Okruženi smo vodom, sama po sebi, kao dio drugih supstanci i tijela. Može biti u čvrstom, tečnom ili gasovitom obliku, ali voda je uvijek oko nas. Zašto puca asfalt na cestama, zašto staklena tegla s vodom puca na hladnoći, zašto se prozori zamagljuju u hladnoj sezoni, zašto avion ostavlja bijeli trag na nebu - tražit ćemo odgovore na sve ovo i drugi „zašto“ u ovoj lekciji. Naučit ćemo kako se mijenjaju svojstva vode kada se zagrije, hladi i smrzava, kako nastaju podzemne pećine i bizarne figure u njima, kako radi termometar.
Tema: Neživa priroda
Lekcija: Svojstva vode u tečno stanje
U svom čistom obliku voda nema okus, miris i boju, ali gotovo nikad nije takva, jer aktivno rastvara većinu tvari u sebi i spaja se s njihovim česticama. Voda takođe može da prodre u različita tijela(naučnici su pronašli vodu čak iu kamenju).
Ako čašu napunite vodom iz slavine, izgledat će čista. Ali u stvari, to je rastvor mnogih supstanci, uključujući gasove (kiseonik, argon, azot, ugljen-dioksid), razne nečistoće sadržane u vazduhu, rastvorene soli iz tla, gvožđe iz vodovodne cijevi, najmanjih neotopljenih čestica prašine, itd.
Ako kapima vode iz slavine pipetirate na čisto staklo i pustite da ispari, ostat će jedva vidljive mrlje.
Voda rijeka i potoka, te većine jezera sadrži razne nečistoće, na primjer, otopljene soli. Ali ih je malo, jer je ova voda slatka.
Voda teče po tlu i pod zemljom, ispunjava potoke, jezera, rijeke, mora i okeane, stvarajući podzemne palače.
Probijajući se kroz lako rastvorljive supstance, voda prodire duboko u podzemlje, odnosi ih sa sobom, i kroz proreze i pukotine u stenama, formirajući podzemne pećine, kapajući sa njihovih krovova, stvarajući bizarne skulpture. Milijarde kapljica vode ispare stotinama godina, a tvari otopljene u vodi (soli, krečnjaci) talože se na lukovima pećina, formirajući kamene ledenice zvane stalaktiti.
Slične formacije na podu pećine nazivaju se stalagmitima.
A kada stalaktit i stalagmit rastu zajedno i formiraju kameni stup, to se zove stalagnat.
Posmatrajući plovidbu leda na rijeci, vidimo vodu u čvrstom (led i snijeg), tečnom (teče ispod) i gasovitom stanju (sićušne čestice vode koje se dižu u zrak, koje se nazivaju i vodena para).
Voda može biti u sva tri stanja u isto vrijeme: uvijek postoji vodena para u zraku i oblaci, koji se sastoje od kapljica vode i kristala leda.
Vodena para je nevidljiva, ali se lako može otkriti ako ostavite čašu vode ohlađenu u frižideru sat vremena u toploj prostoriji, kapljice vode će se odmah pojaviti na zidovima čaše. U kontaktu sa hladnim zidovima stakla, vodena para sadržana u vazduhu pretvara se u kapljice vode i taloži se na površini stakla.
Rice. 11. Kondenzacija na zidovima hladnog stakla ()
Iz istog razloga se zamagljuje u hladnoj sezoni unutrašnja strana prozorsko staklo. Hladan zrak ne može sadržavati toliko vodene pare kao topli zrak, pa se dio kondenzira - pretvara u kapljice vode.
Bijeli trag iza aviona koji leti nebom također je rezultat kondenzacije vode.
Ako prinesete ogledalo usnama i izdahnete, na njegovoj površini ostat će sitne kapljice vode, što dokazuje da prilikom disanja osoba udiše vodenu paru sa zrakom.
Kada se voda zagreje, ona se "širi". To se može dokazati jednostavnim eksperimentom: pali su staklena cijev i izmjerio nivo vode u njemu; zatim je tikvica spuštena u posudu sa toplu vodu a nakon zagrijavanja vode ponovo smo izmjerili nivo u cijevi, koji je primjetno porastao, jer voda zagrijavanjem povećava volumen.
Rice. 14. Tikvica sa cijevi, broj 1 i linija označavaju početni nivo vode
Rice. 15. Tikvica sa cevčicom, brojem 2 i linijom označava nivo vode pri zagrevanju
Kada se voda ohladi, ona se „komprimuje“. To se može dokazati sličnim eksperimentom: u ovom slučaju boca s cijevi je spuštena u posudu s ledom; nakon hlađenja, nivo vode u cijevi se smanjio u odnosu na prvobitnu oznaku, jer se voda smanjila u volumenu.
Rice. 16. Tikvica sa cevčicom, brojem 3 i linijom označava nivo vode tokom hlađenja
To se događa zato što se čestice vode, molekule, brže kreću kada se zagriju, sudaraju jedna s drugom, odbijaju se od stijenki posude, razmak između molekula se povećava, te stoga tekućina zauzima veći volumen. Kada se voda ohladi, kretanje njenih čestica se usporava, udaljenost između molekula se smanjuje, a tekućini je potreban manji volumen.
Rice. 17. Molekuli vode na normalnoj temperaturi
Rice. 18. Molekuli vode kada se zagriju
Rice. 19. Molekuli vode tokom hlađenja
Takva svojstva imaju ne samo voda, već i druge tekućine (alkohol, živa, benzin, kerozin).
Poznavanje ovog svojstva tečnosti dovelo je do izuma termometra (termometra) koji koristi alkohol ili živu.
Kada se voda zamrzne, širi se. To se može dokazati ako se posuda napunjena vodom do vrha labavo pokrije poklopcem i stavi u zamrzivač; nakon nekog vremena vidjet ćemo da će formirani led podići poklopac, nadilazeći posudu.
Ovo svojstvo se uzima u obzir pri polaganju vodovodnih cijevi, koje moraju biti izolirane tako da prilikom smrzavanja led koji nastaje iz vode ne pukne cijevi.
U prirodi, smrzavanje vode može uništiti planine: ako se voda nakuplja u pukotinama stijena u jesen, ona se smrzava zimi, a pod pritiskom leda, koji zauzima veći volumen od vode od koje je nastala, stijene pucaju i urušavaju se.
Smrzavanje vode u pukotinama puteva dovodi do uništavanja asfaltnog kolovoza.
Dugi grebeni koji podsjećaju na nabore na stablima su rane od pucanja drveta pod pritiskom soka drveća koji se u njemu smrzava. Stoga se u hladnim zimama može čuti pucketanje drveća u parku ili šumi.
- Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Svijet 3. M.: Ballas.
- Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Svijet oko nas 3. M.: Izdavačka kuća Fedorov.
- Pleshakov A.A. Svijet oko nas 3. M.: Obrazovanje.
- Festival pedagoških ideja ().
- Nauka i obrazovanje ().
- Javna klasa ().
- Napravite kratak test (4 pitanja sa tri opcije odgovora) na temu „Voda oko nas“.
- Napravite mali eksperiment: čaša sa vrlo hladnom vodom Stavite na sto u toploj prostoriji. Opišite šta će se dogoditi, objasnite zašto.
- *Nacrtajte kretanje molekula vode u zagrijanom, normalnom i ohlađenom stanju. Ako je potrebno, napišite natpise na svom crtežu.
Tema: Neživa priroda
Lekcija: Svojstva tekuće vode
U svom čistom obliku voda nema okus, miris i boju, ali gotovo nikad nije takva, jer aktivno rastvara većinu tvari u sebi i spaja se s njihovim česticama. Voda također može prodrijeti u razna tijela (naučnici su vodu pronašli čak iu kamenju).
Klor ima slabu tačku: može reagirati i formirati kloramine i klorirane ugljovodonike, koji su opasni karcinogeni. Nusproizvod ove reakcije je hlorit. Toksikološke studije su pokazale da nusprodukt dezinfekcije hlor dioksida, hlorit, ne predstavlja značajan rizik za ljudsko zdravlje. Slobodno nas kontaktirajte ako imate još pitanja.
Naša djeca drugačije vide svijet. Ništa ne može izbjeći njihovoj pažnji, a njihova radoznalost ne poznaje granice. Stalno postavljaju pitanja i žele da odgovore na to pitanje. Ali problemi s djecom nas često ometaju. Najčešća pitanja i odgovore na njih podijelit ćemo s vama kako biste bili spremni za sljedeći put.
Ako čašu napunite vodom iz slavine, izgledat će čista. Ali u stvari, to je otopina mnogih tvari, među kojima ima plinova (kiseonik, argon, dušik, ugljični dioksid), raznih nečistoća sadržanih u zraku, otopljenih soli iz tla, željeza iz vodovodnih cijevi, sitnih neotopljenih čestica prašine. , itd.
Kada se voda zagrije, njeni molekuli počinju da se kreću. Kako se ovo kretanje povećava, udaljenost između molekula postaje veća. Konačno, dolazi vrijeme kada odnosi između molekula postaju preslabi. Molekuli se raspršuju i postaju vodena para. Ovaj proces se naziva "isparavanje".
Šta drži avione u vazduhu? Šta drži ogroman vazduh u vazduhu? Sila rada ovdje se zove "podizanje". Podizanje se događa kada zrak istovremeno prolazi iznad i ispod ravnine krila. Budući da se zrak kreće brže od vrha krila, vrši manji pritisak. Istovremeno, gusti vazduh ispod krila gura avion prema gore. Što je veća brzina aviona, to je veći uspon.
Ako kapima vode iz slavine pipetirate na čisto staklo i pustite da ispari, ostat će jedva vidljive mrlje.
Voda rijeka i potoka, te većine jezera sadrži razne nečistoće, na primjer, otopljene soli. Ali ih je malo, jer je ova voda slatka.
Kada se posmatra pojedinačno, svaka pahulja je bezbojna i prozirna. Odgovor je da kada snježne pahulje formiraju veliku masu, one se reflektiraju sunčeva svetlost. Reflektirana svjetlost je bijela jer je i sunce bijelo. Zašto ljudska kosa ne može biti prirodno?
Ljudska kosa sadrži pigmente koji je čine crnom, smeđom, plavom ili crvenom. Naša kosa takođe sadrži male mjehuriće zraka. Kombinacije pigmenata i broj mjehurića zraka u kosi određuju boju. Pigmenti koji se nalaze u našoj kosi ne mogu rezultirati plavom ili zelenom kada se kombiniraju.
Voda teče po tlu i pod zemljom, ispunjava potoke, jezera, rijeke, mora i okeane, stvarajući podzemne palače.
Probijajući se kroz lako rastvorljive supstance, voda prodire duboko u podzemlje, odnosi ih sa sobom, i kroz proreze i pukotine u stenama, formirajući podzemne pećine, kapajući sa njihovih krovova, stvarajući bizarne skulpture. Milijarde kapljica vode ispare stotinama godina, a tvari otopljene u vodi (soli, krečnjaci) talože se na lukovima pećina, formirajući kamene ledenice zvane stalaktiti.
Zašto astronauti putuju u svemir? Suprotno onome što mnogi misle, astronauti na brodu International svemirska stanica nije oslobođena od gravitacije. Ozbiljnost Zemlje utiče na sve objekte u orbiti. Ali velika nadmorska visina na kojoj se nalazi stanica čini ovo trajnim padom. Kao da orbitalni objekt još uvijek ne dodiruje površinu naše planete i umjesto toga leti iznad Zemlje. Zamislite da kabina lifta pada iz nje potkrovlje neboder. Osoba unutar ove kabine će doživjeti privremenu bestežinsko stanje.
Astronauti u orbiti doživljavaju istu stvar, ali stalno. Zbog sunčeve zrake padaju u atmosferu planete, raspršuju se i razbijaju. U početku je bijela sunčeva svjetlost podijeljena na 7 duginih boja. Budući da plava difundira više od drugih boja, ona je dominantna. Ali nebo nikada nije potpuno plavo zbog prisustva drugih boja u spektru.
Slične formacije na podu pećine nazivaju se stalagmitima.
A kada stalaktit i stalagmit rastu zajedno i formiraju kameni stup, to se zove stalagnat.
Magla se sastoji od hiljada sićušnih kapi vode ili kristala leda koji vise u vazduhu tik iznad zemlje. Nastaje kada je zrak hladan, a tlo toplo ili obrnuto. U oba slučaja pojavljuje se gust oblak vodene pare ili čestica leda koji se širi po površini.
Voda nastaje kemijskom reakcijom u kojoj se vodik oksidira kisikom i oslobađa toplina. S obzirom da se već povukla, voda u prirodnim uslovima ne može da gori. Zašto se satovi okreću u smjeru kazaljke na satu? Prije stvaranja mehanički sat ljudi koriste sunčane satove da dobiju predstavu o tome koliko dugo se to dešava. Sunčani sat pojavljuju se prvo na sjevernoj hemisferi, gdje kretanje Sunca uzrokuje da se sjene kreću s lijeva na desno. Kasnije u istoriji mehaničkih satova, ovaj mehanizam su nasledili od sunca.
Posmatrajući plovidbu leda na rijeci, vidimo vodu u čvrstom (led i snijeg), tečnom (teče ispod) i gasovitom stanju (sićušne čestice vode koje se dižu u zrak, koje se nazivaju i vodena para).
Okrugli oblik je idealan za valjanje po ravnim površinama. Pošto su sve tačke na točku jednako udaljene od svoje ose, os ostaje na istoj visini iznad tla, a vozilo ne pomera se gore-dole dok se krećete niz cestu. Osim što osigurava ono što naše donje rublje pruža, ono također štiti naše intimne dijelove od infekcija i ozljeda. Higijena - glavni razlog da nosimo donji veš. Ranije je odjeća bila vrlo skupa, a ljudi je često nisu mogli promijeniti.
Ovaj pokušaj traje malo duže, pa ga isplanirajte u dvije sesije i postepeno “uzgajajte” ukrasne, jestive i nejestive kristale. Možete kreirati kristalni displej, kristale za sebe, kreirati kristalne slike, radovati se vašim idejama i fotografijama.
Voda može biti u sva tri stanja u isto vrijeme: uvijek postoji vodena para u zraku i oblaci, koji se sastoje od kapljica vode i kristala leda.
Vodena para je nevidljiva, ali se lako može otkriti ako ostavite čašu vode ohlađenu u frižideru sat vremena u toploj prostoriji, kapljice vode će se odmah pojaviti na zidovima čaše. U kontaktu sa hladnim zidovima stakla, vodena para sadržana u vazduhu pretvara se u kapljice vode i taloži se na površini stakla.
Jestivi i nejestivi kristali Možete otvoriti i preuzeti cijeli tekst ili. Tema: Kristalizacija, zasićeni rastvori. Čvrste tvari se dijele na amorfne i kristalne tvari. Raspored čestica amorfne supstance je nasumičan, a njihova struktura podsjeća na tečnost. Čestice kristalnih supstanci nalaze se u kristalna rešetka. Osnova ove mreže je jedinična ćelija koja se stalno ponavlja.
Kristalizacija ili kristalizacija je pojava u kojoj se čvrsti pravilni kristali formiraju od tekućine zbog okruženje. Kristali se mogu formirati iz otopina, talina ili para, gdje promjene tlaka, temperature ili koncentracije tvari mogu dovesti do kristalizacije. Za nesmetan proces potreban je najmanje jedan od sljedećih uslova: Smanjenje temperature izvorne tekućine. Povećanje koncentracije kristalizatora zbog isparavanja rastvarača. Zakiseljavanje polaznog materijala kristalizatorom.
Rice. 11. Kondenzacija na zidovima hladnog stakla ()
Iz istog razloga, unutrašnjost prozorskog stakla se zamagljuje tokom hladne sezone. Hladan zrak ne može sadržavati toliko vodene pare kao topli zrak, pa se dio kondenzira - pretvara u kapljice vode.
Kristalizacija iz otopine se događa kada se kristalizatorska supstanca otopi sve dok otopina nije zasićena na datoj temperaturi. Nakon zagrijavanja, otopina ponovo postaje nezasićena, ali nakon hlađenja ili isparavanja rastvarača, otopina postaje prezasićena i dolazi do kristalizacije. Prirodna kristalizacija se javlja nakon formiranja jezgri nukleacije. Kristalizacija se može i vještački izazvati takozvanom inokulacijom - unošenjem strano tijelo u rastvor, a ova metoda se koristi, na primer, u proizvodnji šećera.
Bijeli trag iza aviona koji leti nebom također je rezultat kondenzacije vode.
Ako prinesete ogledalo usnama i izdahnete, na njegovoj površini ostat će sitne kapljice vode, što dokazuje da prilikom disanja osoba udiše vodenu paru sa zrakom.
Ime dolazi od arapske cikle - bijela. Dalja upotreba u hemijskoj i prehrambenoj industriji, staklu, papiru, poljoprivredi kao đubrivo i za kovačko zavarivanje. U te svrhe priprema se i umjetno. Alati: boraks, kotlić, voda, prozirno staklo, vitlo ili slama, konac ili žica, sredstvo za čišćenje cijevi, boje za hranu, žlica.
Dizajn: Od čistača cijevi oblikujemo bilo koji oblik. Ovaj oblik pričvršćujemo na konac ili žicu. Štap okačimo na kašiku ili slamku. Sipamo vodu u čajnik i sipamo u čašu. Miješajte boraks u vodi dok se ne dobije zasićeni rastvor. Ako ostatak boraksa ostane u posudi, rekonstituirajte otopinu u čistu čašu. Koristeći ćevap, objesite naše dlakavo žičano tijelo u čašu tako da bude potpuno potopljeno u zasićeni rastvor boraksa koji smo napravili i da ni u jednom trenutku ne dodiruje zidove ili dno čaše.
Kada se voda zagreje, ona se "širi". To se može dokazati jednostavnim eksperimentom: staklena cijev je spuštena u tikvicu s vodom i izmjeren je nivo vode u njoj; zatim je tikvica spuštena u posudu sa toplom vodom i, nakon zagrevanja vode, ponovo je meren nivo u cevi, koji je primetno porastao, jer voda pri zagrevanju povećava zapreminu.
Cijeli sistem se ostavlja u otopini preko noći kako bi boraks mogao kristalizirati. Objašnjenje: Pahuljasta žica je mjesto gdje su kristalizacijske jezgre vrlo dobro formirane, na koje se kristali boraksa postepeno zbijaju i kristal raste. Kristalizacija se ubrzava upotrebom vruće vode da se formira zasićeni rastvor i hlađenjem i isparavanjem da se dobije višak rastvora.
Vrijeme: priprema eksperimenta i priprema svih pomagala 5 minuta. Eksperimentalni test 5 min. Rast kristala 24 sata. Oznaka kristala. Procjena 10 minuta. Testirajte 5 minuta. Nakon 25 minuta i 24 sata. Moguća je daljnja rasprava o eksperimentu i njegovoj modifikaciji.
Rice. 14. Tikvica sa cijevi, broj 1 i linija označavaju početni nivo vode
Rice. 15. Tikvica sa cevčicom, brojem 2 i linijom označava nivo vode pri zagrevanju
Izražava kako se mijenja unutrašnja energija, tj. zbir energije kretanja i položaja čestica tijela kada se to tijelo ohladi ili poveća temperaturu. Toplota je jednaka energiji koju toplo kućište daje tokom razmene toplote. Prijenos topline Teče kroz zračenje.
U svim stanjima, molekuli su u stalnom nesređenom kretanju. Svaka čestica ima svoje mjesto koje vibrira oko sebe. Kada se čestice zagreju, vibriraju brže. Kada se temperatura dovoljno poveća, čestice će se osloboditi svog fiksnog položaja i početi slobodno da se kreću. U ovoj fazi solidan počeće da se pretvara u tečnost. Ovo topljenje nazivamo dešavanjem i kažemo da se tkivo topi.
Kada se voda ohladi, ona se „komprimuje“. To se može dokazati sličnim eksperimentom: u ovom slučaju boca s cijevi je spuštena u posudu s ledom; nakon hlađenja, nivo vode u cijevi se smanjio u odnosu na prvobitnu oznaku, jer se voda smanjila u volumenu.
Stvrdnjavanje Kada se tečnost ohladi, ona počinje da se stvrdnjava na određenoj temperaturi i prelazi u tkivo. Čestice koje se slobodno kreću kreću se sporije kako temperatura opada sve dok se ne konvergiraju i talože određeni položaj, oko kojih onda vibriraju. Tečnost postaje čvrsta. To nazivamo očvršćavanjem i kažemo da će se supstanca stvrdnuti.
Do ključanja dolazi kada se tečnost zagreje do tačke ključanja. Tačka ključanja se razlikuje za različite tečnosti. Tačka ključanja takođe zavisi od pritiska iznad tečnosti. To također utiče na ključanje u posudama velike visine. Tečnost se pretvara u gas samo sa površine. Tečnost koja isparava uklanja toplotu iz okoline. Isparavanje se događa na bilo kojoj temperaturi tekućine.
Rice. 16. Tikvica sa cevčicom, brojem 3 i linijom označava nivo vode tokom hlađenja
To se događa zato što se čestice vode, molekule, brže kreću kada se zagriju, sudaraju jedna s drugom, odbijaju se od stijenki posude, razmak između molekula se povećava, te stoga tekućina zauzima veći volumen. Kada se voda ohladi, kretanje njenih čestica se usporava, udaljenost između molekula se smanjuje, a tekućini je potreban manji volumen.
Planovi lekcija o državnim poslovima, aktivnosti učenika i grafički organizatori
Što je temperatura veća, to je brže isparavanje, dimenzije površine do površine, brže isparavanje, svojstva tečnosti, protok gasa preko tečnosti, pritisak gasne pare nad tečnošću. Materija se može opisati kao nešto što zauzima prostor u našem univerzumu. Vrsta čestica i način na koji su čestice raspoređene određuju kako će pitanje izgledati i šta može učiniti. Dobro razumijevanje stanja materije ključno je za opisivanje univerzuma oko nas.
Svojstva različitih agregatnih stanja
Vrsta individualnog ili grupnog zadatka.Rice. 17. Molekuli vode na normalnoj temperaturi
Rice. 18. Molekuli vode kada se zagriju
Rice. 19. Molekuli vode tokom hlađenja
Takva svojstva imaju ne samo voda, već i druge tekućine (alkohol, živa, benzin, kerozin).
Poznavanje ovog svojstva tečnosti dovelo je do izuma termometra (termometra) koji koristi alkohol ili živu.
Kada se voda zamrzne, širi se. To se može dokazati ako se posuda napunjena vodom do vrha labavo pokrije poklopcem i stavi u zamrzivač; nakon nekog vremena vidjet ćemo da će formirani led podići poklopac, nadilazeći posudu.
Ovo svojstvo se uzima u obzir pri polaganju vodovodnih cijevi, koje moraju biti izolirane tako da prilikom smrzavanja led koji nastaje iz vode ne pukne cijevi.
U prirodi, smrzavanje vode može uništiti planine: ako se voda nakuplja u pukotinama stijena u jesen, ona se smrzava zimi, a pod pritiskom leda, koji zauzima veći volumen od vode od koje je nastala, stijene pucaju i urušavaju se.
Smrzavanje vode u pukotinama puteva dovodi do uništavanja asfaltnog kolovoza.
Dugi grebeni koji podsjećaju na nabore na stablima su rane od pucanja drveta pod pritiskom soka drveća koji se u njemu smrzava. Stoga se u hladnim zimama može čuti pucketanje drveća u parku ili šumi.
- Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Svijet oko nas 3. M.: Ballas.
- Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Svijet oko nas 3. M.: Izdavačka kuća Fedorov.
- Pleshakov A.A. Svijet oko nas 3. M.: Obrazovanje.
- Festival pedagoških ideja ().
- Nauka i obrazovanje ().
- Javna klasa ().
- Napravite kratak test (4 pitanja sa tri opcije odgovora) na temu „Voda oko nas“.
- Izvedite mali eksperiment: stavite čašu vrlo hladne vode na sto u toploj prostoriji. Opišite šta će se dogoditi, objasnite zašto.
- *Nacrtajte kretanje molekula vode u zagrijanom, normalnom i ohlađenom stanju. Ako je potrebno, napišite natpise na svom crtežu.
Voda je najčešća tvar na planeti i ima osobinu koja je razlikuje od drugih tekućina: kada se zagrije od tačke topljenja do 40°C, njena kompresibilnost se povećava, a zatim smanjuje.
Jedinstvena svojstva vode
Na Zemlji nema tvari važnije za ljude od vode. Okeani i mora zauzimaju ¾ površine planete, još 20% površine kopna prekriveno je snijegom i ledom - čvrstom vodom. Da nije vode, koja direktno utiče na klimu, Zemlja bi se pretvorila u beživotni kamen koji leti kroz svemir.
Čovječanstvo dnevno troši najmanje 1 milijardu tona vode, dok ukupno resursi na planeti ostaju isti. Prije nekoliko miliona godina na površini Zemlje bilo je toliko vode koliko i sada.
Živi organizmi koji naseljavaju planet su naučili da se prilagode nepovoljnim uslovima. Ali nijedno stvorenje ne može postojati bez vode - ova supstanca se nalazi u svim životinjama i biljkama. Ljudsko tijelo se sastoji od ¾ vode.
Sadržaj vode u ljudskom tijeluOsnovna svojstva vode:
Nema boju;
Transparent;
Bez mirisa i ukusa;
Može biti u tri stanja agregacije;
Sposobnost prelaska iz jednog stanja agregacije u drugo;
Eksperiment koji pokazuje svojstva vode tokom zagrijavanja i hlađenja
Za provođenje eksperimenta kod kuće trebat će vam dvije posude i dvije laboratorijske tikvice s cijevi za odvod plina, kao i tvari: led, topla voda i voda na sobnoj temperaturi.
U dvije identične tikvice sipajte vodu sobne temperature, označite nivo vode oznakom i spustite je u dvije posude - sa toplom vodom i ledom. Šta je rezultat eksperimenta? Voda u tikvici, uronjena u toplu vodu, nadiže se iznad oznake. Voda u tikvici, stavljenoj u led, pada ispod oznake.
Zaključak: kao rezultat zagrijavanja voda se širi, a kada se ohladi, skuplja.
Iskustvo demonstriranja svojstava vode kada se čuva u različitim uslovima
Eksperiment se izvodi kod kuće u večernjim satima. Napunite tri identične posude (dostatne čaše) sa 100 ml vode. Jednu čašu stavljamo na prozorsku dasku, drugu na sto, treću blizu radijatora.
Ujutro upoređujemo rezultate: u čaši ostavljenoj na prozorskoj dasci, voda je isparila za 1/3, u čaši na stolu voda je isparila za pola, čaša u blizini radijatora ispala je prazna i suha : voda je isparila iz njega. Zaključak: isparavanje vode ovisi o temperaturi okoline, a što je viša, to je brža voda ispari.
Pretvaranje vodene pare u vodu
Za izvođenje eksperimenta pripremamo posebnu opremu:
Alcohol lamp;
Metal plate;
Boca s cijevi za izlaz plina.
U tikvicu sipajte vodu i zagrevajte je na alkoholnoj lampi dok ne proključa. Near cev za ventilaciju drži hladno metalna ploča- para se taloži na njemu u obliku kapljica vode. Transformacija gasovita voda u tečnost naziva se kondenzacija. Zaključak: kada se jako zagreje, voda se pretvara u paru i vraća se u tečno stanje kada dođe u dodir sa hladnom površinom.
Kondenzacija na staklenoj površini
Zagrijavanje vode do tačke ključanja
Voda koja dostiže tačku ključanja ima karakteristične karakteristike: tečnost mehuriće, unutra se pojavljuju mehurići, diže se gusta para. To se događa jer molekule vode, kada se zagriju, primaju dodatnu energiju iz izvora topline i kreću se brže. Kada se zagrijava dugo vremena, tečnost dostiže tačku ključanja: na zidovima posude pojavljuju se mjehurići.
Zagrijana voda
Ako se ključanje ne zaustavi, proces se nastavlja sve dok se sva voda ne pretvori u plin. Kako temperatura raste, pritisak raste, molekule vode se kreću brže i savladavaju međumolekularne sile koje ih vežu. Atmosferski pritisak se suprotstavlja pritisku pare. Voda ključa kada pritisak pare premaši ili dostigne vanjski pritisak.
U sistemima za grijanje vode voda se koristi za prijenos topline od svog generatora do potrošača.
Najvažnija svojstva vode su:
toplotni kapacitet;
promjena zapremine tokom grijanja i hlađenja;
karakteristike ključanja pri promjeni vanjskog pritiska;
kavitacija.
Pogledajmo podatke fizička svojstva vode.
Specifična toplota
Važno svojstvo svakog rashladnog sredstva je njegov toplotni kapacitet. Ako to izrazimo kroz masu i temperaturnu razliku rashladnog sredstva, dobijamo specifični toplotni kapacitet. Označava se slovom c i ima dimenziju kJ/(kg K)
Specifična toplota- to je količina topline koja se mora prenijeti na 1 kg tvari (na primjer, vode) da bi se zagrijala za 1 °C. Nasuprot tome, supstanca oslobađa istu količinu energije kada se ohladi. Prosječna vrijednost specifični toplotni kapacitet voda u rasponu između 0 °C i 100 °C je:
c = 4,19 kJ/(kg K) ili c = 1,16 Wh/(kg K)
Količina apsorbirane ili oslobođene topline Q, izraženo u J ili kJ, zavisi od mase m, izraženo u kg, specifični toplotni kapacitet c i temperaturnu razliku, izraženu u K.
Povećanje i smanjenje volumena
Sve prirodni materijališire se kada se zagreju i skupljaju kada se ohlade. Jedini izuzetak od ovog pravila je voda. Ovo jedinstveno svojstvo naziva se anomalija vode. Voda ima najveću gustinu na +4 °C, pri čemu 1 dm3 = 1 litar ima masu od 1 kg.
Ako se voda zagrije ili ohladi u odnosu na ovu tačku, njen volumen se povećava, što znači da joj se gustoća smanjuje, odnosno voda postaje lakša. To se može jasno vidjeti na primjeru rezervoara sa točkom prelivanja. Rezervoar sadrži tačno 1000 cm3 vode sa temperaturom od +4 °C. Kako se voda zagrije, nešto će iscuriti iz rezervoara u mjernu posudu. Ako zagrijete vodu na 90 °C, u mjernu posudu će se uliti tačno 35,95 cm3, što odgovara 34,7 g. Voda se širi i kada se ohladi ispod +4 °C.
Zahvaljujući ovoj anomaliji, voda u blizini rijeka i jezera zimi se smrzava. gornji sloj. Iz istog razloga, led pluta na površini i prolećno sunce može istopiti. To se ne bi dogodilo da je led teži od vode i potonuo na dno.
Rezervoar sa prelivom
Međutim, ova sposobnost širenja može biti opasna. Na primjer, motori automobila a pumpe za vodu mogu eksplodirati ako se voda u njima smrzne. Da bi se to izbjeglo, vodi se dodaju aditivi kako bi se spriječilo smrzavanje. Glikoli se često koriste u sistemima grijanja; Pogledajte specifikacije proizvođača za omjer vode i glikola.
Karakteristike ključanja vode
Ako se voda zagrije u otvorenoj posudi, ključaće na temperaturi od 100 °C. Ako izmjerite temperaturu kipuće vode, ona će ostati na 100 °C sve dok posljednja kap ne ispari. Tako se konstantna potrošnja topline koristi za potpuno isparavanje vode, odnosno promjenu njenog agregatnog stanja.
Ova energija se naziva i latentna (latentna) toplota. Ako se dovod topline nastavi, temperatura nastale pare će ponovo početi rasti.
Opisani proces je dat pri pritisku vazduha od 101,3 kPa na površini vode. Pri svakom drugom pritisku zraka, tačka ključanja vode se pomjera sa 100 °C.
Ako bismo ponovili opisani eksperiment na visini od 3000 m - na primjer, na Zugspitzeu, najviše high peak Njemačka - ustanovili bismo da voda tamo već ključa na 90 °C. Razlog ovakvog ponašanja je smanjenje atmosferski pritisak sa visinom.
Što je niži pritisak na površini vode, to će biti niža tačka ključanja. Suprotno tome, tačka ključanja će biti viša kako se pritisak na površini vode povećava. Ovo svojstvo se koristi, na primjer, u ekspres štednjacima.
Grafikon prikazuje zavisnost tačke ključanja vode od pritiska. Pritisak u sistemima grijanja se namjerno povećava. Ovo pomaže u sprečavanju stvaranja mehurića gasa tokom kritičnih radnih uslova i takođe sprečava da spoljašnji vazduh uđe u sistem.
Ekspanzija vode pri zagrijavanju i zaštita od nadpritiska
Sistemi za grijanje vode rade na temperaturama vode do 90 °C. Obično se sistem puni vodom na 15°C, koja se zatim širi kada se zagrije. Ne smije se dozvoliti da ovo povećanje volumena dovede do prekomjernog pritiska i prelijevanja tekućine.
Kada je grijanje isključeno u ljetni period, zapremina vode se vraća na prvobitnu vrijednost. Dakle, da bi se osiguralo nesmetano širenje vode, potrebno je ugraditi dovoljno veliki rezervoar.
Stari sistemi grijanja su imali otvorene ekspanzione posude. Uvijek su se nalazile iznad najvišeg dijela cjevovoda. Kako se temperatura u sistemu povećavala, što je uzrokovalo širenje vode, tako se povećavao i nivo u rezervoaru. Kako se temperatura smanjivala, tako se i smanjivala.
Moderni sistemi grijanja koriste membranske ekspanzijske spremnike (MEV). Kada se pritisak u sistemu poveća, pritisak u cevovodima i drugim elementima sistema ne sme se dozvoliti da poraste iznad granične vrednosti.
Zbog toga preduslov Za svaki sistem grijanja postoji sigurnosni ventil.
Kada tlak poraste iznad normalnog, sigurnosni ventil se mora otvoriti i osloboditi višak vode koji ekspanzijska posuda ne može primiti. Međutim, u pažljivo dizajniranom i održavanom sistemu takvo kritično stanje nikada ne bi trebalo da se dogodi.
Sva ova razmatranja ne uzimaju u obzir činjenicu da cirkulaciona pumpa dodatno povećava pritisak u sistemu. Odnos između maksimalne temperature vode, odabrane pumpe, veličine ekspanzione posude i odzivnog pritiska sigurnosnog ventila mora se uspostaviti s najvećom pažnjom. Slučajni odabir elemenata sistema - čak i na osnovu njihove cijene - u u ovom slučaju neprihvatljivo.
Membranski ekspanzioni spremnik se isporučuje napunjen dušikom. Početni pritisak u ekspanzionoj membranskoj posudi mora se podesiti u zavisnosti od sistema grejanja. Voda koja se širi iz sistema grijanja ulazi u rezervoar i komprimira gasna komora kroz dijafragmu. Gasovi se mogu komprimirati, ali tečnosti ne mogu.
Pritisak
Određivanje pritiska
Pritisak je statički pritisak tečnosti i gasova, meren u posudama i cevovodima u odnosu na atmosferski pritisak (Pa, mbar, bar).
Statički pritisak
Statički pritisak je pritisak stacionarne tečnosti.
Statički pritisak = nivo iznad odgovarajuće merne tačke + početni pritisak u ekspanzionoj posudi.
Dinamički pritisak
Dinamički pritisak je pritisak struje fluida koji se kreće. Izlazni pritisak pumpe Ovo je pritisak na izlazu centrifugalne pumpe tokom rada.
Pad pritiska
Pritisak koji razvija centrifugalna pumpa da bi se savladao ukupni otpor sistema. Mjeri se između ulaza i izlaza centrifugalne pumpe.
Radni pritisak
Pritisak koji je dostupan u sistemu kada pumpa radi. Dozvoljeni radni pritisak Maksimalna dozvoljena vrednost radnog pritiska u uslovima bezbednog rada pumpe i sistema.
Kavitacija
Kavitacija- to je stvaranje mjehurića plina kao rezultat pojave lokalnog tlaka ispod tlaka isparavanja dizane tekućine na ulazu u impeler. To dovodi do smanjenja performansi (pritisaka) i efikasnosti i uzrokuje buku i uništavanje materijala unutrašnjih dijelova pumpe. Urušavanjem mjehurića zraka u područjima visokog pritiska (kao što je izlaz radnog kola), mikroskopske eksplozije uzrokuju skokove pritiska koji mogu oštetiti ili uništiti hidraulički sistem. Prvi znak toga je buka u impeleru i njegova erozija.
Važan parametar centrifugalne pumpe je NPSH (visina stupca tečnosti iznad usisne cevi pumpe). Definira minimalni ulazni pritisak pumpe potreban datom tipu pumpe za rad bez kavitacije, tj. dodatni pritisak potreban da bi se spriječili mjehurići. Na vrijednost NPSH utječu tip radnog kola i brzina pumpe. Spoljni faktori koji utiču na ovaj parametar su temperatura tečnosti i atmosferski pritisak.
Sprečavanje kavitacije
Da bi se izbjegla kavitacija, tekućina mora ući u ulaz centrifugalne pumpe na određenoj minimalnoj visini usisavanja, koja ovisi o temperaturi i atmosferskom tlaku.
Drugi načini za sprečavanje kavitacije su:
Povećanje statičkog pritiska
Smanjenje temperature tečnosti (smanjenje pritiska isparavanja PD)
Odabir pumpe sa nižom konstantnom hidrostatičkom glavom (minimalno usisno podizanje, NPSH)
Stručnjaci Agrovodcom će vam rado pomoći da se odlučite optimalan izbor pumpa Kontaktiraj nas!
|
Alexander
2013-10-22 09:38:26
[Odgovor] [Odgovori s citatom][Otkaži odgovor]
|
Japanski fizičar Masakazu Matsumoto iznio je teoriju koja objašnjava zašto se voda skuplja umjesto da se širi kada se zagrije od 0 do 4°C. Prema njegovom modelu, voda sadrži mikroformacije - "vitrite", koji su konveksni šuplji poliedri, čiji vrhovi sadrže molekule vode, a ivice su vodikove veze. Kako temperatura raste, dva fenomena se natječu jedan s drugim: produljenje vodikovih veza između molekula vode i deformacija vitrita, što dovodi do smanjenja njihovih šupljina. U temperaturnom rasponu od 0 do 3,98°C, potonji fenomen dominira efektom elongacije vodoničnih veza, što u konačnici daje uočenu kompresiju vode. Još nema eksperimentalne potvrde Matsumotovog modela, kao ni drugih teorija koje objašnjavaju kompresiju vode.
Za razliku od velike većine tvari, voda može smanjiti svoj volumen kada se zagrije (slika 1), odnosno ima negativan koeficijent toplinskog širenja. Kako god, mi pričamo o tome ne o cijelom temperaturnom rasponu gdje voda postoji u tečnom stanju, već samo o uskom dijelu - od 0°C do približno 4°C. Sa b O Na višim temperaturama voda se, kao i druge tvari, širi.
Inače, voda nije jedina supstanca koja ima svojstvo da se skuplja pri porastu temperature (ili da se širi pri hlađenju). Bizmut, galijum, silicijum i antimon se takođe mogu pohvaliti sličnim ponašanjem. Međutim, zbog svoje složenije unutrašnja struktura, kao i zbog njene rasprostranjenosti i značaja u različitim procesima, upravo voda privlači pažnju naučnika (videti Studija strukture vode se nastavlja, „Elementi“, 10.09.2006.).
Prije nekog vremena, općeprihvaćena teorija koja je odgovorila na pitanje zašto voda povećava svoj volumen kako se temperatura smanjuje (slika 1) bila je model mješavine dvije komponente – „normalne“ i „slične ledu“. Ovu teoriju je prvi put predložio Harold Whiting u 19. vijeku, a kasnije su je razvili i poboljšali mnogi naučnici. Relativno nedavno, u okviru otkrivenog polimorfizma vode, Wietingova teorija je preispitana. Sada se vjeruje da postoje dvije vrste nanodomena sličnih ledu u prehlađenoj vodi: amorfne regije slične ledu visoke gustine i niske gustine. Zagrijavanje prehlađene vode dovodi do topljenja ovih nanostruktura i pojave dvije vrste vode: veće i manje gustine. Lukava temperaturna konkurencija između dva „razreda“ rezultirajuće vode dovodi do nemonotonske zavisnosti gustine od temperature. Međutim, ova teorija još nije eksperimentalno potvrđena.
Morate biti oprezni s ovim objašnjenjem. Nije slučajno što ovdje govorimo samo o strukturama koje podsjećaju na amorfni led. Činjenica je da nanoskopska područja amorfnog leda i njegovih makroskopskih analoga imaju različite fizičke parametre.
Japanski fizičar Masakazu Matsumoto odlučio je da pronađe objašnjenje za efekat o kojem se ovdje govori "od nule", odbacivši teoriju o dvokomponentnoj mješavini. Koristeći kompjuterske simulacije, ispitao je fizička svojstva vode u širokom temperaturnom rasponu - od 200 do 360 K pri nultom pritisku - da bi na molekularnoj skali shvatio prave razloge širenja vode kada se hladi. Njegov članak u časopisu Physical Review Letters zove se: Zašto se voda širi kada se ohladi? (“Zašto se voda širi kada se ohladi?”).
U početku je autor članka postavio pitanje: što utječe na koeficijent toplinskog širenja vode? Matsumoto smatra da je za to dovoljno otkriti utjecaj samo tri faktora: 1) promjene u dužini vodikovih veza između molekula vode, 2) topološki indeks - broj veza po molekulu vode i 3) odstupanje molekula vode. ugao između veza od ravnotežne vrijednosti (kutna distorzija).
Prije nego što progovorimo o rezultatima do kojih je došao japanski fizičar, dat ćemo važne komentare i pojašnjenja u vezi s gornja tri faktora. Prije svega, poznato hemijska formula voda H 2 O odgovara samo svom parnom stanju. U tečnom obliku, molekuli vode se spajaju u grupe (H 2 O) kroz vodikovu vezu. x, Gdje x- broj molekula. Energetski najpovoljnija kombinacija pet molekula vode ( x= 5) sa četiri vodonične veze, u kojima se veze formiraju ravnoteža, takozvani tetraedarski ugao, jednako 109,47 stepeni (vidi sliku 2).
Analizirajući zavisnost dužine vodonične veze između molekula vode o temperaturi, Matsumoto je došao do očekivanog zaključka: povećanje temperature dovodi do linearnog izduženja vodikovih veza. A to, zauzvrat, dovodi do povećanja volumena vode, odnosno do njenog širenja. Ova činjenica je u suprotnosti sa uočenim rezultatima, pa je dalje ispitivao uticaj drugog faktora. Kako koeficijent toplinskog širenja ovisi o topološkom indeksu?
Računarsko modeliranje dalo je sljedeći rezultat. At niske temperature Najveću količinu vode u procentima zauzimaju klasteri vode, koji imaju 4 vodonične veze po molekulu (topološki indeks je 4). Povećanje temperature uzrokuje smanjenje broja saradnika sa indeksom 4, ali istovremeno počinje da raste broj klastera sa indeksima 3 i 5. Provodeći numeričke proračune, Matsumoto je otkrio da lokalni volumen klastera sa topološkim indeks 4 se praktično ne mijenja s porastom temperature, a promjena ukupnog volumena asociata sa indeksima 3 i 5 na bilo kojoj temperaturi međusobno se kompenzuje. Posljedično, promjena temperature ne mijenja ukupan volumen vode, pa stoga topološki indeks nema nikakav utjecaj na kompresiju vode kada se zagrije.
Ostaje da se razjasni efekat ugaone distorzije vodoničnih veza. I tu počinje ono najzanimljivije i najvažnije. Kao što je gore spomenuto, molekule vode teže da se ujedine tako da je ugao između vodikovih veza tetraedarski. Međutim, toplotne vibracije molekula vode i interakcije sa drugim molekulima koji nisu uključeni u klaster ih sprečavaju u tome, odstupajući ugao vodonične veze od ravnotežne vrednosti od 109,47 stepeni. Da bi nekako kvantitativno okarakterisali ovaj proces ugaone deformacije, Matsumoto i kolege, na osnovu svojih prethodni rad Topološki gradivni blokovi mreže vodoničnih veza u vodi, objavljeni 2007 Journal of Chemical Physics, pretpostavio je postojanje trodimenzionalnih mikrostruktura u vodi koje liče na konveksne šuplje poliedre. Kasnije, u narednim publikacijama, nazvali su takve mikrostrukture vitrine(Sl. 3). U njima su vrhovi molekule vode, ulogu ivica imaju vodonične veze, a ugao između vodoničnih veza je ugao između ivica u vitritu.
Prema Matsumotovoj teoriji, postoji ogromna raznolikost oblika vitritisa, koji, poput elemenata mozaika, čine većina strukturu vode i koji ravnomerno ispunjavaju čitav njen volumen.
Molekuli vode teže stvaranju tetraedarskih uglova u vitritima, budući da vitriti moraju imati najmanju moguću energiju. Međutim, zbog termičkih kretanja i lokalnih interakcija s drugim vitritima, neke mikrostrukture ne pokazuju geometrije s tetraedarskim uglovima (ili uglovima bliskim ovoj vrijednosti). Oni prihvataju takve strukturno neravnotežne konfiguracije (koje za njih nisu najpovoljnije sa energetske tačke gledišta), koje omogućavaju čitavoj „porodici“ vitrita u celini da dobije najmanju vrijednost energije među mogućim. Takav vitritis, odnosno vitritis koji se čini da se žrtvuje “zajedničkim energetskim interesima” naziva se frustriranim. Ako je kod nefrustriranog vitritisa zapremina šupljine maksimalna na datoj temperaturi, onda frustrirani vitritis, naprotiv, ima najmanji mogući volumen.
Kompjutersko modeliranje koje je proveo Matsumoto pokazalo je da prosječni volumen vitritnih šupljina opada linearno s povećanjem temperature. U ovom slučaju, frustrirani vitritis značajno smanjuje svoj volumen, dok volumen šupljine nefrustriranog vitritisa ostaje gotovo nepromijenjen.
Dakle, kompresiju vode s povećanjem temperature uzrokuju dva konkurentna efekta - produljenje vodikovih veza, što dovodi do povećanja volumena vode, i smanjenja volumena šupljina frustriranih vitrita. U temperaturnom rasponu od 0 do 4°C, posljednji fenomen, kako su proračuni pokazali, prevladava, što u konačnici dovodi do uočene kompresije vode s povećanjem temperature.
Ostaje čekati eksperimentalnu potvrdu postojanja vitrita i njihovog ponašanja. Ali ovo je, nažalost, veoma težak zadatak.