Как можно использовать прозрачность теплопроводность воды. Вязкость воды

Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества и в общем случае зависит от температуры, давления и рода вещества. В большинстве случаев коэффициент теплопроводности для различных материалов определяется экспериментально с помощью различных методов. Большинство из них основано на измерении теплового потока и градиента температур в исследуемом веществе. Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м×К), при этом определяется из соотношения: из которого следует, что коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Примерные значения коэффициента теплопроводности различных веществ показаны нарис. 1.4Так как тела могут иметь различную температуру, а при наличии теплообмена и в самом теле температура будет распределена неравномерно, т.е. в первую очередь важно знать зависимость коэффициента теплопроводности от температуры. Опыты показывают, что для многих материалов с достаточной для практики точностью зависимость коэффициента теплопроводности от температуры можно принять линейной: где λ 0 - значение коэффициента теплопроводности при температуре t 0 ; b - постоянная, определяемая опытным путём.

Коэффициент теплопроводности газов. Согласно кинетической теории перенос теплоты теплопроводностью в газах при обычных давлениях и температурах определяется переносом кинетической энергии молекулярного движения в результате хаотического движения и столкновения отдельных молекул газа. При этом коэффициент теплопроводности определяется соотношением: где- средняя скорость перемещения молекул газа;- средняя длина свободного пробега молекул газа между соударениями;- теплоёмкость газа при постоянном объёме;- плотность газа. С увеличением давления в равной мере увеличивается плотность, уменьшается длина пробегаи произведениесохраняется постоянным. Поэтому коэффициент теплопроводности заметно не меняется с изменением давления. Исключение составляют очень малые (меньше 2,66×10 3 Па) и очень большие (2×10 9 Па) давления. Средняя скорость перемещения молекул газа зависит от температуры: где R μ - универсальная газовая постоянная, равная 8314,2 Дж/(кмоль×К); μ - молекулярная масса газа; Т - температура, К. Теплоемкость газов возрастает с повышением температуры. Этим объяс­няется тот факт, что коэффициент теплопроводности для газов с повышением температуры возрастает. Коэффициент теплопроводности λ газов лежит в пределах от 0,006 до 0,6 Вт/(м×К). На рис. 1.5 представлены результаты измерений коэффициента тепло­проводности различных газов, проведенных Н. Б. Варгафтиком. Среди газов резко выделяются своим коэффициентом теплопроводности гелий и водород. Коэффициент теплопроводности у них в 5-10раз больше, чем у других газов. Это наглядно видно на рис. 1.6. Молекулы гелия и водорода обладают малой массой, а следовательно, имеют большую среднюю скорость перемещения, чем и объясняется их высокий коэффициент теплопроводности. Коэффициенты теплопроводности водяного пара и других реальных газов, существенно отличающихся от идеальных, сильно зависят также от давления. Для газовых смесей коэффициент теплопроводности не может быть определён по закону аддитивности, его нужно определять опытным путём.

Рис.1.5 Коэффициенты теплопроводности газов.

1-водяной пар; 2-двуокись углерода; 3-воздух; 4-аргон; 5-кислород; 6-азот.

Рис. 1.6 Коэффициенты теплопроводности гелия и водорода.

Коэффициент теплопроводности жидкостей. Механизм распространения теплоты в капельных жидкостях можно представить как перенос энергии путем нестройных упругих колебаний. Такое теоретическое представление о механизме передачи теплоты в жидкостях, выдвинутое А. С. Предводителевым, было использовано Н. Б. Варгафтиком для описания опытных данных по теплопроводности различных жидкостей. Для большинства жидкостей теория нашла хорошее подтверждение. На основании этой теории была получена формула для коэффициента теплопроводности следующего вида: где- теплоёмкость жидкости при постоянном давлении;- плотность жидкости; μ - молекулярная масса. Коэффициент А, пропорциональный скорости распространения упругих волн в жидкости, не зависит от природы жидкости, но зависит от температуры, при этом Ас р ≈const. Так как плотность ρ жидкости с повышением температуры убывает, то из уравнения (1.21) следует, что для жидкостей с постоянной молекулярной массой (неассоциированные и слабо ассоциированные жидкости) с повышением температуры коэффициент теплопроводности должен уменьшаться. Для жидкостей, сильно ассоциированных (вода, спирты и т. д.) в формулу (1.21) нужно ввести коэффициент ассоциации, учитывающий изменение молекулярной массы. Коэффициент ассоциации зависит также от температуры, и поэтому при различных температурах он может влиять на коэффициент теплопроводности по-разному. Опыты подтверждают, что для большинства жидкостей с повышением температуры коэффициент теплопроводности λ убывает, исключение составляют вода и глицерин (рис. 1.7). Коэффициент теплопроводности капельных жидкостей лежит примерно в пределах от 0,07 до 0,7Вт/(м×К). При повышении давления коэффициенты теплопроводности жидкостей возрастают.

Рис. 1.7 Коэффициенты теплопроводности различных жидкостей.

1-вазелиновое масло; 2-бензол; 3-ацетон; 4-касторовое масло; 5-спирт этиловый; 6-спирт метиловый; 7-глицерин; 8-вода.

Коэффициент теплопроводности твердых тел. В металлах основным передатчиком теплоты являются свободные электроны, которые можно уподобить идеальному одноатомному газу. Передача теплоты при помощи колебательных движений атомов или в виде упругих звуковых волн не исключается, но ее доля незначительна по сравнению с переносом энергии электронным газом. Вследствие движения свободных электронов происходит выравнивание температуры во всех точках нагревающегося или охлаждающегося металла. Свободные электроны движутся как из областей, более нагретых, в области, менее нагретые, так и в обратном направлении. В первом случае они отдают энергию атомам, во втором отбирают ее. Так как в металлах носителем тепловой энергии являются электроны, то коэффициенты тепло- и электропроводности пропорциональны друг другу. При повышении температуры вследствие усиления тепловых неоднородностей рассеивание электронов увеличивается. Это влечет за собой уменьшение коэффициентов тепло- и электропроводности чистых металлов (рис. 1.8). При наличии разного рода примесей коэффициент теплопроводности металлов резко убывает. Последнее можно объяснить увеличением структурных неоднородностей, которое приводит к рассеиванию электронов. Так, например, для чистой меди λ= 396Вт/(м×К), для той же меди со следами мышьяка λ= 142Bт/(м×K). В отличие от чистых металлов коэффициенты теплопроводности сплавов при повышении температуры увеличиваются (рис. 1.9). В диэлектриках с повышением температуры коэффициент теплопроводности обычно увеличивается (рис. 1.10). Как правило, для материалов с большей плотностью коэффициент теплопроводности имеет более высокое значение. Он зависит от структуры материала, его пористости и влажности.

Рис. 1.8 Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для некоторых чистых металлов.

Многие строительные и теплоизоляционные материалы имеют пористое строение (кирпич, бетон, асбест, шлак и др.), и применение закона Фурье к таким телам является в известной мере условным. Наличие пор в материале не позволяет рассматривать такие тела как сплошную среду. Условным является также коэффициент теплопроводности пористого материала. Эта величина имеет смысл коэффициента теплопроводности некоторого однородного тела, через которое при одинаковых форме, размерах и температурах на границах проходит то же количество теплоты, что и через данное пористое тело. Коэффициент теплопроводности порошкообразных и пористых тел сильно зависит от их плотности. Например, при возрастании плотности ρ от 400 до 800 кг/м 3 коэффициент теплопроводности асбеста увеличивается от 0,105 до 0,248 Вт/(м×К). Такое влияние плотности ρ на коэффициент теплопроводности объясняется тем, что теплопроводность заполняющего поры воздуха значительно меньше, чем твердых компонентов пористого материала. Эффективный коэффициент теплопроводности пористых материалов сильно зависит также от влажности. Для влажного материала коэффициент теплопроводности значительно больше, чем для сухого и воды в отдельности. Например, для сухого кирпича λ= 0,35, для воды λ = 0,60, а для влажного кирпича λ≈1,0 Вт/(м×К). Этот эффект может быть объяснен конвективным переносом теплоты, возникающим благодаря капиллярному движению воды внутри пористого материала, и частично тем, что абсорбционно связанная влага имеет другие характеристики по сравнению со свободной водой. Увеличение коэффициента теплопроводности зернистых материалов с изменением температуры можно объяснить тем, что с повышением температуры возрастает теплопроводность среды, заполняющей промежутки между зернами, а также увеличивается теплопередача излучением зернистого массива. Коэффициенты теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов имеют значения, лежащие примерно в пределах от 0,023 до 2,9Bт/(м×K). Материалы с низким значением коэффициента теплопроводности [меньше 0,25Вт/(м×К)], обычно применяемые для тепловой изоляции, называются теплоизоляционными.

В разделе на вопрос что такое коэффициент теплопроводности (например воды) ?? (у воды чему равен?) заданный автором Европеоидный лучший ответ это Коэффициент теплопроводности - численная характеристика теплопроводности материала, равная количеству теплоты (в килокалориях) , проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 кв. м за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 1 град. C. Наибольшую теплопроводность имеют металлы, наименьшую - газы.
А вот про воду.. .
"Коэффициент теплопроводности большинства жидкостей с повышением температуры убывает. Вода в этом отношении является исключением. С увеличением температуры от 0 до 127°С коэффициент теплопроводности воды увеличивается, а при дальнейшем возрастании температуры - уменьшается (рис. 3.2). При 0°С коэффициент теплопроводности воды равен 0,569 Вт/(м·°С). С увеличением минерализации воды коэффициент ее теплопроводности уменьшается, но очень незначительно"... См.
Источник: Cловарь по естественным наукам. Глоссарий. ру

Ответ от Александр Тюкин [гуру]
То, что сказал Фесс ХХ - это не коэффициент теплопроводности, а объемная теплоемкость.
Коэффициент теплопроводности какого-либо вещества - это величина, которая показывает, какое количество теплоты требуется приложить к одному концу бесконечно тонкой проволоки из этого вещества, чтобы точка этой проволоки на расстоянии 1 м от этого конца за одну секунду увеличилась на 1 градус (при условии нулевой теплоотдачи в пространство). Майк все грамотно написал.

Ответ от Майк [гуру]
Теплопрово́дность - это способность вещества переносить тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности (также называется коэффициентом теплопроводности).
Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передается из более нагретых областей тела к менее нагретым областям
Вещество Коэффициент теплопроводности
Вт/(м*град)
Алюминий 209,3
Железо 74,4
Золото 312,8
Латунь 85,5
Медь 389,6
Ртуть 29,1
Серебро 418,7
Сталь 45,4
Чугун 62,8
воды, 2,1

Вода – уникальное вещество, которое имеет сложную молекулярную структуру, до конца еще не изученную. Вне зависимости от агрегатного состояния, молекулы H2O прочно связаны между собой, что определяет множество физических свойств воды и ее растворов. Давайте выясним,обладает ли обычная вода тепло- и электропроводностью.

К основным физическим свойствам H2O относятся:

• плотность;
• прозрачность;
• цвет;
• запах;
• вкус;
• температура;
• сжимаемость;
• радиоактивность;
• тепло- и электропроводность.

Последние характеристики теплопроводность и электропроводность воды – очень нестабильны и зависят от многих факторов. Рассмотрим их более подробно.

Электропроводность

Электрический ток представляет собой одностороннее движение негативно заряженных частиц – электронов. Некоторые вещества могут переносить эти частицы, а некоторые – нет. Эта способность выражается в числовой форме и представляет собой значение электропроводности.

До сих пор идут дискуссии насчет того, обладает ли электропроводностью чистая вода.Она способна проводить ток, но очень плохо. Электропроводность дистиллята объясняется тем, что молекулы H2 O частично распадаются на ионы H+ и OH-. Электрочастицы передвигаются с помощью позитивно заряженных ионов водорода, которые способны перемещаться в толще воды.

От чего зависит электропроводность жидкости

Электропроводность H2 O зависит от таких факторов, как:

• наличие и концентрация ионных примесей (минерализация);
• природа ионов;
• температура жидкости;
• вязкость воды.

Первые два фактора являются определяющими. Поэтому вычислив значение электропроводности жидкости, мы сможем судить о степени ее минерализации.

В природе не существует чистой воды. Даже родниковая представляет собой некий раствор солей, металлов и других электролитных примесей. Это прежде всего ионы Na+, K+, Ca2 +, Cl-, SO4 2-, HCO3 -. Также в ее состав могут входить слабые электролиты, которые неспособны сильно изменить свойство проводить ток. К ним относятся Fe3 +, Fe2 +, Mn2 +, Al3 +, NO3 -, HPO4 – и другие. Сильное влияние на электропроводность они способны оказать только в случае высокой концентрации, как, например, это бывает в сточных водах с отходами производства. Интересно, что наличие примесей в воде, которая находится в состоянии льда, не влияет на ее способность проводить электричество.

Электропроводность морской воды

Морская вода способна лучше проводить электрический ток, чем пресная. Это объясняется наличием в ней растворенной соли NaCl, которая является хорошим электролитом. Механизм увеличения проводимости можно описать следующим образом:

1. Хлорид натрия при растворении в воде распадается на ионы Na+ и Cl-, которые имеют разные заряды.
2. Ионы Na+притягивают электроны, так как имеют противоположный заряд.
3. Движение ионов натрия в толще воды приводит к перемещению электронов, что, в свою очередь, ведет к возникновению электрического тока.

Таким образом, электропроводность воды определяется наличием в ней солей и других примесей. Чем их меньше, тем ниже способность проводить электрический ток. У дистиллированной воды она практически нулевая.

Измерение электропроводности

Измерение электропроводности растворов осуществляется с помощью кондуктометров. Это специальные приборы, принцип действия которых основан на анализе соотношения электропроводности и концентрации примесей-электролитов. На сегодняшний день существует множество моделей, которые способны измерять электропроводность не только высококонцентрированных растворов, но и чистой дистиллированной воды.

Теплопроводность

Теплопроводность – это способность физического вещества проводить тепло от нагретых частей к более холодным. Вода, как и другие вещества, обладает таким свойством. Передача тепла происходит либо от молекулы к молекуле H2 O, что представляет собой молекулярный тип теплопроводности, либо при перемещении потоков жидкости – турбулентный тип.

Теплопроводность воды в несколько раз выше, чем у других жидких веществ, за исключением расплавленных металлов – у них этот показатель еще более высокий.

Способность воды проводить тепло зависит от двух факторов: давления и температуры. При увеличении давления показатель проводимости растет, при повышении температуры до 150 °C растет, затем начинает снижаться.

Теории явлений переноса, основанные на статистическом методе Гиббса, ставят перед собой задачу получить кинетические уравнения, из которых можно найти конкретный вид неравновесных функций распределения. Предполагается, что неравновесная функция распределения системы имеет квазиравновесную форму, причем температура, плотность числа частиц и их средняя скорость зависят от

пространственно-временных координат. Корреляция последовательных столкновений достигается тем, что учитываются не только жесткие столкновения (обусловленные отталкиванием), но и так называемые мягкие столкновения (обусловленные притяжением), в результате чего частицы движутся по искривленным траекториям.

Наибольшей известностью пользуется метод Кирквуда, в котором мягкие соударения определяют коэффициент трения. Согласно Эйнштейну - Смолуховскому коэффициент трения

где постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура и коэффициент самодиффузии.

Корреляция взаимодействия окружающих частиц с данной частицей по Кирквуду осуществляется на протяжении характерного времени та, по прошествии которого силы, действующие со стороны других частиц на данную, рассматриваются как некоррелированные Причем величина времени корреляции взаимодействия должна быть меньше характеристического времени релаксации макроскопических характеристик вещества.

Для коэффициента теплопроводности Кирквуд получает следующее выражение

где число частиц в единице объема, радиальная равновесная функция распределения частиц, -потенциал парных сил.

Кроме того, что для вычисления № по эгой формуле необходимо знать с большой точностью не только но и ее производные, а также (что само по себе представляет пракшчески неразрешимую в настоящий момент задачу) Недавно было показано, что кинетические коэффициенты нельзя непосредственно разлагать в ряд по степеням плотности, как целает Кирквуд, а необходимо использовать более сложное разложение. Это связано с необходимостью учитывав повторные соударения частиц, уже скоррелированные в

результат предыдущих столкновений с другими частицами. В связи с перечисленными трудностями приходится прибегать к модельным методам исследования.

Среди модельных работ представляют интерес работы, основанные на представлениях о характере теплового движения в жидкостях, при котором перенос тепла определяется посредством гиперакустических колебаний среды (фононов). Такой подход учитывает коллективный характер движения молекул в жидкости. При этом теплопроводность К определяется, например, следующим образом (формула Сакиадиса и Котеса)

где - скорость гиперзвука; теплоемкость при постоянном давлении, среднее расстояние между молекулами, плотность.

Помимо модельного подхода имеют место и полуэмпирические соотношения для теплопроводности (Филиппов,

Теплопроводность примерно в 5 раз меньше теплопроводности (табл. 43). Четыреххлористый углерод - обычная жидкость, для которой имеет место, как и для всех других жидкостей, уменьшение скорости звука с ростом температуры, уменьшение теплопроводности и рост теплоемкости. У воды при малых температурах все наоборот. Характер изменения всех этих свойств в воде напоминает характер их изменения для обычных веществ в газообразном состоянии. В самом деле, теплопроводность газа растет с ростом температуры

Средняя скорость молекул, теплоемкость и длина свободного пробега).

Для примера ниже приводится зависимость теплопроводности воздуха при атмосферном давлении для ряда температур.

Изменение теплопроводности при плавлении льда I и дальнейшее изменение Т с ростом температуры жидкой воды представлено на рис. 57, откуда видно, что теплопроводность при плавлении льда I уменьшается приблизительно в

Таблица 43 (см. скан) Температурные зависимости теплопроводностей воды и четыреххлористого углерода

4 раза. Исследование изменения теплопроводности переохлажденной воды вплоть до -40°С показывает, что переохлажденная вода не имеет никаких особенностей при 0°С (табл. 43). Для иллюстрации нормального температурного хода теплопроводности представлена зависимость теплопроводности от температуры. Теплопроводность монотонно уменьшается с ростом температуры.

Все нормальные жидкости с ростом давления изменяют знак изменения теплопроводности с температурой. Для большого класса жидкостей это изменение имеет место при давлении Теплопроводность воды не изменяет характера температурной зависимости под давлением. Относительная величина увеличения теплопроводности воды при давлении составляет -50%, в то время как для

других нормальных жидкостей это увеличение при том же давления составляет (рис. 58).

Зависимость К от давления для воды представлена на рис. 58. Такое маленькое относительное увеличение теплопроводности воды с ростом давления связано с малой сжимаемостью воды по сравнению с другими жидкостями, которая определяется характером сил межмолекулярного взаимодействия.

Рис. 57. Зависимость теплопроводности воды и от температуры

Рис. 58. Зависимость от температуры теплопроводности и силиконового масла для ряда давлений

Cтраница 1

Теплопроводность воды примерно в 5 раз выше теплопроводности масла. Она увеличивается с увеличением давления, но при давлениях, имеющих место в гидродинамических передачах, ее можно принять постоянной.  

Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз превышает теплопроводность воздуха. В соответствии с этим увеличивается скорость теплопотери при погружении тела в воду или соприкосновении с ней, а это в значительной мере определяет теплоощущение человека на воздухе и в воде. Так, например, при - (- 33 воздух кажется нам теплым, а такая же температура воды - безразличной. Температура воздуха 23 кажется нам безразличной, а вода такой же температуры - прохладной. При - (- 12 воздух кажется прохладным, а вода - холодной.  

Теплопроводность воды и водяного пара г несомненно, изучена лучше всех других веществ.  

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопроводность водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.  

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей (кроме металлов) и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастая и лишь затем начиная уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.  

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей (кроме металлов), и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастает и лишь затем начинает уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.  

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопровод-кость водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.  

Теплопроводность воды, водных растворов солей, спиртоводных растворов и некоторых других жидкостей (например, гликолей) возрастает с повышением температуры.  

Теплопроводность воды очень незначительна по сравнению с теплопроводностью других веществ; так, теплопроводность пробки - 0 1; асбеста - 0 3 - 0 6; бетона - 2 - 3; дерева - 0 3 - 1 0; кирпича-1 5 - 2 0; льда - 5 5 кал / см сек град.  

Теплопроводность воды X при 24 равна 0 511, теплоемкость ее с 1 ккал кг С.  

Теплопроводность воды прн 25 равна 1 43 - 10 - 3 кал / см-сек.  

Поскольку теплопроводность воды (Я 0 5 ккал / м - ч - град) примерно в 25 раз больше, чем у неподвижного воздуха, вытеснение воздуха водой повышает теплопроводность пористого материала. При быстром замораживании и образовании в порах строительных материалов уже не льда, а снега (Я 0 3 - 0 4), как показали наши наблюдения, теплопроводность материала, наоборот, несколько уменьшается. Правильный учет влажности материалов имеет большое значение для теплотехнических расчетов сооружений как надземных, так и подземных, например водоканализационных.  

Главная » Части речи » Как можно использовать прозрачность теплопроводность воды. Вязкость воды