Nyttige tips

Vanntetthet, varmeledningsevne og fysiske egenskaper ved H2O

Pin
Send
Share
Send
Send


Som du vet er tettheten til et stoff i forskjellige tilstander (flytende, fast, gassformig) forskjellig. Oftest er tettheten til et faststoff høyere enn væsketettheten og enda høyere enn tettheten av gasser. Unntaket er vann. I fast tilstand er vekten mindre enn i væsken, og dens tetthet i fast tilstand er mindre.

Vanntetthet bestemt av massen til enhetsvolumet i kg per m3. Tettheten av rent vann uten salt og forskjellige tilsetningsstoffer avhenger av temperatur. Den maksimale tettheten av vann bestemmes ved en temperatur på t = 3,98 ° C, den er 1000 kg / m3 (1 g / cm3). Ved en temperatur på 0 ° C vil tettheten avta med 0,132 g / cm3. Vannets tetthet avtar med økende temperatur. Så ved t = 25 ° С vil tettheten være 997,1 kg / m3.

Forskjellen mellom tettheten ved en annen temperatur og den høyeste tettheten kalles betinget tetthet av vann eller dets avvik.

Det skal bemerkes at tettheten av andre vanlige væsker avtar jevnlig med økende temperatur.

En online kalkulator som bruker den interaktive tabellen over vanntetthet, vil hjelpe deg med å bestemme tettheten av vann i de ønskede måleenhetene (g / cm3 og kg / m3) ved forskjellige temperaturer.

Bestemmelse av væsketetthet ved bruk av et pyknometer

Et rent, tørt pyknometer veies på en analytisk balanse til nærmeste 0,0002 g. Deretter fylles det med destillert vann litt over merket, lukkes med en propp og plasseres i en termostat. Etter en 20-minutters eksponering i en termostat ved en temperatur på 20 + -0,1 C, bringes vannstanden i pyknometeret raskt til markeringen, og fjerner overflødig vann med en pipette, kapillær eller en sammenrullet stripe av rent ikke-fibrøst filterpapir. Pyknometret lukkes igjen med en propp, termostateres i ytterligere 10 minutter, væskenivået blir sjekket for etiketten, utsiden tørkes tørr med en ren myk klut eller filterpapir, og de analytiske balansekassene blir liggende i 10 minutter og veies deretter igjen. Etter dette frigjøres pyknometeret fra vann, skylles i rekkefølge med alkohol og eter, deretter fjernes den gjenværende eteren ved å blåse luft, pyknometeret fylles med testvæsken og de samme operasjoner utføres som med destillert vann.

Fig. 4. Pyknometre.

Væskens relative tetthet beregnes ved formelen:

hvor d er den relative tettheten til testvæsken, m er massen til det tomme pyknometeret, g, m1 er massen til pyknometeret med destillert vann, g, t2 er massen til pyknometeret med den testede væsken, g, 0,99703 er verdien av den relative tettheten av vann ved 20 C, under hensyntagen til tettheten luft, 0,0012 - lufttetthet ved 20 ° C og et trykk på 760 mm RT. Art.

Verdien 0,0012 må tillegges den beregnede tettheten, siden pyknometeret inneholdt luft før væsken ble fylt.

Vær forsiktig med at filterpapir eller stofffibre ikke tørkes på veggene når du tørker av pyknometeret. Tørk ikke pyknometeret ved å varme opp. Bruken av et pyknometer lar deg bestemme den relative tettheten med en nøyaktighet på 0,001.

Væskens tetthet i gram per 1 ml ved en temperatur på 20 ° C beregnes basert på massen på 1 ml av analytten, og korreksjonen for veiing i luft tilsettes i samsvar med følgende tabell:

Vekt 1 ml, gkorreksjon
0,60-1,030,0011
1,04-1,720,0010
1,73-2,000,0009

En masse på 1 ml væske bestemmes ved å dele det uttrykt i gram av massen i luft som fyller pyknometeret til væsken ved 20 ° C med volumet av pyknometeret, uttrykt i milliliter. Volumet til pyknometeret stilles inn som beskrevet ovenfor, på basis av at 1 liter vann ved 20 ° C har en masse på 997,18 g.

Fysiske egenskaper ved vann ved temperaturer fra 0 til 100 ° C

Tabellen viser følgende fysiske egenskaper til vann: vanntetthet ρspesifikk entalpi hspesifikk varme Cpvannledningsevne λtermisk diffusivitet av vann ogdynamisk viskositet μkinematisk viskositet νvolumetrisk termisk ekspansjonskoeffisient β, overflatespenningskoeffisient σPrandtl-nummer Pr. De fysiske egenskapene til vann er vist i tabellen ved normalt atmosfæretrykk i området fra 0 til 100 ° C.

Vannets fysiske egenskaper avhenger betydelig av temperaturen. Denne avhengigheten er mest uttalt for egenskaper som spesifikk entalpi og dynamisk viskositet. Ved oppvarming øker entalpien av vann betydelig, og viskositeten synker betydelig. Andre fysiske egenskaper ved vann, for eksempel overflatespenningskoeffisient, Prandtl-antall og tetthet avtar med økende temperatur. For eksempel er tettheten av vann under normale forhold (20 ° C) 998,2 kg / m 3, og ved et kokepunkt synker den til 958,4 kg / m 3.

En slik egenskap av vann som termisk ledningsevne (eller riktigere, den termiske konduktivitetskoeffisienten) har en tendens til å øke når den blir oppvarmet. Varmeledningsevnen ved et kokepunkt på 100 ° C når en verdi på 0,663 W / (m · deg). Termisk diffusivitet H2O øker også med økende temperatur.

Det skal bemerkes den ikke-lineære oppførselen til kurven for den spesifikke varmen til denne væsken som en funksjon av temperaturen. Verdien synker i området fra 0 til 40 ° C, deretter er det en gradvis økning i varmekapasitet til en verdi av 4220 J / (kg · deg) ved 100 ° C.

Fysiske egenskaper ved vann ved atmosfæretrykk - bord
t, ° С →0102030405060708090100
ρ, kg / m 3999,8999,7998,2995,7992,2988983,2977,8971,8965,3958,4
h, kJ / kg042,0483,91125,7167,5209,3251,1293335377419,1
Cp, J / (kg grad)42174191418341744174418141824187419542084220
λ, W / (m0,5690,5740,5990,6180,6350,6480,6590,6680,6740,680,683
a · 10 8, m 2 / s13,213,714,314,915,315,71616,316,616,816,9
μ · 10 6, Pa · s178813061004801,5653,3549,4469,9406,1355,1314,9282,5
v · 10 6, m 2 / s1,7891,3061,0060,8050,6590,5560,4780,4150,3650,3260,295
ß · 10 4, deg -1-0,630,71,823,213,874,495,115,76,326,957,52
σ · 10 4, N / m756,4741,6726,9712,2696,5676,9662,2643,5625,9607,2588,6
Pr13,59,527,025,424,313,542,932,552,211,951,75

Merk:Den termiske diffusiviteten i tabellen er gitt i graden 10 8, viskositeten i graden 10 6, etc. for andre egenskaper. Dimensjonaliteten til de fysiske egenskapene til vann kommer til uttrykk i SI-enheter.

Termofysiske egenskaper ved vann på metningslinjen (100 ... 370 ° С)

Tabellen viser de termofysiske egenskapene til vann H2O på metningslinjen avhengig av temperaturen (i området fra 100 til 370 ° C). Hver temperatur hvor vannet er i metningstilstand tilsvarer dets mettede damptrykk. Med disse parametrene er væsken og dens damp i en metningstilstand eller termodynamisk likevekt.

Tabellen viser følgende termofysiske egenskaper til vann i mettet flytende tilstand:

  • mettet damptrykk ved spesifisert temperatur p, Pa
  • vanntetthet ρkg / m 3
  • spesifikk entalpi av vann hkJ / kg
  • spesifikk (masse) varmekapasitet Cp, kJ / (kg grad),
  • varmeledningsevne λ, W / (m · deg),
  • termisk diffusivitet en, m 2 / s,
  • dynamisk viskositet μ, Pa · s,
  • kinematisk viskositet ν, m 2 / s,
  • koeffisient for utvidelse av termisk volum β, K -1,
  • overflatespenningskoeffisient σ, N / m
  • Prandtl-nummer Pr.

Egenskapene til vann på metningslinjen er temperaturavhengig. Effekten påvirker spesielt viskositeten til vann. - dynamisk viskositet H2O synker betydelig med økende temperatur. Hvis verdien av denne egenskapen til vann i en metningstilstand ved en temperatur på 100 ° C er 282,5 · 10-6 Pa · s, og ved en temperatur lik for eksempel 370 ° C, synker den dynamiske viskositeten til 282,5 · 10-6 Pa · a.

Andre egenskaper ved vann, som tetthet, varmeledningsevne, spesifikk varme, termisk diffusivitet, med en økning i dens temperatur, har en tendens til å redusere i verdiene. For eksempel synker vanntettheten fra 958,4 til 450,5 kg / m 3 ved oppvarming fra 100 til 370 ° C.

Den termiske konduktiviteten til vann i metningstilstand synker også med økende temperatur (i motsetning til normale forhold og temperaturer opp til 100 ° C, hvor dens vekst skjer under oppvarming). Nedgangen i termisk konduktivitet er forbundet med en økning i både temperatur og mettet væsketrykk.

Det skal bemerkes at spesifikk entalpi av vann avhengig av temperatur øker den betydelig når den varmes opp, både til et kokepunkt og over.

Varmeledningsevne avhengig av temperatur ved atmosfæretrykk

Tabellen viser den termiske konduktiviteten til vann i flytende tilstand ved normalt atmosfæretrykk. Varmeledningsevnen er angitt avhengig av temperaturen i området fra 0 til 100 ° C.

Ved oppvarming blir vann mer termisk ledende - koeffisienten for varmeledningsevne øker. For eksempel, ved 10 ° C, har vann en varmeledningsevne på 0,574 W / (m · deg)og når temperaturen stiger til 95 ° C, øker den termiske ledningsevnen til vann til en verdi av 0,682 W / (m · deg).

Varmeledningsevne avhengig av temperatur
t, ° С051015202530354050
λ, W / (m0,5690,5720,5740,5870,5990,6090,6180,6270,6350,648
t, ° С556065707580859095100
λ, W / (m0,6540,6590,6640,6680,6710,6740,6770,680,6820,683

Varmeledningsevne avhengig av temperatur og trykk

Tabellen viser verdiene for varmeledningsevne for vann og vanndamp ved temperaturer fra 0 til 700 ° C og trykk fra 1 til 500 atm.

Som kjent koker vann ved atmosfæretrykk og passerer i damp ved en temperatur på 100 ° C. Varmeledningsevnen under disse forholdene er 0,683 W / (m · deg). Med økende trykk øker også vannets kokepunkt (Clapeyron-Clausius lov). I følge tabellen kan det sees at vann ved et trykk 100 ganger høyere enn atmosfærisk (100 bar) er i form av damp ved en temperatur på 310 ° C og har en varmeledningsevne på 0,523 W / (° C).

Dermed skal det bemerkes at en endring i trykk påvirker både vannets kokepunkt og dets varmeledningsevne. Høy varmeledningsevne oppnås ved å øke trykket - med økende trykk øker den termiske ledningsevnen til vann. For eksempel, ved et trykk på 1 bar og en temperatur på 20 ° C, har vann en varmeledningsevne på 0,603 W / (m · deg). Med en økning i trykket opp til 500 bar blir den termiske konduktiviteten til vann 0,64 W / (m · deg) ved samme temperatur.

Merk: Linjen under verdiene i tabellen indikerer faseovergangen til vann til damp, det vil si at tallene under linjen refererer til damp, og over den til vann. Den termiske konduktiviteten i tabellen er indikert til graden 10 3. Husk å dele med 1000! Dimensjonaliteten til varmeledningsevnen til vann i tabellen W / (m · deg).

Bestemmelse av væsketetthet med hydrometer

Væskens tetthet kan være omtrent (nøyaktig til 0,01) bestemt ved bruk av et hydrometer. Denne metoden finner bred praktisk anvendelse ved bestemmelse av den relative tettheten av svovelsyre, salpetersyre og saltsyrer, etylalkohol, etc. Fordelene med denne metoden er bestemmelseshastigheten og muligheten for å bruke viskøse væsker til analyse. Ulempene med fremgangsmåten inkluderer, i tillegg til lav nøyaktighet, behovet for å bruke en relativt stor mengde av det analyserte fluidet.

Hydrometeret er et glass-tynnvegget sylindrisk kar som ekspanderer under og har på slutten en glassbeholder fylt med skudd, sjeldnere kvikksølv. På toppen av hydrometeret er det en skala med divisjoner som tilsvarer væskens relative tetthet, og en indikasjon på temperaturen som bestemmelsen skal gjøres ved. Det er hydrometers for væsker som er lettere og tyngre enn vann, for svovelsyre, kaustiske alkalier, samt et antall spesielle hydrometre for måling av tettheten av alkohol (alkoholmeter), melk (laktometer) og andre. For å forbedre målingens nøyaktighet produserer industrien sett med hydrometre, hvis skalaer dekker et bestemt område tettheter.

Som regel utføres kalibrering av hydrometre ved 20 ° C og er relatert til vannets tetthet ved 4 ° C, derfor gir målestokkverdiene verdien av d. Hvis temperaturen på den analyserte væsken i henhold til instruksjonene i standarden avviker fra temperaturen som er angitt på skalaen til hydrometeret, bør det gjøres en justering for forskjellen i temperatur.

Testvæsken plasseres i en sylinder med en kapasitet på minst 0,5 l, og ved en væsketemperatur på 20 ° C senkes et rent, tørt hydrometer forsiktig inn i det. Hydrometeret skal dyppes i væske forsiktig, uten å gi slipp på det til det blir tydelig at det flyter. I dette tilfellet skal hydrometeret være i midten av sylinderen og ikke i noe tilfelle berøre veggene og bunnen av fartøyet. Nedtellingen gjøres på inndelingen av skalaen til hydrometeret 3-4 minutter etter nedsenking på den nedre menisken av væsken. Når det gjelder å bestemme tettheten av mørkfargede væsker, blir tellingen foretatt på den øvre menisken. Etter bestemmelse vaskes, tørkes og renses hydrometeret i et spesielt tilfelle.

Sjøvann

Sjøvann inneholder forskjellige mineraler, inkludert magnesium, mangan, gull, kobber og til og med uran. Men ikke bare vannet i seg kjennetegnes av en slik mineralisert sammensetning. Marine innbyggere er den viktigste kilden til mineraler for vann. Laminaria akkumulerer jod, bløtdyr - kobber, radiolaria - strontium, ascidia - vanadium og maneter - tinn, sink og bly. Som et resultat av nedbrytningen av innbyggere under vann, mottar sjøvann mineraler, som deretter akkumulerer nye generasjoner med tang eller radiolaria. En slik vill mineralsammensetning gjør sjøvann uegnet til drikke, for for å fjerne de kjemiske elementene fra kroppen, er det behov for mer vann enn dets berørte mengde.

Hvis du smaker på sjøvannet, virker det bittert salt. I gjennomsnitt produseres 25 gram natriumklorid per 1 liter vann, og 3,8 g magnesiumklorid og 1,7 g magnesiumsulfat gir det bitterhet. Generelt inneholder sjøvann omtrent 35 g forskjellige salter, slik at dens tetthet alltid er høyere enn fersk. Vannets saltholdighet er uttrykt i ppm. Uttrykket “saltholdighet 16 ‰” tilsvarer “saltholdighet 16 PSU” eller “saltholdighet 1,6%”. Dette betyr at i en liter væske inneholder 16 gram salter.

Den gjennomsnittlige saltholdigheten i havvannet varierer fra 7 PSU for Østersjøen til 40 PSU for Rødehavet. Dødehavet står fra hverandre, da saltholdigheten overgår og gjennomsnitt 265 PSU. På grunn av det høye saltinnholdet er Dødehavets farvann preget av en tetthet på 1,3 kg / m³.

Totalt inneholder en liter sjøvann 2 ss salter. På grunn av dette er tettheten til en slik væske alltid mer enn frisk og er i gjennomsnitt 1,025 gram per kubikkcentimeter. Vannets tetthet påvirkes ikke bare av sammensetningen, men også av temperaturen. Når den er avkjølt, trekker sjøvann seg sammen og densiteten øker.

Den variable tettheten av vann har stor innvirkning ikke bare på livet under vann, men også for skipsfarten. Når skip går fra oseaniske farvann til friske elver eller overgår fra tropiske farvann til kalde farvann i Atlanterhavet, kan utkastet til fartøyet variere opp til 30 cm, noe som er et stort problem for skip som anløper havnen. På moderne lasteskip blir det laget skrogmerker på skroget, som avhenger av temperaturen og saltholdigheten til vannet. Andre ting som er like, gjør slike merker det enkelt å bestemme hvor mye tettheten av sjøvann har endret seg.

Ferskvann

I motsetning til sjøvann har ferskt i sammensetningen praktisk talt ingen urenheter, og saltinnholdet i en slik væske overstiger ikke 0,1%. Ferskvann utgjør bare 3% av det totale vannet på planeten og finnes i isbreer, isfjell, elver, grunnvann, ferske innsjøer og til og med skyer. Generelt eksisterer det store flertallet av ferskvann på jorden i form av is.

Interessant nok, ferske isfjell legger salthavet, og spørsmålet oppstår, hvordan kommer de dit? Saken er at sjøvann fordamper, mens de mister alt salt og presne, og akkumuleres i form av skyer. Etter det faller ferskvann ut i form av nedbør, og snøen komprimeres under sin egen vekt og danner en isbre. Isfjell er ikke noe mer enn ødelagte deler av en isbre. Mer interessant er det at når sjøvann fryser, og dette skjer ved en temperatur på minus 2 grader, dannes det tynne iskrystaller som ikke inneholder salt. Hvis du velger disse krystallene fra havvann og smelter, kan du få rent ferskvann.

Ferskvannstetthet

Tettheten av ferskvann avhenger bare av temperatur. Ved null grader Celsius er tettheten av fersk is 999,8000 kg / m3, og ved 100 grader synker damptettheten til 958,4000 kg / m3. Dette er tabellverdier oppnådd under ideelle forhold. For å bestemme tettheten av vann i elv eller innsjø, bruker forskere IPTS-68 og ITS-90 standarder. ITS-90 temperaturskala erstattet IPTS-68 i 1990 på grunn av gjenfortelling av de viktigste frysepunktene for ferskvann. Tettheten av ferskvann i henhold til forskjellige standarder kan lett uttrykkes gjennom hverandre i henhold til formelen:

IPTS-68 = 1 00024 × ITS-90

Forskjellen er liten, men ITS-90 brukes i moderne hydrologiske beregninger.

Kalkulator for vanntetthet

Vårt program lar deg bestemme tettheten av ferskvann avhengig av temperaturen på tre måter:

  • finn tabellverdien
  • beregne i henhold til en formel ved bruk av IPTS-68-standarden,
  • beregne i henhold til formelen ITS-90.

Du kan stille inn temperaturen i kalkulatoren i Kelvin, Celsius eller grader Fahrenheit.

Tettheten av saltvann avhenger av både temperatur og saltholdighet, noe som er angitt i kalkulatoren vår i PSU (Practical Salinity Units), som er identisk med konseptet ppm. Tenk på et eksempel.

Tetthetsberegning ved hjelp av en kalkulator

La oss beregne tettheten av å drikke destillert vann ved romtemperatur på 20 grader. For å bestemme tettheten, må du velge en temperaturskala og en beregningsmetode. Vi bruker alle tre metodene og får:

  • tabellverdi - 998.2000 kg / m3,
  • IPTS-68 standard - 997.9355 kg / m3,
  • ITS-90 standard - 997,6699 kg / m3.

Som du ser er forskjellene minimale, men med nøyaktige beregninger kan feil valg av verdi føre til feil.

Теперь подсчитаем плотность воды Красного моря, соленость которого составляет 40 PSU при температуре 30 градусов Цельсия. Введите эти данные в соответствующие ячейки и вычислите результат: 1 028,5825 кг/м3.

Pin
Send
Share
Send
Send