Давление расширения воды при замерзании

Определение слова «Джоуль» по БСЭ:

Джоуль — Джоуль (Joule) Джеймс Прескотт (24.12.1818, Солфорд, Ланкашир, — 11.10.1889, Сейл, Чешир), английский физик, член Лондонского королевского общества (1850). Был владельцем пивоваренного завода близ Манчестера. Внёс значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений, в создание физики низких температур, в обоснование закона сохранения энергии. Д. установил (1841. опубликовано в 1843), что количество тепла, выделяющееся в металлическом проводнике при прохождении через него электрического тока, пропорционально электрическому сопротивлению проводника и квадрату силы тока (см. Джоуля — Ленца закон). В 1843-50 Д. экспериментально показал, что теплота может быть получена за счёт механической работы, и определил механический эквивалент теплоты, дав тем самым одно из экспериментальных обоснований закона сохранения энергии. В 1851, рассматривая теплоту как движение частиц, теоретически определил теплоёмкость некоторых газов. Совместно с У. Томсоном опытным путём установил, что при медленном стационарном адиабатическом протекании газа через пористую перегородку температура его изменяется (см. Джоуля — Томсона эффект). Обнаружил явление магнитного насыщения при намагничивании ферромагнетиков. Соч.: The scientific papers, v. 1-2, L., 1884-87. в рус. пер. — Некоторые замечания о теплоте и о строении упругих жидкостей, в кн.: Основатели кинетической теории материи, М. — Л., 1937. Лит.: Wood A., Joule and the study of energy, L., 1925. Дж. П. Джоуль.

Джоуль — единица энергии и работы в Международной системе единиц и МКСА системе единиц, равная работе силы 1 н при перемещении ею тела на расстояние 1 м в направлении действия силы. Названа в честь английского физика Дж. Джоуля. Обозначения: русское дж, международное J. Д. был введён на Втором международном конгрессе электриков (1889) в Абсолютные практические электрические единицы в качестве единицы работы и энергии электрического тока. Д. был определён как работа, совершаемая при мощности в 1 вт в течение 1 сек. Международная конференция по электрическим единицам и эталонам (Лондон, 1908) установила «международные» электрические единицы, в том числе так называемый международный Д. После возвращения с 1 января 1948 к абсолютным электрическим единицам было принято соотношение: 1 международный Д. = 1,00020 абсолютный Д. Д. применяется также как единица количества теплоты. Соотношения Д. с др. единицами: 1 дж = 107 эрг = 0,2388 кал. Г. Д. Бурдун.

ФИЗИКА

§ 18. Кипение

Рассмотрим второй способ образования пара — кипение.

Пронаблюдаем это явление на опыте. Для этого будем нагревать воду в открытом стеклянном сосуде, измеряя её температуру

Прежде всего обратим внимание на то, что с поверхности воды происходит испарение. На это указывает туман, образовавшийся над сосудом

Кипение воды

Это водяной пар смешивается с холодным воздухом и конденсируется в виде маленьких капель. Сам пар, конечно, невидим глазу.

При дальнейшем повышении температуры мы заметим появление в воде многочисленных мелких пузырьков (рис. 21, а). Они постепенно увеличиваются в размерах. Это пузырьки воздуха, который растворён в воде. При нагревании воздух выделяется из воды в виде пузырьков. Эти пузырьки содержат не только воздух, но и водяной пар, так как вода испаряется внутрь этих пузырьков воздуха. Поднимающиеся пузырьки, попадая в верхние, более холодные слои воды, уменьшаются в размерах, так как содержащиеся в них пары конденсируются и под действием силы тяжести они опускаются. Спустившись ниже, в более горячие слои воды, пузырьки начинают снова подниматься к поверхности. Это попеременное увеличение и уменьшение пузырьков в размерах сопровождается характерным шумом, предшествующим закипанию воды. Постепенно вся вода прогревается, пузырьки уже не уменьшаются в размерах. Под действием архимедовой силы они всплывают на поверхность и лопаются (рис. 21, б). Находящийся в них насыщенный пар выходит в атмосферу. Шум прекращается, и мы слышим бульканье — вода закипела.

Рис. 21. Нагревание воды

Кипение — это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости при определённой температуре.

Следует помнить, что у различных жидкостей температура кипения разная (табл. 5).

В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре (см. § 17), кипение от начала до конца происходит при определённой и постоянной для каждой жидкости температуре. Поэтому, например, при варке пищи нужно уменьшать огонь после того, как вода закипит. Это даст экономию топлива, а температура воды всё равно сохраняется постоянной во время кипения.

Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Во время кипения температура жидкости не меняется.

Температура кипения жидкости зависит от давления, которое оказывается на поверхность жидкости. При кипении давление насыщенного пара внутри пузырьков превосходит внешнее давление. Если внешнее давление увеличивается, увеличивается и температура кипения. При уменьшении давления уменьшается и температура кипения жидкости.

Вам известно, что давление воздуха уменьшается с увеличением высоты над уровнем моря. Следовательно, с увеличением высоты уменьшается и температура кипения жидкости. Так, в горах вода закипает при t = 90 °С. При низкой температуре кипения невозможно сварить обычное яйцо, так как белок не может свернуться, если температура ниже 100 °С.

Таблица 5.
Температура кипения некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)

Некоторые вещества, которые в обычных условиях являются газами, при достаточном охлаждении обращаются в жидкости, кипящие при очень низкой температуре. Жидкий кислород, например, при атмосферном давлении кипит при температуре -183 °С. Вещества, которые в обычных условиях мы наблюдаем в твёрдом состоянии, обращаются при плавлении в жидкости, кипящие при очень высокой температуре. Например, медь кипит при 2567 °С, а железо — при 2750 °С.

Вопросы

  1. Какие явления наблюдаются в жидкости перед тем, как она начинает кипеть?
  2. Какие силы действуют на пузырёк воздуха, наполненный паром, когда он находится внутри жидкости?
  3. Что называют температурой кипения жидкости?

Упражнение 14

  1. На рисунке 22 показаны графики зависимости температуры от времени при нагревании и кипении воды, спирта и эфира. Массы жидкостей одинаковы, нагреватели одинаковой мощности. Определите, какой жидкости соответствуют графики 1,2,3.

    Рис. 22

  2. Нагреется ли вода до более высокой температуры, если её дольше кипятить?

  3. Объясните, почему высоко в горах вода закипает при температуре ниже 100 °С.

Задание

Поставьте на плиту кастрюлю, наполненную водой. Опишите, что происходит с водой по мере её закипания. Объясните наблюдаемое явление.

Как понять, что жидкость кипит?

По мере приближения к точке кипения в воде появляется все больше пузырьков. Сначала их можно увидеть на стенках сосуда, а потом они начинают всплывать на поверхность, отчего она становится неровной. Пропустить этот момент сложно из-за характерного бурления.

Присмотревшись, над поверхностью воды можно будет увидеть поднимающийся пар. Если нет цели заставить воду выкипать, стоит снять её с плиты.

Даже спустя некоторое время после этого испарение будет продолжаться, потому что температура не сразу опустится ниже точки кипения. Например, от чашки горячего чая еще некоторое время идет пар.

Температура замерзания соленой воды

  1. Замерзает ли соленая вода? Благодаря высокой концентрации солей океанская и морская вода замерзает при температуре -1,9 градуса по Цельсию.
  2. Температура замерзания воды в морях и океанах не имеет постоянного значения, поскольку солёность воды в разных морях Мирового океана совершенно разная.
  3. Как температура замерзания океанической воды зависит от ее солености? Между этими величинами существует самая прямая связь. Чем более солёной является вода, тем более высокой плотностью она обладает, а для замерзания такой воды требуется достаточно низкая температура.
  4. Средняя температура воды в морях и океанах -4 градуса.

Температура замерзания отдельных морей

При скольких градусах замерзает вода:

  • Каспийского моря? Солёность каспийских вод составляет около 13 промилле. Их замерзание происходит при -0,5 градуса Цельсия. Толщина ледяного покрова северной части Каспия составляет около двух метров.
  • Азовского моря? Его соленая вода замерзает при температуре от -0,5 до -0,7 градусов по шкале Цельсия. Солёность составляет около 11 промилле. Толщина льдов, покрывающих море в период с декабря по март, равна одному метру.
  • Японского моря? Почему соленая вода этого моря не замерзает? Это объясняется высоким (около 34 промилле) уровнем её солёности и географическим положением моря.
  • Балтийского моря? При солёности, насчитывающей всего 6-8 промилле, температура замерзания морской воды в Балтике близка к нулю.

Как ускорить?

Чтобы в емкости быстрее образовался кипяток, можно использовать следующие способы:

  1. Накрыть кастрюлю крышкой. Самый действенный вариант. Крышка не позволит теплу уходить в помещение. Теплоотдача останется высокой. Воде потребуется меньше времени для закипания.
  2. Использовать кастрюлю с широким днищем. Чем больше диаметр емкости, тем скорее в ней начнется процесс кипения. В таре с широким дном нагрев более равномерный.
  3. Использовать самую большую по размеру газовую или электрическую конфорку. Чем больше по диаметру нагревательный источник, тем интенсивнее будет прогреваться дно емкости.

Соль не ускоряет закипание воды. Она лишь вызывает кратковременный эффект появления пузырьков в ней. Особенно это видно при добавлении соли в уже сильно нагретую воду. Но на время ее закипания это не влияет.

Давление

Основная статья: Давление

Определение давленияДавление — это статическое давление жидкостей и газов, измеренное в сосудах, трубопроводах относительно атмосферного
давления (Па, мбар, бар).

Статическое давлениеСтатическое давление — это давление неподвижной жидкости.
Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.

Динамическое давлениеДинамическое давление — это давление движущегося потока жидкости.

Давление нагнетания насоса
Это давление на выходе центробежного насоса во время его работы.

Перепад давления
Давление, развиваемое центробежным насосом для преодоления общего сопротивления системы. Оно измеряется между входом и выходом центробежного насоса.

Рабочее давление
Давление, имеющееся в системе при работе насоса.

Допустимое рабочее давление
Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.

Физическое определение

Согласно физическому определению, плотность — это отношение массы к объему.

То есть, эта величина показывает количество данного вещества, сосредоточенного в определенном объеме.

Если посмотреть на молекулярном уровне, плотность показывает, насколько близко друг к другу расположены молекулы того или иного материала.

Показателем, иллюстрирующим значение этого параметра, может стать соотношение веса 1 л разных жидкостей:

  • вода — 1 кг;
  • масло — 900 г;
  • спирт — 800 г и т.д.

То есть, в одинаковом объеме воды больше, чем масла или спирта. Для обозначения плотности в формулах используется греческая буква ρ (ро).

Сама формула в общем виде выглядит следующим образом:

ρ =m/V, где

  • m — масса;
  • V — объем.

С изменением температуры плотность веществ изменяется. Это происходит из-за ускорения движения атомов. У воды наблюдается особое соотношение этих параметров.

Состояния и виды воды

Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твёрдое и газообразное, которые способны трансформироваться в разные формы, одновременно сосуществующие друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках на небе, ледники и свободно текущие реки).

В зависимости от особенностей происхождения, назначения и состава вода может быть:

  • пресной;
  • минеральной;
  • морской;
  • питьевой (сюда же отнесём водопроводную воду);
  • дождевой;
  • талой;
  • солоноватой;
  • структурированной;
  • дистиллированной;
  • деионизированной.

Наличие изотопов водорода делает воду:

  1. лёгкой;
  2. тяжёлой (дейтериевой);
  3. сверхтяжёлой (тритиевой).

Все мы знаем о том, что вода бывает мягкой и жёсткой: этот показатель определяется содержанием катионов магния и кальция.

Каждый из перечисленных нами видов и агрегатных состояний воды имеет свою температуру замерзания и плавления.

Способы посадки

Есть несколько способов посадки смородины. На каком из них остановиться – дело вкуса. Некоторые приносят больше урожая, но требуют и большей заботы.

Классический

Используя традиционный способ, кустики высаживают под углом 45-60 градусов. Проследите за тем, чтобы корневая шейка оказалась заглубленной сантиметров на десять.

Веерный

При этом варианте выращивания ветки будут крепиться на укороченных шпалерах. Кусты сажают вертикально, как и при традиционном способе. Почву вокруг уплотняют, а стебли обрезают наполовину.

Шпалерный

При применении этого способа, в день посадки удаляют все прикорневые почки и побеги. Сажают вертикально, заглубляя корневую шейку на ту же глубину.

Джоуль.

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

Другие единицы измерения

Джоуль, как единица измерения:

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.

Джоуль как единица измерения имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

В классической физике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной 1 (одному) ньютону (Н), на расстояние одного метра в направлении действия силы.

Дж = Н · м = кг · м2 / с2.

1 Дж = 1 Н · 1 м = 1 кг · 1 м2 / 1 с2.

В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт (В) для поддержания силы тока в 1 ампер (А). Это энергия, которая выделится за 1 секунду при прохождении тока через проводник силой тока 1 ампер (А) при напряжении 1 вольт (В).

В Международную систему единиц джоуль введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием системы СИ в целом. В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы джоуль пишется со строчной буквы, а её обозначение – с заглавной (Дж). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях других производных единиц, образованных с использованием джоуля.

Представление джоуля в других единицах измерения – формулы:

Через основные единицы системы СИ джоуль выражается следующим образом:

Дж = Н · м

Дж = кг · м2 / с2.

Дж = Вт / с.

Дж = А2 · Ом · с.

Дж = В2 · с / Ом.

Дж = Кл · В.

где  А – ампер, В – вольт, Дж – джоуль, Кл – кулон, м – метр, Н – ньютон, с – секунда, Вт – ватт, кг – килограмм, Ом – ом.

Перевод в другие единицы измерения:

1 Дж ≈ 6,24151 ⋅ 1018 эВ

1 МДж = 0,277(7) кВт · ч

1 кВт · ч = 3,6 МДж

1 Дж ≈ 0,238846 калориям

1 калория (международная) = 4,1868 Дж

1 килограмм-сила-метр (кгс·м) = 9,80665 Дж

1 Дж ≈ 0,101972 кгс·м

Кратные и дольные единицы:

Кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Дж декаджоуль даДж daJ 10−1 Дж дециджоуль дДж dJ
102 Дж гектоджоуль гДж hJ 10−2 Дж сантиджоуль сДж cJ
103 Дж килоджоуль кДж kJ 10−3 Дж миллиджоуль мДж mJ
106 Дж мегаджоуль МДж MJ 10−6 Дж микроджоуль мкДж µJ
109 Дж гигаджоуль ГДж GJ 10−9 Дж наноджоуль нДж nJ
1012 Дж тераджоуль ТДж TJ 10−12 Дж пикоджоуль пДж pJ
1015 Дж петаджоуль ПДж PJ 10−15 Дж фемтоджоуль фДж fJ
1018 Дж эксаджоуль ЭДж EJ 10−18 Дж аттоджоуль аДж aJ
1021 Дж зеттаджоуль ЗДж ZJ 10−21 Дж зептоджоуль зДж zJ
1024 Дж иоттаджоуль ИДж YJ 10−24 Дж иоктоджоуль иДж yJ

Интересные примеры:

Дульная энергия пули при выстреле из автомата Калашникова – 2030 Дж.

Энергия, необходимая для нагрева 1 литра воды от 20 до 100 °C, составляет 3,35⋅105 Дж.

Энергия, выделяемая при взрыве 1 тонны тринитротолуола (тротиловый эквивалент), – 4,184⋅109 Дж.

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Найти что-нибудь еще?

карта сайта

формула энергии закон джоуля ленца можно тепловой 1 м дж джоуль ленц закон равен 2 2 равен единица теплота масса тела сила количество теплоты работа кинетическая энергия в джоулях в секунду 10 5 8 6 20 200 100 виды сколько степени джоулейкилоджоули скорость в джоули в кг килограммы 3 4 джоуля

Коэффициент востребованности
5 394

Увеличение и уменьшение объема

Изменение объема воды

Когда вода нагревается или охлаждается, ее плотность уменьшается.

Все природные материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Единственным исключением из этого правила является вода. Это уникальное ее свойство называется аномалией воды.

Вода имеет наибольшую плотность при +4 °C, при которой 1 дм3 = 1 л имеет массу 1 кг.
Если вода нагревается или охлаждается относительно этой точки, ее объем увеличивается, что означает уменьшение плотности, т. е. вода становится легче.

Это можно отчетливо наблюдать на примере резервуара с точкой перелива.

В резервуаре находится ровно 1000 см3 воды с температурой +4 °C. При нагревании воды некоторое количество выльется из резервуара в мерную емкость. Если нагреть воду до 90 °C, в мерную емкость выльется ровно 35,95 см3, что соответствует 34,7 г.

Состояния и виды воды

Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твёрдое и газообразное, которые способны трансформироваться в разные формы, одновременно сосуществующие друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках на небе, ледники и свободно текущие реки).

В зависимости от особенностей происхождения, назначения и состава вода может быть:

  • пресной;
  • минеральной;
  • морской;
  • питьевой (сюда же отнесём водопроводную воду);
  • дождевой;
  • талой;
  • солоноватой;
  • структурированной;
  • дистиллированной;
  • деионизированной.

Наличие изотопов водорода делает воду:

  1. лёгкой;
  2. тяжёлой (дейтериевой);
  3. сверхтяжёлой (тритиевой).

Все мы знаем о том, что вода бывает мягкой и жёсткой: этот показатель определяется содержанием катионов магния и кальция.

Каждый из перечисленных нами видов и агрегатных состояний воды имеет свою температуру замерзания и плавления.

За какое время?

Время закипания жидкости зависит сразу от нескольких факторов:

  • объема;
  • конструкции и материала емкости;
  • типа нагревателя и его характеристик;
  • исходной температуры;
  • сырая или кипяченая вода находится в чайнике;
  • атмосферного давления;
  • присутствие накипи на внутренних стенках;
  • наличия растворенных солей.

Обычный 2-х-литровый чайник на газовой конфорке справится с задачей в среднем за 15 минут. Стандартная электрическая модель потратит на эту процедуру примерно такой же период времени. Более совершенный электрочайник с мощной нагревательной встроенной поверхностью вскипит за 3-5 минут.

Современные водонагревательные приборы, такие как, кулеры, превращают холодную воду в кипяток мгновенно. Благодаря им чай, кофе и другой горячий напиток можно получить моментально.

Экспресс-ответы

При скольких градусах замерзает вода:

  1. В трубах отопления? В случае отключения отопления или поломки отопительного котла в частном доме или на даче замерзание воды в них может произойти примерно через пару дней при температуре -5 градусов. Отсрочить наступление такого исхода поможет теплоизоляция труб и остальных элементов здания. Внутри жилого помещения замерзание воды в трубах наступает уже при -1 градусе. Если такая температура продержится 2-3 дня, это может закончиться разрывом труб и отопительных батарей.
  2. Под землей? Подземные воды могут быть жидкими, твёрдыми и парообразными. Твёрдой фазой воды в почве является лёд, который может быть как многолетним (в условиях вечной мерзлоты), так и сезонным. Замерзание почвенных вод происходит при температуре ниже нуля, поскольку все они представляют собой не чистую воду, а всевозможные её растворы. Величина температуры замерзания во многом зависит от минерализации грунтовых вод.
  3. На лету? У жителей Якутии есть нехитрый способ определения температуры воздуха: она ниже -42 градусов, если выпущенный человеком плевок успевает замёрзнуть, не долетев до земли.
  4. В вакууме? Содержимое пробирки, поставленной под колокол вакуумного насоса при температуре 0 градусов, сначала закипает, а после испарения восьмой части жидкости происходит образование ледяной корки на её поверхности.
  5. В двигателе автомобиля? Максимальная температура замерзания воды в двигателе может достичь -5 градусов: при более низких значениях кристаллы льда попросту разорвут внутреннее устройство блока двигателя. Точно такой же является температура замерзания воды в радиаторе. Подобные проблемы в машине могут возникнуть при условии недостаточного утепления вышеперечисленных агрегатов, а также вследствие слишком продолжительной стоянки.
  6. На катке? В зависимости от того, какие соревнования предполагается проводить на ледовой арене, температура поверхности льда может составлять от -3 до -5 градусов. Лёд с более высокой (от -3 до -4) температурой поверхности подходит для фигурного катания, поскольку именно его мягкость позволяет обеспечить необходимую силу сцепления с коньками.
    Более жёсткий лёд, подходящий для командной игры в хоккей, получается при температуре -5 градусов. На «холодном» льду возрастает скорость игроков и уменьшается возможность образования снежной «каши» на его поверхности. Качество льда в первую очередь зависит от химического состава воды, поэтому для его заливки используют не обычную жидкость из-под крана, а либо очищенную, либо обработанную специальными кондиционерами воду.

Замерзает ли?

При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.

Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.

В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.

Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.

Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.

Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.

Но при этом нет такого давления, при котором бы вода совсем не замерзала. Другое дело, что в лабораторных условиях можно создать такую ситуацию, при которой вода будет замерзать только при -20…-40°С.

Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.

Как второе жидкое состояние воды удалось зафиксировать

Спустя 30 лет ученым-физикам наконец удалось доказать, что вода действительно может иметь, как минимум, два состояния. Результаты опытов опубликованы в журнале Science. Для эксперимента авторы использовали два фемтосекундных лазера. Один из них инфракрасный, который позволяет моментально нагревать лед и превращать его в воду. Второй, рентгеновский, использовался для зондирования образца, то есть позволял ученым отслеживать в каком состоянии находится вода в тот или иной момент времени.

В результате им удалось зафиксировать образование необычных пузырей, которые содержали воду во втором жидком состоянии. Правда, существовала она непродолжительное время — от 20 наносекунд до 3 микросекунд. Через несколько микросекунд вода переходила в твердое состояние. Но главное, что теория тридцатилетней давности была подтверждена.

06-г. Теплота плавления и парообразования

  • Главная
  • Справочник
  • Физика
  • Введение в термодинамику
  • Книги, лекции и конспекты по физике
  • Физика 7 класс
  • 06-г. Теплота плавления и парообразования

§ 06-г. Теплота плавления и парообразования

Изобретению уже известного вам жидконаполненного калориметра

(см. § 06-в) предшествовало создание в ХVIII веке французами П.Лапласом и А.Лавуазьеледяного калориметра . Если при пользовании первым калориметром измеряют изменение температуры жидкости, то при пользовании вторым калориметром измеряют массу растаявшего льда. В ХVIII веке только так и можно было поступить, так как не было общепринятых методов измерения температуры.

Лаплас и Лавуазье опирались на труды своих предшественников, шотландца Д.Блэка и голландца И.Вильке, которые решили ввести в физику новое понятие: скрытая теплота

Вильке, например, в 1772 году нагревал смесь воды и льда и обнаружил, что часть теплоты «исчезает». То есть пламя греет, а температура смеси не повышается (см. левую часть рисунка). В 1803 году Блэк описал постоянство температуры тающего льда, несмотря на приток теплоты.

Отсюда он пришёл к понятию «скрытой теплоты плавления», как он её назвал.

Позже он установил наличие и «скрытой теплоты парообразования», поскольку вода кипит при постоянной температуре, несмотря на приток теплоты

(см. правую часть рисунка). На основе своих наблюдений Блэк чётко разграничил термины «количество теплоты» и «количество температуры». Первый термин сохранился в физике до наших дней, хотя мы чаще говорим «тело получило 100 Дж теплоты» вместо «тело получило 100 Дж количества теплоты». Второй термин в наши дни употребляется исключительно как «температура».

Усилиями физиков конца XVIII–начала XIX веков установлено, что количество теплоты прямо пропорционально массе расплавившегося вещества или массе испарившейся жидкости.

То есть во сколько раз больше масса вещества, которое перешло в другое состояние, во столько же раз больше нужно теплоты.

Далее показан современный вид формул для расчёта теплоты плавления

итеплоты парообразования . Они, наряду с уже известной вам основной калориметрической формулойQ = cmΔt° , по сей день лежат в основе всех методов калориметрических измерений.

Количество теплоты, необходимое для плавления,

зависит от массы плавящегося вещества иудельной теплоты плавления: Формула для подсчёта количества теплоты, поглощаемого телом при плавлении или выделяющегося при его кристаллизации. Формула читается так: «Ку равно лямбда эм».

Q = λ·m Q

– количество теплоты, Джλ – удельная теплота плавления, Дж/кгm – масса вещества, кг

Удельная теплота плавления

– физическая величина, показывающая количество теплоты, требуемое для превращения в жидкость 1 кг вещества без изменения его температуры. Коэффициенты «λ » для различных веществ, как правило, различны. Они измерены опытным путём и занесены в специальные таблицы (см. ниже).

Точные калориметрические измерения и опыты показывают, что при кристаллизации вещества (это процесс, обратный плавлению) выделяется такое же количество теплоты, какое было затрачено на образование расплава.

Это – проявление закона сохранения энергии.

Количество теплоты, необходимое для парообразования,

зависит от массы испаряющегося вещества иудельной теплоты парообразования: Формула для подсчета количества теплоты, поглощаемого телом при парообразовании или выделяющегося при его конденсации. Формула читается так: «Ку равно эр эм».

Q = r·m Q

– количество теплоты, Джr – удельная теплота парообразования, Дж/кгm – масса вещества, кг

Удельная теплота парообразования

– физическая величина, показывающая количество теплоты, требуемое для превращения в пар 1 кг вещества без изменения его температуры. Коэффициенты «r » для различных веществ, как правило, различны. Они измерены опытным путём и занесены в специальные таблицы (см. ниже).

Точные калориметрические измерения и опыты показывают, что при конденсации вещества (это процесс, обратный парообразованию) выделяется такое же количество теплоты, какое было затрачено на образование пара.

Это – проявление закона сохранения энергии.

Удельные теплоты плавления или парообразования показывают количество теплоты, которое необходимо для плавления или превращения в пар 1 кг вещества при постоянной температуре.

Удельные теплоты плавления и парообразования, кДж/кг
Лёд 330 Вода 2260
Железо 270 Спирт 906
Свинец 24 Свинец 860

Введение в термодинамикуФормулы Физика Теория 7 класс

Источник

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах – эксперименты показали, что при -42°С.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.

Наличие любых примесей, в том числе и тех, что находятся в минеральной воде, повышает температуру замерзания, даже, если прочие условия остаются теми же.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Как избежать размораживания?

  1. Многое в нашей жизни случается неожиданно. Среди таких «недетских» неожиданностей и внезапные заморозки. Часто после ремонта, в машину оказывается залита вода. Нередко это происходит в случае ремонта, разбитого на несколько частей. Все же воду перед проведением работы слить легче. Итак, давайте посмотрим, как защитить машину от повреждений. Существует несколько способов:
  2. Слейте воду. Это самый надежный способ. Так вы гарантированно не заморозите двигатель. Хотя, имеются свои нюансы. Часть воды останется в моторе, из-за технических особенностей слить ее полностью не удастся. Остаток может образовать пробку, осложняя последующую заправку системы охлаждения;
  3. Утеплите машину. Часто водители на зиму обклеивают капот с обратной стороны теплоизолятром. Это немного снизит риск повреждения блока. Неплохо надеть на радиатор фартук. Можно укутать двигатель. Укройте его старым одеялом или куртками. Это позволит минимизировать возможность замерзания мотора при небольшом минусе. Такая защита имеет смысл при постановке автомобиля на ночную стоянку. Оставив его так на несколько дней, вы гарантированно поедете за новым мотором;
  4. Ставьте машину на ночную стоянку в местах, защищенных от ветра. Наличие воздушных потоков значительно усиливает охлаждение деталей двигателя. Даже при небольшом минусе есть риск образования льда в системе охлаждения. Если тихое место найти не удается, то ставьте машину так, чтобы ветер не задувал в радиатор;
  5. Добавьте немного антифриза. Достаточно купить один литр, чтобы до -7° чувствовать себя вполне спокойно;
  6. Запуск двигателя через определенные промежутки времени. Такой способ позволит избежать замерзания даже при температуре до -10°. Неудобство метода заключается в необходимости выходить к машине каждый час.

Помимо замерзания вода в радиаторе таит и другие опасности. В ней содержатся соли, которые откладываясь на рубашке охлаждения, постепенно приводят к полной закупорке каналов охлаждения. Особенно опасно заливать в радиатор минералку. Известен случай, когда девушка доливала в расширительный бак минералку. После такой охлаждающей жидкости пришлось блок выкидывать. Обязательно перед заливкой антифриза после воды промойте двигатель.

Заключение. Все знают, что использовать в качестве охлаждающей жидкости воду не рекомендуется, но часто другого выхода у автолюбителя не остается. Вот тут и возникает вопрос, при какой температуре замерзает вода в двигателе. На самом деле однозначного ответа на этот вопрос нет. Все зависит от сочетания большого количества различных факторов. За нижний порог обычно берут -3°. До такой температуры однозначно переживать нечего. Применение дополнительных средств защиты может снизить допустимую температуру.

Сейчас образцы антифризов, приобретенные в рамках расследования, проходят исследование в лаборатории. По предварительным данным, в двух банках уже обнаружено запрещенное вещество — метанол. Хороший вопрос, как такой товар оказался на прилавках торговых центров и гипермаркетов. В будущих публикациях мы к этому моменту обязательно вернемся, а пока вспомним десять заблуждений об антифризах.