м3 · кг−1 · с−2 |
Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне.
Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Получить
Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета
Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:
Нагревание Q = cm(tконечная – tначальная) Охлаждение Q = cm(tначальная – tконечная) Q — количество теплоты c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C] m — масса tконечная — конечная температура tначальная — начальная температура |
В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.
С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:
Удельная теплоемкость вещества c= Q/m(tконечная – tначальная) Q — количество теплоты c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C] m — масса tконечная — конечная температура tначальная — начальная температура |
Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:
Удельная теплоемкость вещества c= C/m c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C] C — теплоемкость вещества [Дж/˚C] m — масса |
Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела Q = C(tконечная – tначальная) Q — количество теплоты c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C] m — масса tконечная — конечная температура tначальная — начальная температура |
Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Таблицы плотности некоторых тел и веществ
Например, плотность воды составляет $1000 \frac{кг}{м^3}$, льда — $900 \frac{кг}{м^3}$, водяного пара — $0.590 \frac{кг}{м^3}$ (рисунок 5).
Рисунок 5. Плотности одного вещества в разных агрегатных состояниях
{"questions":,"answer":}}}]}Плотности различных твердых тел
| Твердое тело | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ | Твердое тело | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| Осмий | 22 600 | 22,6 | Мрамор | 2700 | 2,7 |
| Иридий | 22 400 | 22,4 | Стекло | 2500 | 2,5 |
| Платина | 21 500 | 21,5 | Фарфор | 2300 | 2,3 |
| Золото | 19 300 | 19,3 | Бетон | 2300 | 2,3 |
| Свинец | 11 300 | 11,3 | Кирпич | 1800 | 1,8 |
| Серебро | 10 500 | 10,5 | Сахар | 1600 | 1,6 |
| Медь | 8900 | 8,9 | Оргстекло | 1200 | 1,2 |
| Латунь | 8500 | 8,5 | Капрон | 1100 | 1,1 |
| Сталь, железо | 7800 | 7,8 | Полиэтилен | 920 | 0,92 |
| Олово | 7300 | 7,3 | Парафин | 900 | 0,90 |
| Цинк | 7100 | 7,1 | Лед | 900 | 0,90 |
| Чугун | 7000 | 7,0 | Дуб сухой | 700 | 0,70 |
| Корунд | 4000 | 4,0 | Сосна сухая | 400 | 0,40 |
| Алюминий | 2700 | 2,7 | Пробка | 240 | 0,24 |
Таблица 1. Плотности твердых тел
{"questions":,"answer":}}}]}Плотности различных жидкостей
| Жидкость | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ | Жидкость | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| Ртуть | 13 600 | 13,60 | Керосин | 800 | 0,80 |
| Серная кислота | 1800 | 1,80 | Спирт | 800 | 0,80 |
| Мед | 1350 | 1,35 | Нефть | 800 | 0,80 |
| Вода морская | 1030 | 1,03 | Ацетон | 790 | 0,79 |
| Молоко цельное | 1030 | 1,03 | Эфир | 710 | 0,41 |
| Вода чистая | 1000 | 1,00 | Бензин | 710 | 0,71 |
| Масло подсолнечное | 930 | 0,93 | Жидкое олово (при $400^{\circ}$) | 6800 | 6,80 |
| Масло машинное | 900 | 0,90 | Жидкий воздух (при $-194^{\circ}$) | 860 | 0,86 |
Таблица 2. Плотности жидкостей
{"questions":,"answer":}}}]}Плотности различных газов
| Газ | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ | Газ | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| Хлор | 3,210 | 0,00321 | Угарный газ | 1,250 | 0,00125 |
| Углекислый газ | 1,980 | 0,00198 | Природный газ | 0,800 | 0,0008 |
| Кислород | 1,430 | 0,00143 | Водяной пар (при $100^{\circ}$) | 0,590 | 0,00059 |
| Воздух (при $0^{\circ}C$ | 1,290 | 0,00129 | Гелий | 0,180 | 0,00018 |
| Азот | 1,250 | 0,00125 | Водород | 0,090 | 0,00009 |
Таблица 3. Плотности газов
{"questions":[{"content":"Чему равна плотность азота?<br />Ответ: $\\rho =$`input-21` $\\frac{кг}{м^3}$.","widgets":{"input-21":{"type":"input","inline":1,"answer":}}}]}Физические свойства воды
При комнатных условиях вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое вода не имеет цвета. Однако при толщине более 2 м она имеет голубой цвет. Совершенно чистая вода очень плохо проводит электрический ток.
По тому, как проводит электрический ток вода, можно судить о ее чистоте — чем ниже электропроводность, тем чище вода.
У большинства веществ в твердом состоянии плотность выше, чем в жидком. В отличие от них вода в твердом агрегатном состоянии (лед) имеет более низкую плотность, чем в жидком. При 0 °С плотность льда равна примерно 0,92 г/см3, а плотность жидкой воды — примерно 1,00 г/см3. Это означает, что лед легче воды, поэтому он не тонет в ней (рис. 107). Такая особенность воды объясняет, почему водоемы начинают замерзать не со дна, а с поверхности и очень редко промерзают до самого дна. Это защищает живые организмы, обитающие в реках и морях, от гибели.
У воды высокая теплоемкость, поэтому она медленно нагревается, но и медленно остывает. Это позволяет морям и океанам накапливать тепло летом (и днем) и высвобождать его зимой (и ночью), что предотвращает резкие колебания температуры воздуха на нашей планете в течение года (и суток). Моря и океаны служат своеобразными аккумуляторами тепла на нашей планете.
При нормальном давлении (101,3 кПа) температура кипения воды равна 100 °С. При понижении давления температура кипения воды понижается. Например, в горах на высоте около 5000 м давление существенно ниже нормального (примерно в два раза), поэтому вода закипает в этих условиях при температуре около 84 °С. Понятно, что варить продукты до готовности в горах необходимо более длительное время. И наоборот, в скороварке, где создается высокое давление, вода закипает при температуре выше 100 °С, что позволяет быстрее приготавливать пищу.
Теплопроводность воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении
В таблице представлены значения теплопроводности воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении. Теплопроводность воды указана в зависимости от температуры в интервале от 0 до 100°С.
Вода при нагревании становиться более теплопроводной — ее коэффициент теплопроводности увеличивается. Например, при 10°С вода имеет теплопроводность 0,574 Вт/(м·град), а при росте температуры до 95°С величина теплопроводности воды увеличивается до значения 0,682 Вт/(м·град). Теплопроводность воды в зависимости от температуры
| t, °С | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 50 | |
| λ, Вт/(м·град) | 0,569 | 0,572 | 0,574 | 0,587 | 0,599 | 0,609 | 0,618 | 0,627 | 0,635 | 0,648 |
| t, °С | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 |
| λ, Вт/(м·град) | 0,654 | 0,659 | 0,664 | 0,668 | 0,671 | 0,674 | 0,677 | 0,68 | 0,682 | 0,683 |
