Коэффициент расширения воды при нагревании таблица: Тепловое расширение воды калькулятор. Расчет расширительного бака для отопления: формулы и разъяснения.

Содержание

расширении жидкостей от нагревания - Справочник химика 21

    При заполнении резервуара нефтью или нефтепродуктом, которые подлежат подогреву или длительному хранению в летнее время, уровень жидкости (во избежание переполнения резервуара) устанавливается с учетом расширения жидкости при нагревании. Максимальный уровень холодного продукта не должен превышать 95% высоты емкости, а уровень сжиженных газов—83%. [c.200]
    Жидкая фаза при нагревании расширяется, причем объемный коэффициент расширения ее в 16 раз больше, чем у воды. Расширение жидкости от температуры является опасным свойством, приводящим к разрыву резервуаров, баллонов, трубопроводов, если в них не оставить газовой подушки или не установить клапана для сброса жидкости. [c.4]

    Совсем другая ситуация возникает у высоковязких жидкостей и особенно у полимеров. Если в обычных жидкостях нагревание приводит к текучести, то у полимеров сначала появляется высокая эластичность. В высокоэластическом состоянии полимеры ведут себя с точки зрения механики как твердые тела. Они обладают упругостью формы. В то же время их структура характеризуется наличием только ближнего порядка и, как следствие этого, по многим физическим свойствам они сходны с обычными жидкостями. Например, резины хорошо подчиняются гидростатическому закону Паскаля, их сжимаемость и коэффициент объемного расширения те же, что и у жидкостей, и т. д. 

[c.226]

    Рассматривая расширение жидкости при нагревании, или сжатие газа при изменении давления, или ход химической реакции, или любые другие процессы, мы обычно расчленяем их на отдельные элементы, что облегчает нахождение искомых закономерностей. [c.6]

    Вследствие расширения при нагревании удельный вес жидкости падает с повышением температуры, подчиняясь некоторой функциональной зависимости. Эта зависимость может быть выражена или прямолинейной функцией или же некоторой криволинейной функцией  [c. 61]

    КОЭФФИЦИЕНТ РАСШИРЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ. При нагревании все жидкости, в том числе и все сорта моторных топлив и смазочных масел, расширяются. Увеличение объема жидкости при повышении т-ры на 1 выражается коэфф. объемного расширения данной жидкости. В небольшом интервале т-р изменение объема в зависимости от т-ры может быть выражено линейным ур-нием 

[c.300]

    При нагревании реактивных топлив их объем увеличивается. Объемное расширение нефтепродуктов подчиняется общей закономерности теплового расширения жидкостей. [c.33]

    Медные, с завинчивающимися крышками, ампулы заполнялись жидкостью настолько, чтобы обеспечить при нагревании свободное расширение жидкости. Поправка на радиацию определялась по упрощенной формуле А. Н. Щукарева [12]. [c.258]


    Расширение нефти и нефтепродуктов при нагревании подчиняется обшей закономерности теплового расширения жидкостей, определяемой формулой  [c. 27]

    Жидкостные манометрические термосистемы. Эти системы (рис. 38,6) обладают меньшей инерционностью. Поскольку жидкость практически несжимаема, перемещение стержня на выходе АЛ определяется изменением объема жидкости при нагревании. Однако перемещение это очень мало в связи с малым коэффициентом объемного расширения жидкости (около 0,(Ю1 на ГС), поэтому относительная погрешность у жидкостных термосистем выше, чем у газовых. Ввиду того что при тепловом расширении жидкость может развивать большое усилие, жидкостные термосистемы применяют в регуляторах температуры прямого действия. 

[c.77]

    В 1859 г. Менделееву была предоставлена двухлетняя научная командировка за границу . Он поехал в Гейдельберг, где работал в лабораториях Р. Бунзена и Г. Р. Кирхгофа. Создание в это время Бунзеном и Кирхгофом основ спектрального анализа оказало большое влияние на Менделеева. Экспериментальные работы, выполненные Менделеевым за границей, были посвящены изучению молекулярного сцепления жидкостей, расширения гомологичных жидкостей и расширения жидкостей при нагревании их до высоких температур. Окончание заграничной учебы Менделеева совпало [c.77]

    Жидкостные манометрические термосистемы. Поскольку жидкость практически несжимаема, перемещение стержня на выходе Ах определяется изменением объема жидкости при нагревании (рис. 61,6). Однако из-за малых значений коэффициента объемного расширения жидкостей (ао 0,001 1/°С) Ах очень мало, что увеличивает относительную погрешность. Преимущество же их по сравнению с газовыми — большая сила, развиваемая при расширении жидкости, и меньшая инерционность. Поэтому их применяют в регуляторах температуры прямого действия. 

[c.116]

    МПа и выше. Высокое давление в системе уменьшает также погрешность, связанную с изменением атмосферного давления. Существенный недостаток газовых термометров — высокая инерционность из-за низкого коэффициента теплоотдачи от термобаллона к газу. Жидкостные манометрические термометры обладают меньшей инерционностью. Поскольку жидкость практически несжимаема, величина перемещения стержня на выходе Ак определяется изменением объема жидкости при нагревании. Однако величина эта очень мала в связи с малым коэффициентом объемного расширения жидкости (около 0,001 1/°С). Поэтому относительная погрешность у жидкостных термоэлементов выше, чем у газовых. Так как при тепловом расширении жидкость может развивать большие усилия, жидкостные термоэлементы применяют в регуляторах температуры прямого действия. 

[c.199]

    Для анализа жидкостей, кипящих при низкой температуре, может быть использована кювета (рис. 4.22), а входе и (выходе которой установлены отсечные клапаны 2, одновременно перекрывающие входной и выходной каналы кюветы после ее заполнения [28]. Клапаны жестко связаны с одним приводом — ручкой 1. Поршень 3 передвигается при расширении жидкости в результате ее нагревания и тем самым снижается давление внутри кюветы. [c.168]

    Принцип действия такого термометра заключается в свойстве расширения жидкости пропорционально нагреванию и сжатия — при охлаждении. [c.127]

    Все вещества при нагревании от абсолютного нуля до полного испарения должны увеличиваться в объеме, преодолевая как силы внутреннего сцепления, так и внешнее давление.

Вследствие незначительного изменения объема, при расширении твердого тела обычно требуется сравнительно небольшая энергия, и так как данные, необходимые для определения этой величины, для большинства рассматриваемых веществ отсутствуют, то этой энергией пренебрегают, и ее величина поэтому не указывается в приведенной ниже таблице. Величина энергии, требуемой для расширения жидкости, тоже невелика для большинства веществ, и ею также можно пренебрегать. Переход от одной кристаллической структуры к другой обычно вызывает весьма незначительные изменения внутренней энергии, которыми тоже можно пренебречь. [c.74]

    О расширении жидкостей от нагревания выше температуры кипения. [c.146]

    О расширении жидкостей от нагревания выше температур кипения.— Горн, журн., 1861, № 4 (ч. II), 141—152. [c.212]

    Среди всех видов автоматического пожарного водоснабжения первое место занимают спринклерные стационарные устройства. Специальное назначение и ценность этих устройств состоит в том, что в короткий промежуток времени, исчисляемый долями минуты, начинается автоматическое тушение возникшего пожара с одновременной автоматической подачей сигнала пожарной тревоги.

Устройство включается при помощи спринклеров, автоматически открывающихся под,действием тепла, исходящего из очага поражения. Спринклер— это специальная головка с металлическим замком, состоящая из запаянной стеклянной колбочки, заполненной жидкостью с большим коэффициентом линейного расширения. При нагревании колбочка разрывается, вскрывает спринклер и открывает проход воде, которая образует душ, орошающий поверхность до 9 м . [c.280]

    В термометрах расширения использовано свойство тел изменять свой объем от нагревания. Они разделяются на а) жидкостные стеклянные, действие которых основано на разности теплового расширения жидкости и стеклянного сосуда, в котором она находится б) стержневые, или дилатометрические, имеющие два помещенных рядом стержня (или стержень внутри трубки) из разных материалов, величина удлинения которых различна при одном и том же изменении температуры в) биметаллические, температура по которым определяется по изгибанию или 

[c.80]

    При плавлении низкомолекулярного кристаллического твердого вещества наблюдается скачкообразное изменение его термодинамических параметров. Одним из таких параметров является удельный объем. Если мы поместим образец кристаллического твердого вещества в дилатометр и будем измерять изменение его объема с ростом температуры, то получим гра-фик, представленный на рис. 6.4. Видно, что в точке плавления L и Гпл объем образца скачкообразно изменяется. При медленном нагревании образца происходит незначительное, но постоянное J увеличение его объема, изображенное на рисунке линией АВ, наклон которой определяет объемный коэффициент расширения твердого тела. Затем по достижении наблюдается резкое увеличение удельного объема, изображенное линией ВС. После того как весь образец расплавился, дальнейшее увеличение температуры также сопровождается постепенным увеличением объема жидкости (линия D). Так как коэффициент объемного расширения жидкости выше, чем твердого тела, наклон отрезка D больше, чем отрезка [c.128]

    Для практического измерения температур используют те свой-ства. в ещества, которые изменяются при изменении температуры тела.

Таким свойством является, например, расширение жидкости при нагревании и вызываемое этим увеличение высоты столбика жидкости в термометре. л [c.10]

    Обратные холодильники (рис. 26) предназначены для работ, при проведении которых пары, выделяющиеся при нагревании, охлаждаются в холодильной трубке и образующаяся при этом жидкость снова стекает в реакционный сосуд. Для увеличения поверхности охлаждения холодильные трубки обратных холодильников имеют расширения шаровидной или яйцевидной формы. Иногда холодильную трубку делают в форме спирали, ежика и т. п. [c.33]

    Прибор имеет вертикальную кипятильную трубку 3 с внутренним диаметром 34 мм и длиной 500 мм. Регулируемое нагревание жидкости обеспечивается снизу электрической свечой И, размещенной в углублении 10. Наружные стенки углубления для усиления парообразования покрыты наплавленным стеклянным порошком. С помощью колпака 12, доходящего почти до дна, все образующиеся пузырьки пара собираются, смешиваются с жидкостью и направляются в разбрызгивающую трубку 9 диаметром 4 мм, где происходит дополнительное перемешивание в двух шарообразных расширениях.

Затем смесь через конец 7 трубки 9 в виде брызг попадает на карман 6 термометра. Разбрызгивающая трубка в.месте с шариками окружена вакуумированной рубашкой 8. Отделившаяся от пара жидкость стекает с кармана термометра и через узкую кольцевую щель между рубашкой 8 и кипятильной трубкой 3 возвращается в цикл. Кончик термометра погружен в небольшое количество ртути и защищен карманом 6 с припаянным [c.56]

    Для уменьшения количества хладоагента в цикле применяют двухфазное рабочее вещество жидкость — пар. В этом случае можно использовать высокую теплоту испарения жидкости во время нагревания или охлаждения по изобаре. Из практических соображений обратимое расширение (в расширителе с отдачей работы) заменяют необратимым в редукционном вентиле (рис. П1-44). [c.258]

    Растворы кислот, щелочей и солен нужны главным образом при постановке опытов по электричеству (электролиз), а также для зарядки гальванических элементов и для заливки аккумуляторов (гл.

15, 2). Кроме того, некоторые растворы необходимы при изучении свойств жидкостей (удельный вес, плавание и т. п.). Для обеспечения лучшей видимости при опытах по гидростатике и отчасти по теплоте (расширение жидкостей) воду нередко приходится подкрашивать. Такие приборы, как водяные и спиртовые манометры, также заполняются подкрашенной жидкостью. Подкрашивание воды позволяет сделать видимыми конвекционные потоки, возникшие ирп ее нагревании. Применение раствора флуоресцина при демонстрации преломления света позволяет сделать видимым ход светового луча. [c.410]

    Бюретки с ртутными затворами чувствительны к изменениям температуры. При повышении температуры во время титрования жидкость из бюретки вытекает не только вследствие вытеснения микровинтом, но и в силу расширения жидкостей, особенно ртути. Поэтому во время работы вблизи бюретки не должны находиться нагревательные приборы, лампы, а также не следует прикасаться руками к ртутному затвору. Шляпку микровинта держат -и вращают большим и указательным пальцем, не наклоняясь к прибору. Для уменьшения нагревания затвора теплом руки рекомендуется между бюреткой и рукой поместить защитный экран из листа алюминия или латуни. Размер экрана 150X150 мм] в середине его имеется круглое отверстие для прохода микровинта. [c.100]

    Жидкость при нагревании в замкнутом сосуде ведет себя подобно газу. Скорость движения ее молекул возрастает, объем жидкости увеличивается, а так как стенки сосуда мешают расширению жидкости, то ее давление на стенки сосуда при повышени температуры увеличивается. [c.82]

    Средними температурами принято называть температуры в интервале примерно О—300°. Известно, что для измерения этих температур в первую очередь применяют ртутные термометры, принцип действия которых основан на большом различии между расширением при нагревании ртути (а = 18,1 X X 10 град при 18°) и стекла (а = 1—2-10" град при 18°). Ртутный термометр по сравнению с другими приборами для измерения температуры имеет то преимущество, что равномерно разделенная шкала, по крайней мере в области наиболее часто применяемых температур (О—100°), незначительно отличается от термодинамической шкалы, которая является основой любого измерения температуры. Несмотря на то что ртутный термометр и не отличается высокой точностью измерений, его часто применяют благодаря простоте и удобству в обра1цении кроме того, он дешев и обладает большой химической устойчивостью. Для прецизионных измерений ртутный термометр применять не рекомендуется, так как ему присущи различные ошибки принципиального характера. Это в еще большей мере относится к термометрам со смачивающими жидкостями. [c.91]

    Манометрические термометры, в том числе самопишущие, маыометрические дистанционные газовые, жидкостные или ртутные термометры типа ТСГ, ТС Ж и ТСР Казанского завода Теплоконтроль и термометры типа ТС в качестве чувствительного элемента имеют замкнутую систему из термобаллона, капилляра и винтовой трубчатой пружины. Вследствие нагревания термобаллона и повышения давления таза или расширения жидкости винтовая трубчатая пружина раскручивается 104 [c.104]

    Рассматривая теплоту активации для вязкого течения, Яффе и Ван-Артсдален [29] постулировали, что изменение этой величины с температурой зависит от двух или более факторов. Так как при нагревании расплав расширяется, то кулоновские силы, действующие между ионами, должны уменьшаться, а значит, с увеличением температуры должна уменьшаться и теплота активации. В противоположность этому эффекту при расширении жидкости с ростом температуры координационное число в расплаве уменьшается (благодаря увеличению числа дырок). Таким образом, сила притяжения к ближайшему соседу увеличивается, а это, согласно Яффе и Ван-Артсдалену, приводит к увеличению теплоты активации. Последний эффект становится больше, если катион и анион сильно различаются по размеру. Поэтому для солей лития и натрия энергия активации растет с температурой, тогда как для солей калия, рубидия и цезия наблюдается обратное явление. [c.221]

    Заметка о расширении жидкостей и растворов при нагревании. (Публикация 8). [Отрывок из записной книжки Расширение. Растворы 1883—1884 ]. —В кн. Д. И. Менделеев. Научный архив. Растворы. М.-Л., I960, разд. 3, с. 64 прим. с. 66. (См. № 1507).[c.110]

    В своей работе 1861 г., касающейся расширения жидкостей при нагревании выше их температур кипения, Д. И. Менделеев дополнил характеристику открытой им абсолютной температуры кипения Как абсолютную температуру кипения мы должны рассматривать точку, при которой 1) сцепление жидкости = О и а2 = 0 при которой 2) скрытая теплота испарения также = О и при которой 3) жидкость превращается в пар, независимо от давления и объема (опыты Лятура, Вольфа, Дриона) . [c.119]

    Наполненный элемент необходимо заплавить. Сначала осторожно, чтобы не забрызгать стенок, наливают тонкий слой парафина, толщиной 0,5 см, на поверхность жидкости в одно из колен сосудика. Когда парафин застыл, осторожным наклонением перегоняют из незапаянного колена в запаянное пузырек воздуха. Делается это для того, чтобы при возможном нагревании в дальнейшем имелось свободное пространство для расширения жидкости. Затем заливают так же и второе колено сосуда парафином. Поверх парафина вставляют тонкие корковые пробки в оба колена и сверху заливают менделеевской замазкой (или сургучом). Можно также просто запаять оба колена прибора. [c.42]

    Шнейдер [86] предложил следующий микрометод. В расширенную часть длипногорлой колбы (длиной около 100 мм, диаметр горла 4—5 мм, диаметр расширения 6—7 мм), наполовину заполненной прокаленным асбестом, вносят при помощи микропипетки около 30 мкл раствора гидроксида калия в диэтилен-гликоле, чтобы он не попал на горло колбы. Основной раствор готовят растворением 6 г гидроксида калия в 25 см диэтилен-гликоля и нагреванием до температуры не выше 130°С. Горячий раствор разбавляют 75 см диэтиленгликоля. Основания, растворенные в диэтиленгликоле, являются более сильными омы-ляющими агентами, чем растворенные в этаноле, так как раствор в диэтиленгликоле можно нагревать при более высоких температурах. Это не только ускоряет омыление, но и дает возможность отогнать спиртовой компонент сложного эфира и идентифицировать его. После добавления основания, тем же способом, что и ранее, с помощью микронинетки, вводят приблизительно 10 мкл анализируемого вещества. Если оно не абсорбируется асбестом, то для перемешивания применяют центрифугирование. Колбу помещают в отверстие металлического нагревательного блока (на глубину 2—3 см) и медленно нагревают до тех пор, пока в горле колбы ие появится конденсат. Количество конденсата увеличивается с повышением температуры, и в горле колбы обычно образуется кольцо жидкости. Нагревание продолжают до тех пор, пока это кольцо не переместится на 2— 3 см выше поверхности нагревательного блока. Часто вместо кольца образуются капли конденсата, который удаляют капиллярной пипеткой. Если конденсат мутный, то конец пипетки запаивают и жидкость центрифугируют. Затем стекло у края жнд кости отрезают и засасывают ее в другой капилляр, содержащий безводный сульфат меди. Обезвоженный таким способом спирт вводят в другой капилляр и определяют его температуру кипения подходящим микрометодом. При идентификации кислотного коли понента сложного эфира к остатку в колбе прибавляют каплк  [c.188]

    Физически картина рисуется следующим образом в интервале изменения температуры (—183—167°) жидкость частично испаряется и свободный объем над зеркалом испарения заполняется насыщенными парами. С другой стороны, вследствие термического расширения жидкости объем ее У будет-расти, а объем паровой фазы V будет убывать. Вблизи указанной температуры (—167°С) наблюдается материальное равновесие обеих фаз, а именно жидкость, испаряясь и одновременно увеличиваясь в объеме, сжимает находящийся над нек> пар, который частично конденсируется (убыль веса жидкости вследствие ее испарения от нагревания равна црибыли в весе ее от конденсации пара). Ввиду этого вес обеих фаз вблизи этой точки остается практически неизменным. По мере даль-. 348 [c.348]

    Наиболее э ффективное средство ускорения расслоения эмульсии, т. е. интенсификации (3-й стадии разрущения) — это повышение температуры. Нагревание системы приводит к резкому уменьшению вязкости и определенному (10—20 %) увеличению разности плотностей воды и нефти, что объясняется различием в коэффициентах объемного расширения этих жидкостей. [c.39]


VALTEC | Расширительные баки

Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Таблица 1

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К-1
5–10 0,53·10-4
10–20 1,50·10-4
20–40 3,02·10-4
40–60 4,58·10-4
60–80 5,87·10-4

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Таблица 2

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К-1 Увеличение объема, л
5–10 0,53·10-4 0,119
11–20 1,50·10-4 0,675
21–40 3,02·10-4 2,718
41–60 4,58·10-4 4,122
61–80 5,87·10-4 5,283
Итого: 12,917 (2,87 %)

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10-11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10-10 Па):

Δp = βt • Δt / βv, Па.

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Таблица 3

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К-1 Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа)
5–10 0,53·10-4 5,41
11–20 1,50·10-4 30,61
21–40 3,02·10-4 123,26
41–60 4,58·10-4 186,93
61–80 5,87·10-4 239,59
Итого: 346,21

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем (рис. 2). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.


Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

В табл. 4 приведены характеристики мембранных расширительных баков VALTEC VRV.

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Характеристика Значение
Рабочая температура, °С От –10 до +100
Максимальное рабочее давление, бар 5
Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар 1,5
Материал корпуса Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета
Материал мембраны EPDM
Тип мембраны Сменная
Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет 25

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT. 495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
(приблизительно от 1800 до 1815 г. )

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ГАЗОВ

Наблюдение, что изменения температуры тел постоянно сопровождаются изменениями их объемов, относятся уже к отдаленной древности, тем не менее, определение абсолютной величины отношения этих изменений принадлежит только новейшему времени. До изобретения термометров о подобных определениях, разумеется, нельзя было и думать, но зато с развитием термометрии точное исследование этой связи становилось совершенно необходимым. Сверх того, в конце прошлого XVIII и в начале нынешнего XIX века накопилось множество различных явлений, побуждавших заняться тщательными измерениями расширения тел от теплоты; таковы были: необходимость поправок барометрических показаний при определении высот, определение астрономической рефракции, вопрос об упругости газов и паров, постепенно возраставшее применение металлов для научных приборов и технических целей и т. д.

Прежде всего, естественно, обратилась к определению расширения воздуха, которое по своей величине больше всего бросалось в глаза и представлялось наиболее легко измеримым. Множество физиков вскоре получило большое количество результатов, но частично довольно разноречивых. Амонтон для регулирования своего нормального термометра измерил расширение воздуха при нагревании его от 0° до 80° R и сравнительно точно определил его в 0,380 части его объема при 0°. С другой стороны, Нюге в 1705 г. получил при посредстве несколько видоизмененного прибора один раз число, вдвое большее, а другой раз — число, даже в 16 раз большее. Ла-Гир (1708) тоже получил вместо амонтоновского числа 1,5 и даже 3,5. Гоуксби (1709) нашел число 0,455; Крюкиус (1720) — 0,411; Полени — 0,333; Бонн — 0,462; Мушенбрек — 0,500; Ламбер («Pyrométrie», стр. 47)—0,375; Делюк — 0,372; И. Т. Мейер — 0,3755 и 0,3656; Соссюр — 0,339; Вандермонд, Бертолле и Монж получили (1786) — 0,4328. Пристли, получивший для расширения воздуха значительно отклоняющееся от истинного число 0,9375, утверждал, сверх того, что кислород, азот, водород, угольная кислота, пары азотной, соляной, сернистой, плавиковой кислот и аммиака — все они отличаются по своему расширению от воздуха. Г. Г. Шмидт («Green's Neues Journ.», IV, стр. 379) получил для расширения воздуха число 0,3574, для кислорода 0,3213, наконец, для водорода, угольной кислоты и азота 0,4400, 0,4352, 0,4787. Морво и Дювернуа примкнули к мнению Пристли, но вообще нашли, что расширение газов не вполне пропорционально изменению температуры.

РАБОТЫ ДАЛЬТОНА ПО РАСШИРЕНИЮ ГАЗОВ

Джон Дальтон (1766-1844)

Решающий приговор над этими разноречивыми результатами и мнениями, ясное и всеми признанное представление о расширении газов от теплоты внесли в науку только работы Гей-Люссака и Дальтона, которые, одновременно и вполне независимо друг от друга, пришли к совершенно согласным результатам. Гей-Люссак, разыскивая причину расхождения множества полученных им коэффициентов расширения, обратил внимание, прежде всего на присутствие в измерительных приборах воды, которая при нагревании превращается в пар и неопределенным, неподдающимся учету образом увеличивает объем заключенных в сосуде газов. Поэтому он обратил самое тщательное внимание на полное и совершенное высушивание сосудов, предназначенных для опыта, и на освобождение исследуемых газов от всякой влажности. После этих предосторожностей уже первая серия опытов дала ему очень согласные результаты. Шесть опытов с атмосферным воздухом показали расширение его, в промежутке между 0° и 100° С, на 0,3740, 0,3760, 0,3744, 0,3755, 0,3748, 0,3757. Следовательно, в среднем итоге получилось 0,3750, т. е. число, которое разнится от каждого в отдельности не более как на 0,001. Соответствующие опыты для водорода дали: 0,3749 и 0,3756; для кислорода: 0,3747, 0,3754 и 0,3745; для азота: 0,3742, 0,3756, 0,3750, 0,3746 и 0,3755 1. Результат своих опытов Гей-Люссак выразил в следующих словах: «Описанные выше опыты, которые были произведены мною с величайшей тщательностью, ясно показывают, что атмосферный воздух, кислород, водород, азот, пары азотной кислоты, аммиака, соляной, серной и угольной кислот при одинаковом повышении температуры расширяются тоже равномерно; что, следовательно, величина расширения не зависит от различных физических свойств или особой природы этих тел и что все газы вообще, насколько я могу заключить, расширяются от теплоты в одинаковой степени».


Гей-Люссак Жозеф Луи (1778-1850)

Дальтон, который стал заниматься тем же вопросом немного раньше Гей-Люссака, опубликовал часть своих результатов уже в 1801 г. Он изучал расширение, испытываемое воздухом, высушенным посредством серной кислоты, при нагревании его в градуированных трубках, и нашел, что при повышении температуры на 157° F расширение составляет 0,321 первоначального объема, а когда он ввел в расчет коэффициент расширения газа 0,004, то получил число 0,325. Если принять расширение воздуха равномерным, то для расширения воздуха между обеими постоянными точками термометра получается 0,373. Позднее, после ряда повторных опытов, Дальтон дал в качестве общего результата своих измерений число 0,376 и притом не только для одного воздуха, но и для всех газов вообще и даже для всех паров. На этом основании коэффициентом расширения газов и было окончательно признано число 0,375; а закон, утверждавший общность этого коэффициента для всех газообразных тел, по всей справедливости получил название дальтоно-гей-люссаковского. Но Дальтон сам представлял себе этот закон в несколько ином виде, чем Гей-Люссак, и не совсем так, как этот закон был окончательно принят. Он сходился с Гей-Люссаком в том, что все газы расширяются одинаково; но он считал это расширение неравномерным и даже утверждал, что расширение всякого постоянного газа увеличивается в геометрической прогрессии, в то время как температура повышается в арифметической. Однако и формулировка Гей-Люссака должна была еще подвергнуться некоторому ограничению. Оба исследователя считали свой закон справедливым для всех вообще газообразных веществ, т. е. как для постоянных газов, так и для газов, поддающихся сжижению. Между тем позднейшие опыты показали, что последнего рода газы, когда температура их понижается настолько, что они приближаются к жидкому состоянию, более или менее отклоняются от общего закона в изменениях своих объемов, и что, следовательно, для этого рода газов рассматриваемый закон сохраняет всю свою силу лишь при температурах, далеких от точки их перехода в жидкое состояние.

Эти сжимаемые в жидкость газы или пары вообще представляли явления крайне сложные. Ясно, что закон Дальтона-Гей-Люссака может быть приблизительно верен для сжижаемых газов лишь в том случае, когда они ограждены от всякого количественного прироста. Если же они находятся в соприкосновении с жидкостью, из которой они выделяются, то, разумеется, не может быть и речи об объеме определенного количества паров при определенной температуре, так как количество их должно постоянно увеличиваться с повышением температуры. Пары, находящиеся в соприкосновении с жидкостью, остаются насыщенными при любой температуре, и увеличение объема и упругости подобных насыщенных паров должно следовать совсем иному закону, чем закон Дальтона-Гей-Люссака. С другой стороны, определение давления этих насыщенных паров при различных температурах имеет огромное значение для применения пара к механической работе, а также для метеорологических целей, и потому разрешение этого вопроса занимало физиков не меньше, чем определение коэффициента расширения газов.

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОСТИ ВОДЯНЫХ ПАРОВ

Первое более подробное исследование упругости водяных паров было произведено Циглером из Винтертура в 1769 г. Однако различные серии его опытов по своим результатам еще плохо согласовались между собою. К более правильным результатам пришел Джемс Уатт в 1764 и 1765 гг., а затем позднее в 1773 и 1774 гг. Для более высоких температур он, подобно Циглеру, применял папинов котел, а для низких температур — барометр, верхнюю часть которого он окружал согревательным прибором, а в пустоту вводил немного воды.

Бетанкур приделал в 1792 г. к папинову котлу открытый манометр того самого образца, который применяется до настоящего времени. Его многочисленные опыты, прежде всего, интересны тем, что на основании их Прони (Nouvelle arhitecture hydraulique, Paris 1790 и 1796) пытался вывести первую общую формулу для вычисления силы упругости пара по заданной температуре — формулу, которая, однако, отличалась скорее своею сложностью, чем точностью. Немного позднее Шмидтом в Гиссене, Бикером и Руппом в Роттердаме были произведены тщательные опыты для определения упругости водяного пара. Но общее признание и притом на продолжительный отрезок времени получили только опыты Дальтона. Последний вводил в торичеллиеву пустоту чашечного барометра столбик жидкости, пары которой он желал исследовать, высотой в 2—3 линии; на конец барометрической трубки он для нагревания этой жидкости надевал более широкую стеклянную трубку, которая снизу совершенно закрывалась пробкой, а сверху закрывалась наполовину, для того чтобы можно было в нее свободно наливать воду различной температуры.

Для проверки этих опытов Дальтон кипятил те же жидкости под колоколом воздушного насоса при различных степенях разрежения воздуха. Для измерения силы упругости, превышавшей давление 1 ат, он применял сифонный барометр, в короткое запаянное колено которого он наливал исследуемую жидкость, а длинное оставлял открытым. Мунке (Gehler's physik. Wörterbuch, 2. Aufl. , II, стр. 328) выражается очень пренебрежительно о приборах Дальтона: «Нецелесообразность этого прибора бросается тотчас же в глаза и наводит на мысль, не получена ли большая часть дальтоновских результатов... при помощи (одного) воздушного насоса». Другие исследователи тоже отмечали, что в дальтоновских приборах температура нагревающей воды была неравномерна и не могла быть точно определена. При всем том его результаты оказались очень надежными и таблица упругости водяных паров, которую Био привел в своем «Учебнике экспериментальной физики» (1, стр. 259), целиком основана на опытах Дальтона.

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОСТИ ПАРОВ

Меньше успеха имела попытка Дальтона подвести под один общий закон силу упругости паров различных жидкостей. По его мнению, он своими опытами доказал, по крайней мере для серного эфира, спирта, жидкого аммиака, жидкого хлористого кальция, сернистой кислоты и ртути, что для одинаковых температур ниже или выше точки кипения данных жидкостей, все пары этих жидкостей обладают равной упругостью, и был склонен распространить это правило на все жидкости вообще. Этот мнимый закон был встречен с недоверием современниками, а впоследствии Депре, Уре и другие доказали, что хотя он приблизительно верен для некоторых паров, но как общий закон он определенно неверен.

ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ. ТЕОРИЯ ИСПАРЕНИЯ

Теория Дальтона относительно смеси газов и паров тоже вызвала возражения, но выдержала испытание лучше предыдущей. Дальтон устарастворения. Если насыщаемость известного пространства для пара какой-либо жидкости независима от присутствия и свойства другого находящегося в том же пространстве газа, то последний, очевидно, не может быть причиной испарения жидкости, и, следовательно, абсолютно невозможно, чтобы жидкость испарялась только вследствие растворения ее атмосферным воздухом, с которым она приходит в соприкосновение. Напротив, отталкивательная сила теплоты повсюду стремится удалять друг от друга частицы жидкости и превращать ее в пар. Последнее не всегда возможно во внутренних частях жидкостей, так как атмосферное давление, воздействующее на верхние слои, задерживает образование паров, по крайней мере, до тех пор, пока постепенно нарастающая при нагревании упругость их не пересилит давления воздуха, после чего уже и начинается кипение. На поверхности же жидкости, где частицы только окружены атмосферой, теплота способна оказывать свое действие при всякой температуре, так как пространство, заполненное газом, ведет себя по отношению к поступлению в него паров, как пустое пространство. Вот почему с поверхности жидкости все время равномерно распространяются в пространство пары, которые поднимаются вверх против силы тяжести, атмосферное же давление никогда не может воспрепятствовать ни испарению, ни повсеместному распространению паров в пространстве, а способно только более или менее замедлить его. Давнишний спорный вопрос заключается теперь уже не в том, каким образом вода поднимается в облака, а в том, каким образом вновь сгустившаяся из паров вода может держаться в облаках. Для ответа на этот вопрос большинство прибегало еще к старой теории пузырьков.

ОТНОШЕНИЕ ФИЗИКОВ К ТРУДАМ ДАЛЬТОНА

Для ответа на этот вопрос большинство прибегало еще к старой теории пузырьков. Лишь немногие физики отрицали вообще возможность парения облаков и считали облака скоплением водяных капелек, постоянно опускающихся в атмосфере: но так как сопротивление воздуха по отношению к ничтожным размерам капелек очень велико, то падение капелек воды происходит так медленно, что малейший ток воздуха превращает это падение в подъем. Впечатление, произведенное теорией испарения Дальтона на современных ему физиков, очень характерно описано Эрманом («Gilbert's Ann.», XL, стр. 392, 1812). «После того, как было фактически доказано, что упругость водяного пара и его количество в пустом пространстве совершенно те же, что и под атмосферным давлением, многим физикам не стоило особенных усилий отказаться от системы растворения ... Таким образом значительное большинство, обыкновенно не отличающееся строгой выдержкой, сразу оставило гипотезу растворения, не дав себе ясного отчета в том, что предполагает и что заключает в себе теория, сводящая все явления просто к одной температуре. Дальтон спокойно сделал выводы из этой теории и продолжал с мужественной выдержкой прокладывать себе дорогу между всеми устрашающими последствиями настоящего противорастворного учения. И тогда обе партии были поражены почти в одинаковой степени». Такие физики, как Траллес, Бертолле, Муррей, Томсон и многие другие, решительно отказались признать правильность дальтоновского воззрения на состав нашей атмосферы. Дальтону приходилось бороться с множеством возражений, имевших прочные точки опоры в господствовавшей тогда теории теплоты; и хотя он защищался с большим искусством, а иногда с излишним увлечением, тем не менее, недоверие к его теории окончательно исчезло только позднее с приближением к новейшему учению о теплоте.

Вообще научные труды Дальтона имели странную участь: их и восторженно превозносили и беспощадно порицали. Выше было уже отмечено, с каким высокомерием Мунке, обыкновенно столь объективный, отозвался о дальтоновских приборах. Приведем еще один из его суровых отзывов: «Нелегко указать на исследования, которые обратили бы на себя столько внимания и были бы настолько оценены выше всяких заслуг, чем опыты, произведенные Джоном Дальтоном для открытия общего закона упругости паров». Фехнер замечает: «Дальтоновская гипотеза, согласно которой разнородные газы, составляющие атмосферный воздух, не производят друг на друга никакого давления, имеет пока успех у весьма немногих физиков, между которыми особенно выделяется Бенценберг по тому усердию, с каким он в течение целых 20 лет защищает эту теорию». Дове высказывает следующее суждение: «Дальтоновское положение о связи упругости паров всех жидкостей, к сожалению, не подтвердилось; тем не менее, этот вывод дает такое значительное приближение наблюдаемых величин к вычисленным, что за недостатком лучшего им можно пользоваться». С другой стороны, Био во всех относящихся к этому вопросу отделах своего «Учебника экспериментальной физики» (1, стр. 251—281) принимает за основание опыты Дальтона, расценивая их очень высоко. Причины такого различия взглядов лежат отчасти в самом характере дальтоновских работ. «Подобно тому, как Дальтону рано пришлось самому прокладывать себе дорогу в жизни, так и в науке он вскоре отыскал самостоятельные пути. Как у всех самоучек, в нем было меньше развито желание знать то, что сделали другие, чем твердая уверенность в правильности найденного им самим... Острый ум побуждал его при проведении своих исследований, для которых в плодотворнейшую пору своей жизни он мог располагать лишь самыми скудными средствами, стремиться больше к возможному упрощению приборов и самих опытов, чем к достижению особенно тонких результатов; точность его количественных определений значительно уступает той, которая уже ранее была выработана его современниками. Но он и не особенно задумывался над степенью согласия эмпирических наблюдений с выводами из теоретических построений, если последние принадлежали ему самому, чтобы признать их действительными». Это замечание Коппа, относящееся к химическим работам Дальтона и прилагаемое также к его физическим исследованиям, все-таки не вполне объясняет суровость суждений, высказанных по поводу работ Дальтона. Некоторая доля вины лежит, очевидно, и на тех лицах, которые их высказывали. Физики постепенно приучились смотреть на опыт, как на довлеющую себе цель, и считать точность опыта высшим критерием ценности научной работы. К этому присоединилась еще несколько чрезмерная осторожность — боязнь подвергнуть науку опасности попятных шагов и склонность изгонять из своей области всякое быстрое движение вперед, всякую смелую гипотезу. Конечно, с этой точки зрения Дальтон с множеством допущенных им в своих опытных данных неточностей, а равно со своим зачастую слишком поспешным построением законов природы, должен был подвергнуться строгому осуждению. Однако позднее оказалось, что руководящие мысли Дальтона были светлы и плодотворны, что в соединении с более совершенной техникой опытов им суждено было двинуть науку вперед по настоящему пути. И в наши дни только историк науки останавливается на теневых сторонах, которые совершенно естественно и неизбежно должны иметь место и в трудах Дальтона.

РАСШИРЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ

Дюлонг Пьер Луи (1785-1838)

Для исследования расширения капельных жидкостей Делюк, а в несколько измененной форме и Гей-Люссак употребляли открытые термометры, Г. Г. Шмидт — ареометры с грузом, Дюлонг и Пти — сообщающиеся трубки, одно колено которых они держали при нормальной температуре, а другое нагревали до желаемой температуры. Все эти опыты показали, что предположение Дальтона, будто расширение всех однородных жидкостей пропорционально квадрату температур, не соответствует действительности. Расширение, правда, увеличивается с температурой, но это возрастание иное и, по всей вероятности, оно следует различным законам для отдельных жидкостей. Особенное затруднение вызывали аномалии, встречающиеся при изучении расширения жидкостей. По отношению к воде уже давно было замечено, что, начиная с известной температуры, дальнейшее понижение последней дает расширение объема вместо сокращения последнего; но до некоторого времени эту аномалию были склонны признать мнимой, предполагая, что она вызывается не особенностями воды, а является результатом сжатия сосуда, содержащего воду. Делюк, по-видимому, первый стал относить причину этого явления к самой воде и определил точку наибольшей плотности ее. Последняя у него определилась несколько выше действительной вследствие того, что им не было принято в расчет сжатие сосуда, а именно Делюк получил 5° С; в силу той же причины он нашел, что и для одинаковых разностей температур выше и ниже этой точки объемы, жидкостей одинаковы. Дальтон, который тоже упустил из виду расширение сосуда, определил температуру наибольшей плотности еще выше Делюка, а именно 5,83° С. Румфорд пытался разрешить этот вопрос, охлаждая воду в открытом сосуде с поверхности и наблюдая температуру, при которой вода переставала опускаться. Хотя этот способ и теперь еще считается хорошим в принципе, Румфорд мог определить только пределы для температуры наибольшей плотности, которые оказались между 4 и 5° С.

РАСШИРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Точные измерения расширения твердых тел были предприняты, в связи с интересными наблюдениями Рише в Кайенне и спорами, которые они возбуждали 4. Однако несовершенство тогдашних термометров было достаточной причиной для того, чтобы тщательные исследования Далансе, Пикара, Ла-Гира, Дергама и др. не могли привести к согласным результатам. Даже известный пирометр Мушенбрека дал сомнительные результаты, так как исследуемый брусок не был надлежащим образом укреплен и действие нагревания распространялось не только на брусок, но и на измерительный прибор. Смитон (Smeaton, Philosophical Transactions, XLVIII, 1754) получил уже несколько более точные числа. Но действительно ценные и пригодные для практики результаты были получены впервые Лавуазье и Лапласом. Они избрали в качестве постоянных, находящихся вне влияния тепла точек каменные столбы, а для измерения расширения применили зрительную трубу, которая вращалась три удлинении нагреваемого металлического стержня. Однако их опыты остались сначала незамеченными и стали впервые общеизвестными благодаря Био.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ЖИДКОСТЕЙ. БОРЬБА ВОКРУГ ТЕОРИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Определение расширения тел во многих отношениях теоретически и практически зависит от их теплопроводности. Поэтому естественно, что исследование шло рука об руку с описанными выше работами.

Рихман брал (в 1750—1751 гг.) шары из различных металлов, но одинаковой величины, и наблюдал время одинакового их охлаждения; при этом он установил такого рода последовательность: свинец, олово, железо, медь, латунь, и отсюда пришел к выводу, что свинец всего быстрее воспринимает теплоту и отдает ее и т. д. Во всяком случае полученный им ряд доказал, что, вопреки существовавшему раньше мнению, теплопроводность тел во всяком случае непропорциональна их плотности. Франклин и немного позже Ахард были склонны думать, что теплопроводность тел равна их электропроводности. Для разрешения этого вопроса, Ингенгоус, по предложению Франклина, покрыл проволоки из различных металлов слоем воска, опустил концы их в сосуд с горячим маслом и наблюдал скорость распространения тепла, необходимого для плавления воска на различных проволоках. Согласно его опытам порядок распределения металлов по «их теплопроводности оказался почти противоположным рихмановскому, а именно: серебро, медь, золото, железо, сталь, свинец. Разногласие объясняется тем, что Ингенгоус приписал более высокую теплопроводимость тому металлу, у которого плавление воска происходило всего выше, т. е. по которому тепло проникало всего дальше; И. Т. Мейер, напротив, был склонен приписать большую проводимость тому металлу, который всегда быстрее отдавал тепло наружу и на котором, следовательно, воск плавился всего медленнее; при таком истолковании опыты Ингенгоуса и Рихмана должны были привести к одинаковым выводам. Как мы увидим ниже, Фурье доказал, что оба противника были в равной мере и правы и неправы.

Совершенно иначе кончился спор о проводимости тепла жидкостями, возникший после работ графа Румфорда. Бюффон утверждал (как и многие до него), что жидкости проводят тепло лучше, чем твердые тела; Румфорд же доказал совершенно обратное. Уже в 1786 и 1792 гг. он напечатал в Philosophical Transactions статьи о теплопроводности различных веществ; в 1797 г. появились вызвавшие наибольший интерес исследования его относительно жидкостей 6. Поводом для этих исследований послужило наблюдение, что густая пища остывает очень медленно и что в воде, нагревавшейся снизу в широкой трубе, на одной стороне постоянно поднимались токи, которые на другой стороне опускались вниз. Сопоставляя оба эти явления, Румфорд предположил, что частицы жидкостей способны воспринимать тепло от других тел и отдавать его другим, но что между частицами самой жидкости передачи тепла не происходит; другими словами, что жидкости никогда не нагреваются путем внутренней проводимости, а только внутренними токами, и что, следовательно, жидкости являются абсолютными непроводниками тепла. Для того чтобы это убедительнее доказать, он положил в цилиндрический стеклянный сосуд ледяной кружок, имевший острие, и налил сверху оливковое масло; после этого ввел туда железный цилиндр, нагретый в кипятке; он приближал его на расстояние 0,2 дюйма к острию и при этом не замечал признаков таяния или какого бы то ни было изменения в ледяном острие, — если только он опускал цилиндр в «масло настолько осторожно, чтоб не вызвать в нем токов.

Несмотря на всю убедительность этого опыта, выводы Румфорда вызвали сильную бурю между тогдашними физиками. Делюк выступил с теоретическими возражениями, исходя из своей теории теплоты; Никольсон пытался опровергнуть самые опыты Румфорда рядом других опытов; Соке доказал, что, по крайней мере, сквозь ртуть получается таяние льда от поставленного поблизости горячего цилиндра; Муррей утверждал, что при опускании термометра в масло он все-таки наблюдал некоторое повышение температуры. Между тем Дальтон уже в 1799 г. пришел к заключению, что хотя у воды и нельзя вполне отрицать наличия теплопроводности, но что последняя во всяком случае ничтожно мала сравнительно с теплопроводностью твердых тел. На этот компромисс вскоре пошло большинство физиков, и Фишер в своей «Истории физики» (VII, стр. 362, 1806) выражается по этому поводу очень определенно: «Граф Румфорд, по-видимому, доказал, что упругие и неупругие жидкие вещества являются плохими проводниками тепла, но во всяком случае не являются совершенными непроводниками».



Используются технологии uCoz

Коэффициент объемного расширения

Жидкость

10–5 °С-1

Анилин

85

Раствор NaCl, 26%**

44

Бензин

125

Серная кислота

57

Бензол

124

Сероуглерод

121

Глицерин

53

Скипидар

94

Керосин

100

Спирт амиловый

93

   »     этиловый

110

   »     метиловый

122

м-Ксилол

101

Масло оливковое

70

   »     парафиновое

90

Толуол

109

Пентан

159

Уксусная кислота

107

Раствор СаС12, 6% **

25

   »       СаС12, 41% **

46

Хлороформ

126

Эфир диэтиловый

163

 

Источник: "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии" /под ред. Романкова. Приложение.

Коэффициент теплового линейного расширения для некоторых распространенных материалов, таких как: алюминий, медь, стекло, железо и многое другое.

Материал

Коэффициент линейного теплового расширения

(10-6 м/(мK)) / ( 10-6 м/(мoС))

(10-6 дюйм/(дюйм oF))

ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) термопласт 73.8 41
ABS - стекло, армированное волокнами 30. 4 17
Акриловый материал, прессованный 234 130
Алмаз 1.1 0.6
Алмаз технический 1.2 0.67
Алюминий 22.2 12.3
Ацеталь 106.5 59.2
Ацеталь , армированный стекловолокном 39.4 22
Ацетат целлюлозы (CA) 130 72.2
Ацетат бутират целлюлозы (CAB) 25.2 14
Барий 20.6 11. 4
Бериллий 11.5 6.4
Бериллиево-медный сплав (Cu 75, Be 25) 16.7 9.3
Бетон 14.5 8.0
Бетонные структуры 9.8 5.5
Бронза 18.0 10.0
Ванадий 8 4.5
Висмут 13 7.3
Вольфрам 4.3 2.4
Гадолиний 9 5
Гафний 5.9 3. 3
Германий 6.1 3.4
Гольмий 11.2 6.2
Гранит 7.9 4.4
Графит, чистый 7.9 4.4
Диспрозий 9.9 5.5
Древесина, пихта, ель 3.7 2.1
Древесина дуба, параллельно волокнам 4.9 2.7
Древесина дуба , перпендикулярно волокнам 5.4 3.0
Древесина, сосна 5 2.8
Европий 35 19. 4
Железо, чистое 12.0 6.7
Железо, литое 10.4 5.9
Железо, кованое 11.3 6.3
Золото 14.2 8.2
Известняк 8 4.4
Инвар (сплав железа с никелем) 1.5 0.8
Инконель (сплав) 12.6 7.0
Иридий 6.4 3.6
Иттербий 26.3 14.6
Иттрий 10. 6 5.9
Кадмий 30 16.8
Калий 83 46.1 - 46.4
Кальций 22.3 12.4
Каменная кладка 4.7 - 9.0 2.6 - 5.0
Каучук, твердый 77 42.8
Кварц 0.77 - 1.4 0.43 - 0.79
Керамическая плитка (черепица) 5.9 3.3
Кирпич 5.5 3.1
Кобальт 12 6.7
Констанан (сплав) 18. 8 10.4
Корунд, спеченный 6.5 3.6
Кремний 5.1 2.8
Лантан 12.1 6.7
Латунь 18.7 10.4
Лед 51 28.3
Литий 46 25.6
Литая стальная решетка 10.8 6.0
Лютеций 9.9 5.5
Литой лист из акрилового пластика 81 45
Магний 25 14
Марганец 22 12. 3
Медноникелевый сплав 30% 16.2 9
Медь 16.6 9.3
Молибден 5 2.8
Монель-металл (никелево-медный сплав) 13.5 7.5
Мрамор 5.5 - 14.1 3.1 - 7.9
Мыльный камень (стеатит) 8.5 4.7
Мышьяк 4.7 2.6
Натрий 70 39.1
Нейлон, универсальный 72 40
Нейлон, Тип 11 (Type 11) 100 55. 6
Нейлон, Тип 12 (Type 12) 80.5 44.7
Нейлон литой , Тип 6 (Type 6) 85 47.2
Нейлон, Тип 6/6 (Type 6/6), формовочный состав 80 44.4
Неодим 9.6 5.3
Никель 13.0 7.2
Ниобий (Columbium) 7 3.9
Нитрат целлюлозы (CN) 100 55.6
Окись алюминия 5.4 3.0
Олово 23.4 13. 0
Осмий 5 2.8
Палладий 11.8 6.6
Песчаник 11.6 6.5
Платина 9.0 5.0
Плутоний 54 30.2
Полиалломер 91.5 50.8
Полиамид (PA) 110 61.1
Поливинилхлорид (PVC) 50.4 28
Поливинилденфторид (PVDF) 127.8 71
Поликарбонат (PC) 70. 2 39
Поликарбонат - армированный стекловолокном 21.5 12
Полипропилен - армированный стекловолокном 32 18
Полистирол (PS) 70 38.9
Полисульфон (PSO) 55.8 31
Полиуретан (PUR), жесткий 57.6 32
Полифенилен - армированный стекловолокном 35.8 20
Полифенилен (PP), ненасыщенный 90.5 50.3
Полиэстер 123.5 69
Полиэстер, армированный стекловолокном 25 14
Полиэтилен (PE) 200 111
Полиэтилен - терефталий (PET) 59. 4 33
Празеодимий 6.7 3.7
Припой 50 - 50 24.0 13.4
Прометий 11 6.1
Рений 6.7 3.7
Родий 8 4.5
Рутений 9.1 5.1
Самарий 12.7 7.1
Свинец 28.0 15.1
Свинцово-оловянный сплав 11.6 6.5
Селен 3. 8 2.1
Серебро 19.5 10.7
Скандий 10.2 5.7
Слюда 3 1.7
Сплав твердый (Hard alloy) K20 6 3.3
Сплав хастелой (Hastelloy) C 11.3 6.3
Сталь 13.0 7.3
Сталь нержавеющая аустенитная (304) 17.3 9.6
Сталь нержавеющая аустенитная (310) 14.4 8.0
Сталь нержавеющая аустенитная (316) 16. 0 8.9
Сталь нержавеющая ферритная (410) 9.9 5.5
Стекло витринное (зеркальное, листовое) 9.0 5.0
Стекло пирекс, пирекс 4.0 2.2
Стекло тугоплавкое 5.9 3.3
Строительный (известковый) раствор 7.3 - 13.5 4.1-7.5
Стронций 22.5 12.5
Сурьма 10.4 5.8
Таллий 29.9 16.6
Тантал 6. 5 3.6
Теллур 36.9 20.5
Тербий 10.3 5.7
Титан 8.6 4.8
Торий 12 6.7
Тулий 13.3 7.4
Уран 13.9 7.7
Фарфор 3.6-4.5 2.0-2.5
Фенольно-альдегидный полимер без добавок 80 44.4
Фторэтилен пропилен (FEP) 135 75
Хлорированный поливинилхлорид (CPVC) 66. 6 37
Хром 6.2 3.4
Цемент 10.0 6.0
Церий 5.2 2.9
Цинк 29.7 16.5
Цирконий 5.7 3.2
Шифер 10.4 5.8
Штукатурка 16.4 9.2
Эбонит 76.6 42.8
Эпоксидная смола , литая резина и незаполненные продукты из них 55 31
Эрбий 12. 2 6.8
Этилен винилацетат (EVA) 180 100
Этилен и этилакрилат (EEA) 205 113.9

Эфир виниловый

16 - 22 8.7 - 12

Примеры гидравлических расчетов

Пример 1.1. В отопительной системе (котел, радиаторы, трубопроводы) частного дома содержится V = 0,3 м3 воды. Сколько воды дополнительно войдет в расширительный бак при нагревании от 20 до 80°С.

Решение:

Плотность воды при температуре t1 = 20°С до t2 = 80°С определим по таблице 4. 1 (приложение 4):

Масса воды при начальной температуре

Объем, занимаемый водой при t2 = 80°С

Таким образом, дополнительный объем составляет

.

Пример 1.2. В отопительный котел поступает 50 м3воды при температуре t1 = 70°С. Какой объем V воды будет выходить из котла при нагреве воды до t2 = 90°С.

Решение:

Из формулы

получаем дополнительный объем воды при нагревании

Коэффициент температурного расширения находим по таблице 4.4 (Приложение 4): .

Следовательно,

Таким образом, из котла при нагревании будет выходить объем воды

Пример 1. 3. Определить среднюю толщину δ известковых отложений в герметичном водоводе внутренним диаметром d = 0,3 м и длиной l = 2 км. При выпуске воды в количестве ΔV=0,05 м3 давление в водоводе падает на величину Δp = 106 Па. Считать, что отложения по диаметру и длине водовода распределены равномерно.

Решение:

Из формулы βp = , определим объем воды в водоводе с отложениями:

Коэффициент объемного сжатия воды находим по табл.4.2 (Приложение 4) 5·10-10 1/Па

Тогда

С другой стороны объем водовода с отложениями

Откуда выразим внутренний диаметр водовода с отложениями

Средняя толщина отложений

Задачи

Задача 1. 1. Определить плотность жидкости ρ, полученной смешиванием объема жидкости V1 = 0,02 м3 плотностью ρ1 = 910 кг/м3 и объема жидкости V2 = 0,03 м3 плотностью ρ2 = 850 кг/м3.

Задача 1.2. Определить плотность топливной смеси (по весу) при следующем составе: керосин (ρк = 775 кг/м3) – 40%, мазут (ρм = 870 кг/м3) – 60%.

Задача 1.3. При гидравлическом испытании трубопровода длиной L = 1000 м и диаметром d = 100 мм давление поднималось от p1 = 1 МПа до p2 = 1,5 МПа. Определить объем жидкости ΔV, который был дополнительно закачан в водопровод. Коэффициент объемного сжатия βP = 4,75·10-10 1/Па.

Задача 1.4. При гидравлическом испытании трубопровода диаметром d = 0,4 м длиной L = 20 м и давление воды сначала было p1 = 5,5 МПа. Через час давление упало до p2 = 5,0 МПа. Определить, пренебрегая деформацией трубопровода, сколько воды вытекло при этом через неплотности. Коэффициент объемного сжатия βP = 4,75·10-10 1/Па.

Задача 1.5. Как изменится объем воды в системе отопления, имеющей вместимость V = 100 м3, после подогрева воды от начальной температуры t1 = 15 °C до t2 = 95 °C. Коэффициент температурного расширения βt= 0,00072 1/°С.

Задача 1.6. Трубопровод диаметром d = 500 мм и длиной L = 1000 м наполнен водой при давлении p1 = 400 кПа, и температуре воды t1 = 5 °C. Определить, пренебрегая деформациями и расширением стенок труб, давление в трубопроводе при нагревании воды в нем до t2 = 15 °C, если коэффициент объемного сжатия βP = 5,18·10-10 1/Па, а коэффициент температурного расширения βt= 150·10-6 1/°С.

Задача 1.7. Определить повышение давления, при котором начальный объем воды уменьшится на 3%. Коэффициент объемного сжатия воды βP = 4,75·10-10 1/Па.

Задача 1.8. При гидравлических испытаниях (проверке герметичности) подземного трубопровода длиной L = 500 м, диаметром d = 0,1 м давление в нем повысилось от от p1 = 0 до p2 = 1,0 МПа. Пренебрегая деформацией стенок трубопровода, определить объем воды, которую необходимо дополнительно закачать в трубопровод. Объемный модуль упругости воды принять равным Е = 2000 МПа.

Задача В.9. В трубопровод вместимостью 50 м3 во время испытаний было дополнительно закачано 0,05 м3 воды. Определить приращение давления в трубопроводе, если объемный модуль упругости воды Е = 2·109 Па.

Задача В.10. Винтовой плунжерный насос для тарировки манометров работает на масле с коэффициентом объемного сжатия βр = 0,625·10-9 1/Па. Определить на сколько оборотов надо повернуть маховик винта, чтобы поднять давление внутри насоса на Δp = 0,1 МПа, если объем рабочей камеры пресса V = 628 см3, диаметр плунжера d = 20 мм, шаг винта h = 2 мм. Стенки рабочей камеры считать недеформируемыми.

Задача 1.11. Резервуар заполнен жидкостью, объем которой V = 8 м3. Определить коэффициент температурного расширения жидкости βt, если при увеличении температуры от t1 = 10 °С до t2 = 20 °С объем жидкости увеличился на 6 л.

Задача 1.12. В отопительный котел поступает объем воды V = 80 м3 при температуре t1 = 60 °С. Какой объем воды V1 будет выходить из котла при нагреве воды до температуры t2 = 90 °С.

Задача 1.13. Для периодического аккумулирования дополнительного объема воды, получающегося при изменении температуры, к системе водяного отопления в верхней ее точке присоединяют расширительные резервуары, сообщающиеся с атмосферой. Определить наименьший объем расширительного резервуара, чтобы он полностью не опоражнивался. Допустимое колебание температуры воды во время перерывов в топке Δt = 30 °C. Объем воды в системе V = 0,7 м3. Коэффициент температурного расширения воды при средней температуре t = 80 °С βt= 6·10-4 1/°С.

Задача 1.14. Определить среднюю толщину отложений в герметичном водоводе внутренним диаметром d = 0,5 м и длиной l = 3 км. При выпуске воды объемом ΔV = 0,08 м3 давление в водоводе падает на Δр = 1 МПа. Отложения по диаметру и длине водовода распределены равномерно. Коэффициент объемного сжатия воды сжатия βр = 5·10-10 1/Па.

Задача 1.15. Стальной водовод диаметром d = 0,4 м и длиной l = 1 км, проложенный открыто, находится под давлением р = 2 МПа при температуре воды t1 = 10 °С. Определить давление воды в водоводе при повышении температуры до t2 = 15 °С в результате наружного прогрева.

Задача 1.16. Определить изменение плотности воды при увеличении давления от p1 = 100 кПа до p2 = 10000 кПа. При изменении давления температура воды не изменяется, коэффициент объемного сжатия βр = 5·10-10 1/Па.

Задача 1.17. В отопительной системе дома содержится V = 0,4 м3 воды при температуре t1 = 15°C. Определить объем воды, который дополнительно войдет в расширительный бачок при повышении температуры до t2 = 90°С.

Задача 1.18. Определить изменение плотности воды при изменении температуры от t1 = 5 °С до t2 = 95 °С.

Задача 1.19. Вязкость нефти, определенная вискозиметром, составила 4 °Е, а ее плотность ρ =880 кг/м3. Определить кинематический и динамический коэффициенты вязкости нефти.

Задача 1.20. Определить ротационным вискозиметром вязкость жидкости плотностью ρ = 920 кг/м3. Вес груза G = 80 Н, диаметры цилиндра Dц = 225 мм, барабана Dб = 223 мм, шкива d = 200 мм. Глубина погружения барабана в жидкость lб = 250 мм. Время опускания груза tгр = 12 с, путь lгр = 300 мм.

Примечание: Схема ротационного вискозиметра: в цилиндре 1 установлен барабан 2, вращающийся под действием опускающегося груза 3. Цилиндр закреплен на основании 4.

жидкости охлаждающие антифризы

Как отмечалось выше, при всех достоинствах вода как охлаждающая жидкость имеет серьёзный для нашего климата недостаток – высокую температуру замерзания. Этот недостаток влечёт за собой и следующий – объёмное расширение при замерзании, достигающее 9%, т. к. плотность воды при 3,98 °С составляет 1000 кг/м3, а льда при 0°С – 916,8 кг/м3. Это приводит к разрыву рубашки охлаждения. Температура кипения также относительно невысока.

Всё это вынудило эксплуатационников искать более приемлемые охлаждающие жидкости. Так было положено начало применению в качестве охлаждающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания смеси этиленгликоля и воды.

Этиленгликоль С2Н4(ОН)2 – простейший двухатомный алифатический спирт, сиропообразная ( ) бесцветная жидкость сладкого вкуса. Температура замерзания минус 12,3°С, кипения плюс 197,6°С, плотность 1113 кг/м3при 20°С. При добавлении воды температура замерзания понижается до минус 75°С при содержании в растворе трети воды, а при дальнейшем увеличении концентрации воды – повышается. Зависимость нелинейная. Температура замерзания может быть определена не только по концентрации воды и этиленгликоля, но и по плотности смеси.

Низкозамерзающие охлаждающие жидкости для заправки систем «тосолы». Эти жидкости имеют ряд преимуществ по сравнению с водой:

– низкая температура замерзания;

– выше температура кипения;

– хорошие смазочные свойства, что обеспечивает больший ресурс

работы водяного насоса;

– при замерзании образуется рыхлая масса, почти не увеличивающаяся в

объёме и не вызывающая разрушения системы охлаждения.

Но тосолам присущи и недостатки:

– токсичность;

– коррозионное воздействие на конструкционные материалы;

– высокая просачиваемость по сравнению с водой;

– большой коэффициент теплового расширения.

Основной недостаток этиленгликолевых жидкостей – токсичность, даже при невысоких концентрациях гликолей. При попадании в организм человека наблюдаются тяжёлые отравления. Поэтому при использовании тосолов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Современные тосолы представляют собой смесь этиленгликоля и воды с добавлением присадок:

– антикоррозионной;

– антифрикционной;

– противопенной.

Характеристика антифризов приведена в табл. 5.4.

 

Таблица 5.4

 

Характеристика антифризов

 

Показатели

Лена-40

Лена-65

Тосол А

Тосол А-40

Тосол А-65

ТУ-6-01-7-153-85

ТУ 6-02-751-86

Внешний вид

Слегка мутная маслянистая жидкость

Цвет

Жёлто-зелёный

Голубой

Голубой

Красный

Плотность при

20 °С, кг/м3

 

1075–1085

 

1085–1100

 

1140

 

1075–1085

 

1075–1095

Температура крис-таллизации, °С

 

–40

 

–65

 

–11,5

 

–40

 

–65

Температура кипения, °С

 

108

 

115

 

170

 

108

 

115

Этиленгликоль,

% по массе

 

52

 

64

 

96

 

53

 

63

Вода по массе

47

35

3

44

35

Присадки, г/л:

декстрин,

 

1,0

 

1,0

 

1,0

 

0,4

 

0,5

динатрий фосфат,

антивспениваю-щая, композиция анти- коррозионных

2,5–3,5

 

 

3,0–3,5

 

 

 

0,1

 

5,0

 

0,05

 

2,55

 

0,08

 

2,95

 

 

Применение тосолов требует выполнения ряда правил, обусловленных свойствами этих жидкостей:

  1. Заполнять систему охлаждения следует на 6–8% ниже полной вместимости. Это вызвано большим коэффициентом объёмного расширения. При нагревании жидкости до рабочей температуры система охлаждения будет заполнена полностью. В последнее время на автомобилях устанавливают расширительные бачки, изменение уровня жидкости в которых компенсирует тепловое расширение антифриза.
  2. Необходимо тщательно проверить герметичность соединений в системе охлаждения, так как антифризы обладают повышенной просачиваемостью.
  3. Через некоторое время после залива следует внимательно осматривать соединения на наличие подтеканий. Антифризы растворяют накипь. Неплотности, закупоренные накипью могут дать течь. Растворение накипи не снижает качество антифризов. После фильтрации их снова можно заливать в систему.
  4. Необходимо полностью удалить накипь со стенок системы охлаждения перед заливом антифриза. Накипь вступает в химическую реакцию с динатрийфосфатом, который находится в антифризе для защиты от коррозии чёрных металлов и латуни.
  5. Температуры кипения антифризов выше, чем воды. Снижение уровня при отсутствии подтеканий свидетельствует о выкипании воды и повышении концентрации этиленгликоля. В этом случае необходимо доливать чистую воду. При снижении уровня вследствие подтеканий компенсировать потери следует стандартным антифризом.

Необходимо периодически проверять концентрацию антифриза в системе охлаждения. Проверка производится с помощью гидрометра – разновидности ареометра, с термометром, но с двойной шкалой, оттарированной на процентное содержание этиленгликоля в смеси и соответствующие температуры замерзания. Шкала рассчитана на определения при температуре антифриза равной 20 °С. При других температурах неизбежны ошибки, поэтому перед измерением необходимо привести температуру антифриза к значению 20 °С. При невозможности корректировки температуры поправки к показанию гидрометра можно определять по таблице 5.5.

 

Таблица 5.5

Поправки к показанию гидрометра

t°С

жидкос­ти

Содержание этиленгликоля в жидкости, % по объёму

+30

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

46

48

50

52

54

56

58

60

61

62

64

66

28

18

20

22

23

25

28

30

32

33

36

38

39

42

44

46

47

49

51

53

55

57

59

61

62

63

65

67

26

19

20

22

24

26

29

31

32

34

36

39

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

62

63

64

66

68

24

20

21

23

25

27

30

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

53

55

57

59

61

63

64

65

67

69

 

Окончание табл. 5.5

t0С

жидкос­ти

Содержание этиленгликоля в жидкости, % по объёму

22

21

22

24

26

28

31

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

62

64

65

66

68

70

+20

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

53

55

57

59

61

63

65

66

67

69

71

18

22

24

26

28

30

                                           

 

 

 

 

расширении жидкостей от нагревания - Справочник химика 21

При заполнении резервуара нефтью или нефтепродуктом, который подлежит подогреву или длительному хранению в летнее время, уровень жидкости (во избежание переполнения резервуара) включается с учетом расширения жидкости при нагревании. Максимальный уровень холодного продукта не должен превышать 95% высоты установки, а уровень сжиженных газов - 83%. [c.200]
Жидкая фаза при нагревании расширяется, причем объемный рост ее в 16 раз больше, чем у воды.Расширение жидкости от температуры является опасным своим, приводящим к разрыву резервуаров, баллонов, трубопроводов, если в них не оставить газовой подушки или не установить клапана для сброса жидкости. [c.4]

Совсем другая ситуация у высоковязких жидкостей и особенно у полимеров. Если в обычных жидкостях нагревание приводит к текучечести, то у полимеров сначала появляется высокая эластичность. В высокоэластическом состоянии полимеры ведут себя с точки зрения механики как твердые тела.Они обладают упругостью формы. В то же время их структура наблюдается только ближнего порядка и, как следствие этого, по многим физическим свойствам, они сходны с обычными жидкостями. Например, резины хорошо подчиняются гидростатическому закону Паскаля, их сжимаемость и коэффициент увеличения объема те же, что и у жидкостей, и т. д. [c.226]

Рассматривая расширение жидкости при нагревании, сжатие газа при изменении давления, или ход реакции, или любые другие процессы, мы обычно расчленяем их на отдельные элементы, что облегчает нахождение искомых закономерностей. [c.6]

Вследствие расширения при нагревании удельный вес жидкости падает с повышением температуры, подчиняясь некоторой функциональной зависимости. Эта зависимость может быть выражена или прямолинейной функцией или некоторой криволинейной функцией [c.61]

КОЭФФИЦИЕНТ РАСШИРЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ. При нагревании всех жидкостей, в том числе и все сорта моторных топлив и смазочных масел, расширяются. Увеличение объема жидкости при повышении т-ры на 1 выражается коэфф.объемного расширения данной жидкости. В небольшом интервале т-р изменение объема в зависимости от т-ры может быть выражено линейным ур-нием [c.300]

При нагревании реактивных топлив их объем увеличивается. Объемное расширение нефтепродуктов подчиняется общей закономерности теплового расширения жидкостей. [c.33]

Медные, с завинчивающимися крышками, ампулы заполняются жидкостью настолько, чтобы обеспечить при нагревании свободное расширение жидкости.Поправка на радиацию определялась по упрощенной формуле А. Н. Щукарева [12]. [c.258]


Расширение нефти и нефтепродуктов при нагревании подчиняется обшей терминологии теплового расширения жидкостей, определяемой формулой [c.27]

Жидкостные манометрические термосистемы. Эти системы (рис. 38,6) обладают меньшей инерционностью. Помещение для гибкого стержня на выходе из коробки.Тем не менее, это перемещение очень мало в связи с малым коэффициентом распространения жидкости для увеличения объема жидкости (около 0, (Ю1 на ГС), относительная погрешность в жидкостных термосистемах выше, чем у газовых). [c.77]

В 1859 г. Менделееву была предоставлена ​​двухлетняя научная командировка за границу. Бунзена и Г. Р. Кирхгофа. Создание в это время Бунзеном и Кирхгофом основ спектрального анализа оказало большое влияние на Менделеева. Экспериментальные работы, выполненные Менделеевым за границей, были посвящены изучению молекулярного сцепления жидкостей, расширения гомологичных жидкостей и расширения жидкостей при нагревании их до высоких температур. Окончание заграничной учебы Менделеева совпало [c.77]

Жидкостные манометрические термосистемы. Помещение на выходе из окна на выходе из окна, вводимого в действие.61,6). Однако из-за малых значений коэффициента объемного расширения жидкостей (ао 0,001 1 / ° С) Ах очень мало увеличивает относительную погрешность. Большая же их по сравнению с газовыми - большая сила, развиваемая при расширении жидкости, и меньшая инерционность. Поэтому их применяют в регуляторах температуры прямого действия. [c.116]

МПа и выше. Высокое давление в системе уменьшает также погрешность, связанную с изменением атмосферного давления. Существенный недостаток газовых термометров - высокая инерционность из-за низкого коэффициента теплоотдачи от термобаллона к газу.Жидкостные манометрические термометры обладают меньшей инерционностью. Развертка жидкости на выходе практически гибкая проволока. Однако величина эта очень мала в связи с малым коэффициентом объемного расширения жидкости (около 0,001 1 / ° С). Поэтому относительная погрешность у жидкостных термоэлементов выше, чем у газовых. Так как при тепловом расширении может увеличиваться большие усилия, жидкостные термоэлементы применяют в регуляторах температуры прямого действия. [c.199]

Для анализа жидкостей, кипящих при низкой температуре, может быть кювета (рис. 4.22), а вход и (выход которой установлены отсечные клапаны 2, одновременно перекрывающие входной и выходной каналы кюветы после ее заполнения [ 28]. нагреванию и сжатия - при охлаждении. [c.127]

Все вещества при нагревании от абсолютного нуля до испарения должны увеличиваться в объеме, проходолевая как сила внутреннего сцепления, так и внешнее давление. Вследствие незначительного изменения объема, при расширении твердого тела обычно требуется сравнительно небольшая энергия, и так как эти данные, необходимые для определения величины, для рассматриваемых веществ отсутствуют, эта энергия пренебрегают, и ее величина поэтому не указывается в приведенной ниже таблице.Величина энергии будет использоваться для расширения жидкости. Переход от одной кристаллической структуры к другой обычно привлекательной энергии внутренней энергии, которая тоже может быть пренебречь. [c.74]

О расширении жидкостей от нагревания выше температуры кипения. [c.146]

О расширении жидкостей от нагревания выше температурного кипения.— Горн, журн., 1861, № 4 (ч.II), 141–152. [c.212]

Среди всех видов автоматического пожарного водоснабжения первое место занимают спринклерные стационарные устройства. Специальное назначение этих устройств состоит в том, что за короткий промежуток времени, исчисляемый долями минуты, начинается автоматическое тушениешего пожара с одновременной автоматической подачей сигнала пожарной тревоги. Устройство включается при помощи спринклеров, автоматически открывающихся под, исходящего из очага тепла.Спринклер— это специальная головка с металлическим замком, состоящая из запаянной стеклянной колбочки, заполненной жидкой с большим коэффициентом линейного расширения. При нагревании колбочка разрывается, вскрывает спринклер и открывает воду, которая образует душ, орошающий поверхность до 9 м. [c.280]

В термометрах расширен свой объем от нагревания. Они разделяются на а) жидкостные стеклянные, которые основаны на разности теплового расширения жидкости и стеклянного сосуда, в котором она находится б) стержневые, или дилатометрические, содержащие два помещенных рядом стержня (или стержень внутри трубки) из разных материалов, величина удлинения которых различна при одном и том же изменение температуры в) биметаллические, температура по определенному по изгибанию или [c.80]

При плавлении низкомолекулярного кристаллического твердого вещества наблюдается скачкообразное изменение его термодинамических параметров. Одним из таких параметров является удельный объем. Если мы поместим образец кристаллического твердого вещества в дилатометр и будем измерять изменение его объема с ростом температуры, то получим гра-фик, представленный на рис. 6.4. Видно, что в точке плавления L и Гпл объем образца скачкообразно изменяется. При медленном нагревании образца происходит незначительное, постоянное J увеличение его объема, изображенное на рисунке линией АВ, наклон определяет объемный коэффициент расширения твердого тела.Затем по достижении наблюдается резкое увеличение удельного объема, изображенное линией ВС. После того, как весь образец расплавился, увеличение объема жидкости, вызываемой ими (линия D). Так как коэффициент объемного расширения жидкости выше, чем твердого тела, наклон отрезка D больше, чем отрезка [c.128]

Для практического измерения температуры используют те свой-ства. в еще которые изменяются при изменении температуры тела.Таким свойством является, например, увеличение жидкости при нагревании и вызываемое этим увеличением высоты столбика жидкости в термометре. л [c.10]

Обратные холодильники (рис. 26) предназначены для работ при проведении пары, выделяются при нагревании, охлаждаются в этой холодной трубке и образующаяся при этом жидкость снова стекает в реакционный сосуд. Для увеличения поверхности охлаждения холодильные трубки обратных холодильников расширения шаровидной или яйцевидной формы.Иногда холодильную трубку делают в форме спирали, ежика и т. п. [c.33]

Прибор имеет вертикальную кипятильную трубку 3 с внутренним диаметром 34 мм и длиной 500 мм. Регулируемое нагревание жидкости осуществляется через углубление в углублении 10. Наружные стенки углубления для усиления парообразования покрыты наплавленным стеклянным порошком. С помощью колпака 12, доходящего почти до дна, все образующиеся пузырьки пара собираются, смешиваются с жидкостью и направляются в разбрызгивающую трубку 9 диаметром 4 мм, где происходит дополнительное перемешивание в двух шарообразных расширениях.Затем смесь через конец 7 трубки 9 в виде брызг попадает в карман 6 термометра. Разбрызгивающая трубка в.месте с шариками окружена вакуумированной рубашкой 8. Отделившаяся от пара жидкость течет с кармана термометра и через узкую кольцевую щель между рубашкой 8 и кипятильной трубкой 3 возвращается в цикл. Кончик термометра погружен в небольшое количество ртути и защищен карман 6 с припаянным [c.56]

Для уменьшения количества хладоагента в цикле применяют двухфазное рабочее вещество жидкость - пар.В этом случае можно использовать горячую теплоту испарения жидкости во время нагревания или охлаждения по изобаре. Из практических соображений обратное расширение (в расширителе с отдачей работы) заменяют необратимым в редукционном вентиле (рис. П1-44). [c.258]

Растворы кислот, щелочей и солен нужны главным образом при постановке опытов по электричеству (электролиз), а также для зарядки гальванических элементов и для заливки аккумуляторов (гл. 15, 2). Кроме того, некоторые растворы необходимы при изучении свойств жидкостей (удельный, плавание и т. п.). Для обеспечения лучшей видимости при опытах по гидростатике и отчасти по теплоте (расширение жидкостей) воду нередко приходится подкрашивать. Такие приборы, как водяные и спиртовые манометры, также заполняются подкрашенной жидкостью. Подкрашивание воды позволяет сделать видимые конвекционные потоки, возникшие ирп ее нагревании. Применение раствора флуоресцина при демонстрации преломления света позволяет сделать видимым ход светового луча. [c.410]

Бюретки с ртутными затворами чувствительны к изменениям температуры.При повышении температуры во время титрования жидкость из бюретки вызывает не только усилие вытеснения микровинтом, но и в силу увеличения температуры жидкости, особенно ртути. Поэтому во время работы вблизи бюретки должны находиться нагревательные приборы, лампы, а также не следует прикасаться руками к ртутному затвору. Шляпку микровинта держат -и вращают большим указательным пальцем, не наклоняясь к прибору. Для уменьшения нагревания затвора теплом руки рекомендуется между бюреткой и помещением защитный экран из алюминия или латуни. Размер экрана 150X150 мм] в середине его имеется круглое отверстие для прохода микровинта. [c.100]

Жидкость при нагревании в замкнутом сосуде ведет себя газу. Скорость ее движения молекул возрастает, объем жидкости увеличивается, а так как стенки сосуда мешают расширению жидкости, то ее давление на стенки сосуда при повышени температуры увеличивается. [c.82]

Средними температурами называть температуру в интервале примерно О — 300 °.Известно, что для измерения этих температур в первую очередь применют ртутные термометры, принцип действия основан на большом различии между расширением при нагревании ртути (а = 18,1 XX 10 град при 18 °) и стекла (а = 1—2-10 " Ртутный термометр по сравнению с другими приборами для измерения температуры имеет то преимущество, что равномерно разделенная шкала, по крайней мере в области наиболее часто используемых температур (О — 100 °), незначительно отличается от термодинамической шкалы, которая является использованием любого измерения температуры. Несмотря на то, что ртутный термометр и не отличается высокой точностью, его часто применяют благодаря простоте и удобству в обра1цении, кроме того, он дешев и обладает большой устойчивостью. Для прецизионных измерений ртутный термометр применять не рекомендуется, так как ему присущи различные ошибки принципиального характера. Это в еще большей мере относится к термометрам со смачивающими жидкостями. [c.91]

Манометрические термометры, в том числе самопишущие, маыометрические дистанционные газовые, жидкостные или ртутные термометры типа ТСГ, ТС Ж и ТСР Казанского завода Теплоконтроль и термометры типа ТС в качестве чувствительного элемента имеют замкнутую систему из термобаллона, капиллюкс и винтовой трубчатой ​​пружины.Вследствие нагревания термобаллона и повышения давления таза или расширения жидкости винтовая трубчатая пружина раскручивается 104 [c.104]

Рассматривая теплоту активации для вязкого течения, Яффе и Ван-Артсдален [29] постулировали, что изменение этой величины с температурой зависит от двух или более факторов. Так как при нагревании расплав расширяется, то кулоновские силы, действующие между ионами, уменьшаться, увеличивать температуру, увеличивая температуру.Благодаря увеличению числа дырок в увеличении этого эффектау при расширении температуры координационное число в расплаве уменьшается (благодаря увеличению числа дырок). Таким образом, сила притяжения к ближайшему соседу увеличивает, а это, согласно Яффе и Ван-Артсдалену, приводит к увеличению теплоты активации. Последний эффект становится больше, если катион и анион сильно различаются по размеру. Поэтому для солей лития и натрия энергия активируется с температурой, тогда как для солей калия, рубидия и цезия появляется обратное явление. [c.221]

Заметка о расширении жидкостей и растворов при нагревании. (Публикация 8). [Отрывок из записной книжки Расширение. Растворы 1883—1884]. —В кн. Д. И. Менделеев. Научный архив. Растворы. М.-Л., I960, разд. 3, с. 64 прим. с. 66. (См. № 1507). [c.110]

В своей работе 1861 г. , касающейся расширения жидкостей при нагревании их выше температурного кипения, Д. И. Используется открытая им абсолютная температура кипения. 1) сцепление жидкости = О и а2 = 0 при которой 2) скрытая теплота испарения также = О и при которой 3) жидкость превращается в пар, независимо от давления и объема (опыты Лятура, Вольфа, Дриона). [c.119]

Наполненный элемент необходимо заплавить. Сначала осторожно, чтобы не забрызгать стенок, наливают тонкий слой парафина толщиной 0,5 см, на поверхность жидкости в одно из колен сосудика. Когда парафин застыл, осторожным наклонением перегоняют из незапаянного колена в запаянное пузырек воздуха. Делается это для того, чтобы при возможном нагревании в дополнительном пространстве было расширено пространство жидкости. Затем заливают так же и второе колено сосуда парафином.Поверх парафина вставляют тонкие корковые пробки в оба колена и сверху заливают менделеевской замазкой (или сургучом). Можно также просто запаять оба колена прибора. [c.42]

Шнейдер [86] вдохновение следующий микрометод. В расширенную часть длипногорлой колбы (длиной около 100 мм, диаметр горла 4—5 мм, диаметр расширения 6—7 мм), наполовину заполненной прокаленным асбестом, вносит при помощи микропипетки около 30 мкл гидроксида калия в диэтилен-гликоле, чтобы он не попал на горло колбы.Основной раствор готового раствора 6 г гидроксида калия в 25 см диэтилен-гликоля и нагреванием до температуры не выше 130 ° С. Горячий раствор разбавляют 75 см диэтиленгликоля. Основания, растворенные в диэтиленгликоле, являются более сильными омы-ляющими агентами, чем растворенные в этаноле, так как раствор в диэтиленгликоле можно нагревать при более высоких температурах. Это не только ускоряет омыление, но дает возможность отогнать спиртовой компонент сложного эфира и идентифицировать его. После добавления основания, тем же способом, что и ранее, с помощью микронинетки, вводят приблизительно 10 мкл анализируемого вещества.Если оно не абсорбируется асбестом, то для перемешивания применяют центрифугирование. Колбу помещают в отверстие металлического нагревательного блока (на глубину 2–3 см) и медленно нагревают до тех, пока в горле колбы ие появится конденсат. Количество конденсата увеличивается с повышением температуры, и в горле колбы обычно образуется кольцо жидкости. Нагревание продолжается до тех пор, пока это кольцо не переместится на 2–3 см выше нагревательного блока. Часто вместо кольца образуются капли конденсата, который удаляют капиллярной пипеткой.Если конденсат мутный, то конец пипетки запаивают и жидкость центрифугируют. Затем стекло у края жнд кости отрезают и засасывают ее в другой капилляр, предоставленный безводный сульфат меди. Обезвоженный таким способом спирт вводят в другой капилляр и определяют его температуру кипения подходящим микрометодом. При идентификации кислотного коли понента сложного эфира к остатку в колбе прибавляют каплк [c.188]

Физически картина рисуется следующим образом в интервале изменения температуры (-183—167 °) жидкость частично испаряется и свободный объем над зеркалом испарения заполняется насыщенными парами . Увеличить объем паровой фазы V будет убывать. Вблизи внешней температуры (-167 ° С) наблюдается физическое равновесие жидкости, испаряющейся и одновременно увеличиваясь в объеме, сжимает находящийся над нек> пар, который частично конденсируется (убыль веса жидкости ее испарения соответствует црибыли в весе ее от конденсации пара). В этой точке плавно перемещается.По мере даль-. 348 [c.348]

Наиболее эфективное средство ускорения рассло эмульсии, т. е. интенсификации (3-й стадии разрущения) - это повышение температуры. Нагревание приводит к увеличению коэффициента увеличения вязкости и определению (10–20%) увеличения плотности воды и нефти, что объясняется различием в коэффициенте увеличения этих жидкостей. [c.39]


ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
(приблизительно от 1800 до 1815 г.))

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ГАЗОВ

Наблюдение за абсолютным изменением их диапазона температуры, наблюдение уже к отдаленной древности, тем не менее, определенная величина отношений этих изменений принадлежит только новейшему времени. Требуется использование термометров для подобных исследований. Сверх, в конце прошлого XVIII и в начале нынешнего XIX века накопилось множество различных явлений, побуждавших к использованию методов измерениями расширения тел от теплоты; таковы были: необходимость поправок барометрических показаний при определении определения астрономической практики, вопрос об упругости газов и паров, постепенно возраставшее применение металлов для научных приборов и технических целей и токов.д.

Прежде всего, естественно, обратилось к определению изображения воздуха, которое обратилось к представлению своего величине больше всего, бросалось в глаза и представлялось наиболее легко измеримым. Множество физиков вскоре получило большое количество результатов, но частично довольно разноречивых. Амонтон для регулирования своего нормального термометра измерил воздух при нагревании его от 0 ° до 80 ° R и сравнительно точно определил его в 0,380 части его объема при 0 °. С другой стороны, Нюге в 1705 г. получил при посредстве несколько видоизмененного прибора один раз число, вдвое большее, а другой раз - число, даже в 16 раз большее. Ла-Гир (1708) тоже получил вместо амонтоновского числа 1,5 и даже 3,5. Гоуксби (1709) нашел число 0,455; Крюкиус (1720) - 0,411; Полени - 0,333; Бонн - 0,462; Мушенбрек - 0,500; Ламбер («Pyrométrie», стр.47) -0,375; Делюк - 0,372; И. Т. Мейер - 0,3755 и 0,3656; Соссюр - 0,339; Вандермонд, Бертолле и Монж получили (1786) - 0,4328. Пристли , получивший для расширения воздуха отклоняющееся от истинного числа 0,9375, утверждал, сверх того, что кислород, азот, водород, угольная кислота, пары азотной, соляной, сернистой, плавиковой кислот и аммиака - все они отличаются по своему расширению от воздуха. Г. Г. Шмидт («Green's Neues Journ. », IV, стр. 379) получил для расширения воздуха число 0,3574, для кислорода 0,3213, наконец, для водорода, угольной кислоты и азота 0,4400, 0,4352,0 , 4787. Морво и Дювернуа примкнули к мнению Пристли, но вообще нашли, что расширение газов не вполне пропорционально изменению температуры.

РАБОТЫ ДАЛЬТОНА ПО РАСШИРЕНИЮ ГАЗОВ

Джон Дальтон (1766-1844)

Решающий приговор над этими разноречивыми согласными мнениями, ясное и полное представление о расширении газов теплоты внесли в науку только работы Гей-Люссака и Дальтона, которые одновременно и вполне независимо друг от друга, пришли к совершенно независимым результатам.Гей-Люссак, который при нагревании превращается в пар и неопределенным, неподдающимся учету образом увеличивает объем заключенных в сосуде газов. Поэтому он обратил самое тщательное внимание на полное и совершенное высушивание сосудов, предназначенных для опыта, и на освобождение исследуемых газов от всякой воды. После этих предосторожностей уже первая серия опытов дала ему очень согласные результаты.Шесть опытов с атмосферным воздухом показал его просвет в промежутке между 0 ° и 100 ° С, на 0,3740, 0,3760, 0,3744, 0,3755, 0,3748, 0,3757. Следовательно, в итоге получилось 0,3750, т. е. число, которое разнится от каждого в отдельности не более как на 0,001. Соответствующие опыты для водорода дали: 0,3749 и 0,3756; для кислорода: 0,3747, 0,3754 и 0,3745; для азота: 0,3742, 0,3756, 0,3750, 0,3746 и 0,3755 1. Результат своих опытов Гей-Люссак выразил в следующих словах: «Описанные выше опыты, которые были произведены мною с величайшей тщательностью, ясно показывают , что атмосферный воздух, кислород, водород, азот, пары азотной кислоты, аммиака, соляной, серной и угольной кислот при одинаковом повышении температуры расширяются тоже равномерно; «Увеличить».


Гей-Люссак Жозеф Луи (1778-1850)

Дальтон, который стал заниматься тем же вопросом раньше Гей-Люссака, опубликовал часть своих результатов уже в 1801 г. Увеличенное увеличение газа 0,004, полученное при повышении температуры на 157 ° F расширение составляет 0,321 стандартного объема, а когда он ввел в расчет коэффициент увеличения газа 0,004, то получил число 0,325.Расширение воздуха между двумя постоянными точками термометра получается 0,373. Позднее, после ряда повторных опытов, Дальтон дал в качестве общего результата измерений числа 0,376 и для всех газов вообще и даже для паров. На этом основании коэффициентов расширения газов и было окончательно признано число 0,375; а утвержденный закон этого закона для всех газообразных тел, по всей справедливости получил название дальтоно-гей-люссаковского.Но Дальтон сам представляет себе этот закон в нескольких ином виде, чем Гей-Люссак, и не совсем так, как этот закон был окончательно принят. Он сходился с Гей-Люссаком в том, что все газы расширяются одинаково; но он считал это расширение неравномерным и даже утвержденным, что расширение всякого постоянного газа увеличивает в геометрической прогрессии, в то время как повышается в арифметической. Однако и формулировка Гей-Люссака должна еще подвергнуться некоторому ограничению. Оба исследователя считали свой закон справедливым для всех вообще газообразных веществ, т.е. как для постоянных газов, так и для газов, поддающихся сжижению. Между темнейшие опыты показывают, что последний вид газа соответствует закону всего вида окружающей среды. силу лишь при температурех, далеких от точки их перехода в жидкое состояние.

Эти сжимаемые в жидкости газы или пары вообще представляют собой явления, происходящие в условиях сложного периода.Ясно, что закон Дальтона-Гей-Люссака может быть приблизительно верен для сжижаемых газов лишь в том случае, когда они ограждены от всякого количества прироста. Если они находятся в соприкосновении с жидкостью, из которой они выделяются, то, разумеется, не может быть и речи в определенном объеме паров при определенных условиях, так как их количество должно постоянно увеличиваться с повышением температуры. Пары, находящиеся в соприкосновении с жидкостью, достигаются при любой температуре, увеличиваются в объеме и увеличиваются в весе, живущих паров, следовать совсем иному закону, чем закон Дальтона-Гей-Люссака. Другое определение давления этих насыщенных паров при различных температурах имеет огромное значение для применения пара к механической работе, а также для метеорологических целей, и потому разрешение этого вопроса занимало физиков не меньше, чем определение коэффициентов расширения газов.

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОСТИ ВОДЯНЫХ ПАРОВ

Первое более подробное исследование упругости водяных паров было произведено Циглером из Винтертура в 1769 г. Однако различные его опыты по своим результатам еще плохо согласовались между собою.К более правильным результатам пришел Джемс Уатт в 1764 и 1765 гг., А затем в 1773 и 1774 гг. Для более высоких температур он, подобно Циглеру, применял папинов котел, а для низких температур - барометр, верхнюю часть которого он окружает согревательным прибором, а в пустоту вводил немного воды.

Бетанкур приделал в 1792 г. к папинову котлу открытый манометр того самого образца, который используется до настоящего времени. Его многочисленные опыты, прежде всего, интересны тем, что на основании их Прони (Nouvelle arhitecture hydraulique, Paris 1790 и 1796) пытался вывести первую общую формулу для вычисления упругости пара по заданной температуре - формулу, которая, однако, отличалась скорее своею сложностью, чем точ. Немного позднее Шмидтом в Гиссене, Бикером и Руппом в Роттердаме были произведены тщательные опыты для определения упругости водяного пара. Но общее признание и притом на продолжительный отрезок времени получили только опыты Дальтона. Последний вводил в торичеллиеву пустоту чашечного барометра столбик жидкости, пары которой он желал исследовать, высотой в 2—3 линии; на конец барометрической трубки для нагревания этой жидкости надевал более широкую стеклянную трубку, которая полностью закрывает пробкой, чтобы можно было в нее свободно наливать воду различной температуры.

Для проверки этих опытов Дальтон кипятил те же жидкости под колоколом воздушного насоса при различных степенях разрежения воздуха. Для измерения силы упругости, превышавшей давление 1 ат, он применял сифонный барометр, в короткое запаянное колено которого наливал исследуемую жидкость, а длинное оставлял открытым. Мунке (Gehler's Physik. Wörterbuch, 2. Aufl., II, стр. 328) выражается очень пренебрежительно о приборах Дальтона: «Нецелесообразность этого прибора бросаетсячас же в глаза и наводит на мысль, не получена ли большая часть дальтоновских результатов. .. при помощи (одного) воздушного насоса ». Другие исследователи тоже отмечали, что в дальтоновских наблюдателях. При всем том его результаты оказались очень надежными и таблица упругости водяных паров, которая находится в «Учебнике экспериментальной физики» (1, стр. 259), целиком на опытах Дальтона.

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОСТИ ПАРОВ

Меньше успеха попытки Дальтона подвести под один общий закон упругости паров различных жидкостей.По его мнению, он своими опытами доказал, что он по крайней мере для серного эфира, спирта, жидкого аммиака, хлористого кальция, сернистой кислоты и ртути, что для одинаковых температур ниже или выше точки кипения жидкостей, все пары этих жидкостей обладают равной упругостью, и склонен распространить это правило на все жидкости вообще. Этот мнимый был встречен с недоверием современниками, а также закон Депре, Уре и другие доказательства, что хотя он приблизительно верен для некоторых паров, но как общий он определенно неверен.

ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ. ТЕОРИЯ ИСПАРЕНИЯ

Теория Дальтона относительно смеси газов и паров тоже вызвала возражения, но выдержала испытание лучше предыдущей. Дальтон устарастворения. Испарение жидкости, и, следовательно, абсолютно невозможно, чтобы жидкость испарялась в атмосферном воздухе. воздухом, с которым она приходит в соприкосновение.Напротив, отталкивательная сила теплоты повсюду стремится удалить друг от друга частицы жидкости и превращать ее в пар. Последнее не всегда возможно во внутренних частях жидкостей, так как атмосферное давление, воздействующее на верхние слои, задерживает образование паров, по крайней мере, до тех пор, пока постепенно нарастающая при нагревании упругости не пересилит давления воздуха, после чего уже и начинается кипение. На поверхности же среды, окружающей среды, атмосферное, теплота способна создать свое действие при всякой температуре, так как пространство, заполненное газом, ведет себя по отношению к поступлению в него паров, как пустое пространство.Повсеместно распространяются в пространстве пары, которые распространяются в пространстве, более или менее замедлить его. Давнишний спорный вопрос заключается теперь уже не в том, каким образом вода поднимается в облака, а в том, каким образом, каким образом вновь сгустившаяся из паров вода может держаться в облаках. Для ответа на этот вопрос прибегало еще к старой теории пузырьков.

ОТНОШЕНИЕ ФИЗИКОВ К ТРУДАМ ДАЛЬТОНА

Для ответа на этот вопрос большинство прибегало еще к старой теории пузырьков. Какое сопротивление воздуха по отношению к ничтожным размерам капелек очень велико, то падение капелек воды происходит так медленно, что малейший ток воздуха превращает это падение в атмосферу в скоплении водяных капелек, постоянно опускающемся в атмосфере. подъем. Впечатление, произведенное теорией испарения Дальтона на современного ему физиков, очень характерно опис Эрманом («Энн Гилберта.», XL, стр. 392, 1812). «Устойчивость водяного пара и его простое положение не отличается от внешнего мира. строгой выдержкой, сразу оставило гипотезу растворения, не дав себе ясного отчета в том, что предполагает и что заключает в себе теорию, сводящую все явления просто к одной температуре. Дальтон сделал выводы из этой теории и продолжал с мужественной выдержкой прокладывать себе дорогу между всеми устрашающими последствиями настоящего противорастворного учения. И тогда обе партии были поражены почти в одинаковой степени ». Такие физики, как Траллес, Бертолле, Муррей, Томсон и многие другие, решительно Альтернативно, Зеленая система воззрения на состав нашей атмосферы. Дальтону приходилось бороться с множеством возражений, имевших прочные точки опоры в господствовавшей теории теории теплоты; Последнее, что связано с новейшим учением о теплоте, окончательно исчезло.

Вообще научные труды Дальтона имели странную участь: их и восторженно превозносили и беспощадно порицали. Выше было уже принято, с каким высокомерием Мунке, обыкновенно столь объективный, отозвался о дальтоновских приборов. Приведем еще один из его суровых отзывов: «Нелегко указать на исследования, которые были оценены выше всяких заслуг, чем опыты, произведенные Джоном Дальтоном для открытия общего закона упругости паров». Фехнер замечает: «Дальтоновская гипотеза, согласно которой разнородные газы, составляющие атмосферный воздух, не производят друг на друга давления, имеет пока успех у весьма немногих физиков, между которыми особенно выделяется Бенценберг по тому усердию, с каким он в течение целых 20 лет защищает. эту теорию ».Дове высказывает следующее суждение: «Дальтоновское положение связи упругости паров всех жидкостей, к сожалению, не подтвердилось; тем не менее, этот вывод дает такое значительное приближение величин к вычисленным, что за недостатком лучшим им можно пользоваться ». С другой стороны, Био во всех относящихся к этому вопросу отделах своего «Учебника экспериментальной физики» (1, стр. 251–281) принимает за основание опыты Дальтона, расценивая их очень высоко. Причины различных взглядов лежат отчасти в самом характере дальтоновских работ.«Подобно тому, как Дальтону рано пришлось самому прокладывать себе дорогу в жизни, так и в науке он вскоре отыскал самостоятельные пути. Как у всех самоучек, в нем было меньше развито желание знать то, что сделали другие, чем твердая уверенность в правильном найденном им самим . .. Острый ум побуждал его при проведении своих исследований, для которых в плодотворнейшую пору своей жизни он мог располагать лишь самыми самыми скудными средствами, стремиться к возможному упрощению приборов и опытов, чем к достижению особенно тонких результатов; Определений, установленных ранее, определенно ограничивает силу.Он и не особенно задумывался над степенью согласия эмпирических наблюдений с выводами из теоретических наблюдений. Это замечание Коппа, относящееся к химическим работам Дальтона и прилагаемое также к его физическим исследованиям, все-таки не вполне объясняет суровость суждений, высказанных по поводу работ Дальтона. Некоторая доля вины лежит, очевидно, и на тех лицах, которые их высказывают. Физики при постепенноучились смотреть на опыт, как на довлеющую себе цель, и точность опыта высшим критерием научной работы.К этому присоединилась еще несколько чрезмерная осторожность - боязнь подвергнуть науку опасность попятных шагов и склонность изгонять изгонять изгонять изгонять изгонять из области всякое быстрое движение вперед, всякую смелую гипотезу. Он должен подвергнуться строгому осуждению, с этой точки зрения, с этой точки зрения, с множеством допущенных им в своих опытных данных неточностей. Однако оказалось, что руководящие мысли Дальтона были светлы и плодотворны, что в соединении с более совершенной техникой опытов им суждено было двинуть науку вперед по настоящему пути.И в наши дни только историк останавливается на теневых сторонах, которые совершенно естественно и неизбежно должны иметь место в трудах Дальтона.

РАСШИРЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ

Дюлонг Пьер Луи (1785-1838)

Для исследования расширения капельных жидкостей Делюк, а в несколько измененной форме и Гей-Люссак употребляли открытые термометры, Г. Г. Шмидт - ареометры с грузом, Дюлонг и Пти - сообщающиеся трубки, одно колено которых они держали при нормальной температуре, а другое нагревали до желаемой температуры.Все эти опыты показали, что предположение Дальтона, предположение расширения всех однородных жидкостей, пропорционально квадрату температуры, не соответствует действительности. Расширение, правда, увеличивается с температурой, но это возрастание, по всей вероятности, оно следует по различным законам для отдельных жидкостей. Особенное затруднение вызывали аномалии, встречающиеся при изучении расширения жидкостей. По отношению к воде уже давно было замечено, что, начиная с известной температуры, последнее понижение последней дает расширение вместо последнего сокращения; Предполагаемая, что она вызывается не особенностями воды, является результатом сжатия сосуда, содержащего воду.Делюк, по-видимому, первый стал относить причину этого явления к самой воде и определил самую большую плотность ее. Последняя у него была принята расчетная сила сосуда, а именно Делюк получил 5 ° С; в силу той же причины он обнаружил, что и для одинаковых разностей температур выше и ниже точки объемы этой жидкости одинаковы. Дальтон, который тоже упустил из соображений сосуда, определил температуру наибольшей плотности еще выше Делюка, а именно 5,83 ° С.Румфорд пытался разрешить этот вопрос, охлаждая воду в открытом сосуде с поверхностью и наблюдая температуру, при которой вода переставала опускаться. В принципе, Румфорд мог определить пределы для температуры наибольшей плотности, которая оказалась между 4 и 5 ° С.

РАСШИРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Точные измерения увеличения твердых тел были предприняты в связи с интересными наблюдениями Рише в Кайенне и спорами, которые они возбуждали 4.Однако указание тогдашних термометров было достаточной причиной для того, чтобы тщательные исследования Далансе, Пикара, Ла-Гира, Дергама и др. не могли привести к согласным результатам. Даже известный пирометр Мушенбрека сомнительные результаты, так как исследуемый брусок не был надлежащим образом улучшлен и действие нагревания распространялось не только на брусок, но и на измерительный прибор. Смитон (Смитон, Philosophical Transactions, XLVIII, 1754) получил уже несколько более точные числа.Но действительно ценные и пригодные для практики результаты были получены впервые Лавуазье и Лапласом. Они вводятся в постоянное положение во внешнем положении точки тепла, которое может быть изменено. Однако их опыты остались незамеченными и стали впервые благодаря Био.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ЖИДКОСТЕЙ. БОРЬБА ВОКРУГ ТЕОРИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Определение расширения тел во многих теоретически и практически зависит от их теплопроводности.Поэтому естественно, что исследование шло рука об руку с описанными выше работами.

Рихман брал (в 1750–1751 гг.) Шары из различных металлов, но одинаковой величины, и наблюдал время одинакового их охлаждения; при этом он установил такую ​​последовательность: свинец, олово, железо, медь, латунь, и отсюда пришел к выводу, что свинец всего быстрее воспринимает теплоту и отдает ее и т. д. Во всяком случае полученный им ряд доказал, что, вопреки существовавшему ранее мнению, теплопроводность тел во всяком случае непропорциональна их плотности.Франклин и немного позже Ахард был склонны думать, что теплопроводность тел равна их электропроводности. Для разрешения этого вопроса, Ингенгоус, по предложению Франклина, покрыл проволоки из различных металлов слоем воска, опустил концы их в сосуд с горячим маслом и наблюдал скорость распространения тепла, необходимую для плавления воска на различных проволоках. Согласно его опыту порядок распределения металлов по «их теплопроводности оказался почти противоположным рихмановскому, а именно: серебро, медь, золото, железо, сталь, свинец.Разногласие объясняется тем, что Ингенгоус приписал более высокую теплопроводимость тому металлу, у которого плавление воска происходило всего выше, т. е. по которому тепло проникало всего дальше; И. Т. Мейер напротив, склонен к тому металлу, который всегда быстрее отдавал тепло наружу и на котором, следовательно, воск плавился всего медленнее; при таком истолковании опытов Ингенгоуса и Рихмана должны быть одинаковыми выводам. Как мы увидим ниже, Фурье испытал, что оба были в равной мере и правы и неправы.

Совершенно иначе кончился спор о проводимости тепловой жидкости возникший после работ графа Румфорда. Бюффон утверждал (как и многие до него), что жидкости проводят тепло лучше, чем твердые тела; Румфорд же доказал совершенно обратное. Уже в 1786 и 1792 гг. он напечатал в Философские труды статьи о теплопроводности различных веществ; в 1797 г. Эти исследования показали, что эта пища осталась очень медленно в воде, которая постоянно подвергалась воздействию воды, на одной стороне постоянно поднимались токи, которые на другой стороне опускались вниз.Передача тепла не происходит между частями самой жидкости передачи тепла не происходит. Другими словами, что жидкости никогда не нагреваются путем внутренней проводимости, а только внутренними токами, и что, следовательно, жидкости являются абсолютными непроводниками тепла. Чтобы это убедительнее доказать, он положил в цилиндрический стеклянный сосуд ледяной кружок, имевший острие, и налил сверху оливковое масло; после этого ввел туда железный цилиндр, нагретый в кипятке; он приближал его расстояние 0,2 дюйма к острию и при этом не замечал признаков таяния или какого бы то ни было изменения в ледяном острие, - если только он опускал цилиндр в «настолько осторожно, чтобы не вызвать в нем токов.

Несмотря на всю убедительность этого опыта, выводы Румфорда вызвали сильную бурю между тогдашними физиками. Делюкил с теоретическими возражениями, основанными на теории теплоты; Никольсон пытался опровергнуть самые опыты Румфорда рядом других опытов; С доказал, что, по крайней мере, сквозь ртуть получается таяние льда от поставленного поблизости горячего цилиндра; Муррей утверждал, что при опускании термометра в масло он все-таки наблюдал повышение температуры.Между тем Дальтон уже в 1799 г. пришел к заключению, что хотя у воды и нельзя вполне отрицать наличие теплопроводности, но что последняя во всяком случае ничтожно мала сравнительно с теплопроводностью твердого тел. На этот компромисс вскоре пошло большинство физиков. проводниками тепла, но во всяком случае не являются совершенными непроводниками ».



Используются технологии uCoz

Коэффициент объемного расширения

Жидкость

10 –5 ° С -1

Анилин

85

Раствор NaCl, 26% **

44

Бензин

125

Серная кислота

57

Бензол

124

Сероуглерод

121

Глицерин

53

Скипидар

94

Керосин

100

Спирт амиловый

93

»этиловый

110

»метиловый

122

м-Ксилол

101

Масло оливковое

70

»парафиновое

90

Толуол

109

Пентан

159

Уксусная кислота

107

Раствор СаС1 2 , 6% **

25

»СаС1 2 , 41% **

46

Хлороформ

126

Эфир диэтиловый

163

Источник: "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химических технологий" / под ред. Романкова. Приложение.

Коэффициент теплового линейного расширения для некоторых распространенных материалов, таких как: алюминий, медь, стекло, железо и многое другое.

Материал

Коэффициент линейного теплового расширения

(10 -6 м / (мK)) / (10 -6 м / (м o С))

(10 -6 дюйм / дюйм (дюйм или F))

АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) термопласт 73.8 41
ABS - стекло, армированное волокнами 30,4 17
Акриловый материал, прессованный 234 130
Алмаз 1,1 0,6
Алмаз технический 1. 2 0,67
Алюминий 22,2 12,3
Ацеталь 106,5 59,2
Ацеталь, армированный стекловолокном 39,4 22
Ацетат целлюлозы (CA) 130 72.2
Ацетат бутират целлюлозы (CAB) 25,2 14
Барий 20,6 11,4
Бериллий 11,5 6,4
Бериллиево-медный сплав (Cu 75, Be 25) 16,7 9.3
Бетон 14,5 8,0
Бетонные структуры 9,8 5,5
Бронза 18,0 10,0
Ванадий 8 4,5
Висмут 13 7. 3
Вольфрам 4,3 2,4
Гадолиний 9 5
Гафний 5,9 3,3
Германий 6,1 3,4
Гольмий 11.2 6,2
Гранит 7,9 4,4
Графит, чистый 7,9 4,4
Диспрозий 9,9 5,5
Древесина, пихта, ель 3,7 2.1
Древесина дуба, параллнам ​​ 4,9 2,7
Древесина дуба, перпендикулярно волокнам 5,4 3,0
Древесина, сосна 5 2,8
Европий 35 19. 4
Железо, чистое 12,0 6,7
Железо, литое 10,4 5,9
Железо, кованое 11,3 6,3
Золото 14,2 8,2
Известняк 8 4.4
Инвар (сплав железа с никелем) 1,5 0,8
Инконель (сплав) 12,6 7,0
Иридий 6,4 3,6
Иттербий 26,3 14.6
Иттрий 10,6 5,9
Кадмий 30 16,8
Калий 83 46,1 - 46,4
Кальций 22,3 12,4
Каменная кладка 4. 7 - 9,0 2,6 - 5,0
Каучук твердый 77 42,8
Кварц 0,77 - 1,4 0,43 - 0,79
Керамическая плитка (черепица) 5,9 3,3
Кирпич 5.5 3,1
Кобальт 12 6,7
Констанан (сплав) 18,8 10,4
Корунд, спеченный 6,5 3,6
Кремний 5,1 2.8
Лантан 12,1 6,7
Латунь 18,7 10,4
Лед 51 28,3
Литий 46 25,6
Литая стальная решетка 10. 8 6,0
Лютеций 9,9 5,5
Литой лист из акрилового пластика 81 45
Магний 25 14
Марганец 22 12.3
Медноникелевый сплав 30% 16,2 9
Медь 16,6 9,3
Молибден 5 2,8
Монель-металл (никелево-медный сплав) 13,5 7.5
Мрамор 5,5 - 14,1 3,1 - 7,9
Мыльный камень (стеатит) 8,5 4,7
Мышьяк 4,7 2,6
Натрий 70 39. 1
Нейлон, универсальный 72 40
Нейлон, Тип 11 (Тип 11) 100 55,6
Нейлон, Тип 12 (Type 12) 80,5 44,7
Нейлон литой, Тип 6 (Тип 6) 85 47.2
Нейлон, Тип 6/6 (Тип 6/6), формовочный состав 80 44,4
Неодим 9,6 5,3
Никель 13,0 7,2
Ниобий (Columbium) 7 3.9
Нитрат целлюлозы (CN) 100 55,6
Окись алюминия 5,4 3,0
Олово 23,4 13,0
Осмий 5 2,8
Палладий 11. 8 6,6
Песчаник 11,6 6,5
Платина 9,0 5,0
Плутоний 54 30,2
Полиалломер 91,5 50.8
Полиамид (PA) 110 61,1
Поливинилхлорид (ПВХ) 50,4 28
Поливинилденфторид (ПВДФ) 127,8 71
Поликарбонат (PC) 70,2 39
Поликарбонат - армированный стекловолокном 21.5 12
Полипропилен - армированный стекловолокном 32 18
Полистирол (ПС) 70 38,9
Полисульфон (ПСО) 55,8 31
Полиуретан (PUR), жесткий 57. 6 32
Полифенилен - армированный стекловолокном 35,8 20
Полифенилен (ПП), ненасыщенный 90,5 50,3
Полиэстер 123,5 69
Полиэстер, армированный стекловолокном 25 14
Полиэтилен (PE) 200 111
Полиэтилен - терефталий (ПЭТ) 59.4 33
Разеодимий 6,7 3,7
Припой 50-50 24,0 13,4
Прометий 11 6,1
Рений 6,7 3. 7
Родий 8 4,5
Рутений 9,1 5,1
Самарий 12,7 7,1
Свинец 28,0 15,1
Свинцово-оловянный сплав 11.6 6,5
Селен 3,8 2,1
Серебро 19,5 10,7
Скандий 10,2 5,7
Слюда 3 1.7
Сплав твердый (твердый сплав) K20 6 3,3
Сплав хастелой (Hastelloy) C 11,3 6,3
Сталь 13,0 7,3
Сталь нержавеющая аустенитная (304) 17. 3 9,6
Сталь нержавеющая аустенитная (310) 14,4 8,0
Сталь нержавеющая аустенитная (316) 16,0 8,9
Сталь нержавеющая ферритная (410) 9,9 5,5
Стекло витринное (зеркальное, листовое) 9.0 5,0
Стекло пирекс, пирекс 4,0 2,2
Стекло тугоплавкое 5,9 3,3
Строительный (известковый) раствор 7,3 - 13,5 4,1-7,5
Стронций 22.5 12,5
Сурьма 10,4 5,8
Таллий 29,9 16,6
Тантал 6,5 3,6
Теллур 36,9 20. 5
Тербий 10,3 5,7
Титан 8,6 4,8
Торий 12 6,7
Тулий 13,3 7,4
Уран 13.9 7,7
Фарфор 3,6–4,5 2,0–2,5
Фенольно-альдегидный полимер без добавок 80 44,4
Фторэтилен пропилен (FEP) 135 75
Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) 66.6 37
Хром 6,2 3,4
Цемент 10,0 6,0
Церий 5,2 2,9
Цинк 29,7 16.5
Цирконий 5,7 3,2
Шифер 10,4 5,8
Штукатурка 16,4 9,2
Эбонит 76,6 42,8
Эпоксидная смола, литая резина и незаполненные продукты из них 55 31
Эрбий 12.2 6,8
Этилен винилацетат (EVA) 180 100
Этилен и этилакрилат (EEA) 205 113,9

Эфир виниловый

16–22 8,7 - 12

Изобретателю-Рационализатору - Расширение и сжатие тел

Коэффициенты расширения

При нагревании размеры увеличиваются, при охлаждении уменьшаются.При изменении температуры от t 0 до t длины длины l на ∆l

∆l = ɑ (t 0 - t) l

Увеличившаяся длина l будет равна:

l = [1 + ɑ (t - t 0 )] l 0

где ɑ - коэффициент линейного расширения, приложение которого можно найти в табл. 84.

Таблица 84. Коэффициенты линейного расширения различных различных материалов
(увеличение в 1000000 раз)

Для жидкостей используется коэффициент объемного расширения.Он приблизительно в 3 раза больше коэффициента линейного расширения. Так, вода имеет ɑ = 0,0002, керосин ɑ = 0,001.

Коэффициент расширения газов

ɑ = 1/273 = 0,00366.

Явления расширения и сжатия металлов используются в машиностроительной техника. Так, например, бандажи вагонных колес перед насадкой на колеса нагреваются. Расширяясь от нагревания, они свободно входят на колеса; при остывании они вновь суживаются и плотно охватывают колеса.Подобным образом нагревают муфты, упорные кольца перед насадкой их на валы.

Пример 1.
Определить, на сколько увеличится длина медного провода при повышении температуры на 50 ° С, если первоначальная длина провода была 40 м. Коэффициент линейного расширения меди находим в табл. 84:

ɑ = 16,6 * 10 -6 = 0,0000166.

Удлинение провода:

∆l = 0,0000166 * 40 * 50 = 0,0332 м.

Пример 2.
Латунный стержень при температуре 5 ° С имеет длину 0,5 м. Какая будет его длина, если стержень нагреть до 95 ° С? Коэффициент линейного расширения латуни ɑ = 0,0000175.

Длина стержня при 95 ° С будет:

л = [1 + 0,0000175 (95 - 5)] 0,5 = 0,500787 м.

Усадка

Все металлы при переходе из жидкого состояния в твердое изменяют свой объем. Чугун, сурьма и висмут при переходе из жидкого состояния в твердое расширяются.Остальные металлы при затвердевании сжимаются. Например, при затвердевании чугуна в литейной опоке вначале расширение его, но при дальнейшего охлаждения до температуры окружающего воздуха чугун сжимается в размере 1% своего объема. Это сжатие носит название усадки. В табл. 85 даны примерные величины усадки металлов и множители для определения размеров литейных форм.

Таблица 85 Усадка некоторых металлов и сплавов при отливке

Пример.
Нужно получить отливку из ковкого перлитного чугуш длиной 1 м, шириной 0,2 м и толщиной 0,1 м. Какой объем должна иметь форму для отливки?

Объем отливки равен: 1 * 0,2 * 0,1 = 0,02 м 3

В табл. 74 находим значение усадки для ковкого перлитного чугуна К = 2%, следовательно, объем формы будет

0,02 + 2 (0,02 / 100) = 0,02 + 0,0004 = 0,0204 м 3

При изготовлении модели усадка в% учитывается по формуле

К = (а 1 - а) / а * 100,

где а 1 - начальный размер отливки при затвердевании;
а - конечный размер охлажденной отливки.
Величина усадки К различных литейных сплавов приведена в табл. 85.

Теплоемкость и тепловое расширение воды Текст научной статьи по специальности «Физика»

Теплоемкость и тепловое расширение воды

1 2 Д.Н. Путинцев, Н.М. Путинцев

1 Московский физико-технический институт (МФТИ)

2 Технологический факультет МГТУ, кафедра химии

Аннотация.Проанализирован механизм формирования теплоемкости воды. Установленные соотношения, связывающие колебательные и конфигурационные составляющие теплового расширения воды с теплоемкости Ср, CV и Сконф.

Аннотация. В статье проанализирован механизм образования теплоемкости воды. Рассчитаны уравнения, связывающие колебательные и конфигурационные составляющие коэффициента расширения воды с теплоемкостью Cp, CV и Cconf.// Т, (1)

где a = (\ / V) \ cV / cT) P - коэффициент объемного теплового расширения, yT = ​​- {1 / V) - {cV / cP) T - коэффициент изотермической сжимаемости, Т - температура в К, V0 - молярный объем.

В настоящее время строгой теории теплоемкости жидкого состояния нет, так как теплоемкость реальных веществ определяется не только колебательным вкладом (возбуждением механических степеней свободы молекул: колебательных, вращательных, либрационных и др.)), но и их энергией взаимодействия. При этом часть энергии, подводимой к телу, расходуется на активацию различного движений, а часть - на изменение конфигурации системы. Поэтому некоторый прогресс в разработке теории теплоемкости жидкого состояния наметился с введением в теорию конфигурационных вкладов. Под конфигурациями взаимопонимания понимаются определяющие термодинамические функции, обусловленные изменением взаимных ориентаций и ближайших соседей молекул. конф / уТ.и «к0„ ф необходимо знать CK0Jl. При расчете колебательной составляющей теплоемкости движения молекул и атомов

разбиваются на независимые трансляционные, либрационные и внутримолекулярные колебания. Молекула воды во льду и в воде, обладая тремя внутримолекулярными модами, участвует в шести межмолекулярных колебаниях. Для расчета CKm необходимо знать частоты колебаний и их зависимость от температуры. Эта задача в теоретическом плане не решена, поэтому колебания в конденсированных средах исследуют из эксперимента, что сопряжено с большими погрешностями.

Значения колебательной теплоемкости воды настраиваются по функции Эйнштейна с учетом зависимости частот (Путинцев, 1982; Анджелл, 1985) от температуры или с помощью комбинации функций Дебая и Эйнштейна (теория Борна и Кармена). По функциям Эйнштейна определяются внутримолекулярные вклады, а по функциям Дебая - межмолекулярные. Значение колебательной составляющей теплоемкости воды при температуре плавления, рассчитанное в (Путинцев, 1982) по функции Эйнштейна, 36.17 Дж-моль "1-К" 1. Отсюда, величина Сконф воды при Тт равна 39.76 Дж-моль "1-К" 1.

При расчете колебательного вклада по функциям Эйнштейна и Дебая, что в молекулы Н20 участвуют в шести межмолекулярных колебаниях, и что эти колебания распределены в двух дебаевских спектрах с характеристическими частотами 654 см-1 (196.2-10пс-1) и 168 см- 1 (50,4-10пс-1). Этот метод для жидкой воды при Тт дает жидкое Скол 38.82 Дж-моль-1-К-1.Значение составляющей теплоемкости воды, определенное как (CV- CK07I), равно 37.12 Дж-моль-1-К-1. Очевидно, что для расчета теплоемкости необходимо иметь независимый метод определения колебательного и конфигурационного вкладов в теплоемкость вещества.

Рассмотрим температурные зависимости теплоемкости и теплового расширения воды. (из соотношения 4), CV (из выражения 9) и CK07I (из соотношения 2) по экспериментальным значениям Ср, V0 и частным производным (cV / cT) p и (¿¥ / сР) т.

3. Расчет колебательных и конфигурационных составляющих теплоемкости и теплового расширения

Справедливость выражений (2-9) подтверждается совпадением расчетных значений CV со справочными (табл. 1, 2).

В качестве дополнительной проверки можно использовать условия равенства Ср - CV и оСкол - \ и конф \ при температуре максимума плотности воды при р - 1 атм.Изменяя знак минус на плюс перед CV в выражении (8) и, в связи с этим, заменяя аконф на \ ако „ф \, имеем:

Ср (277.13 К) - 27V0 «2кол / ут - с? Конф / ут.

Значения акол и аконф, полученные из этих соотношения, совпадают с поставленными значениями, найденными из формул (6) и (7).

Таблица 1. Значения У0 (10 "6 м3-моль-1), ут (10-11Па-1), С (Дж-моль" 1-К "1) и а (10" 4К -1) воды

при атмосферном давлении

т, к У0 Ут (Кириллин и др.) С (Кириллин и др.) А (Кириллин и др .; Ривкин и др.)

Ср Су

273,15 18,018 50,886 75,977 75,936 -0,681

277,13 18,017 49,514 75,75 75,75 0

283,15 18,021 47,811 75,517 75,438 0,879

293.15 18,048 45,895 75,332 74,844 2,066

303,15 18,095 44,774 75,270 74,139 3,031

313,15 18,157 44,243 75,272 73,368 3,854

323,15 18,234 44,26 75,361 72,640 4,521

333,15 18,324 44,50 75,361 71,740 5,138

343.конф

273,15 19,475 20,156 39,293 75,932 36,638

277,13 19,380 19,380 37,875 75,750 37,875

283,15 19,243 18,364 35,994 75,435 39,440

293,15 19,079 17,013 33,368 74,840 41,472

303,15 18.977 15,946 31,151 74,145 42,994

313,15 18,931 15,077 29,214 73,363 44,149

323,15 18,931 14,411 27,649 72,641 44,992

333,15 18,942 13,804 26,140 71,740 45,599

343,15 19,067 13,280 24,663 70,817 46,154

353.15 19,188 12,832 23,355 69,847 46,492

363,15 19,347 12,425 22,116 68,875 46,759

373,15 19,495 12,028 20,941 67,885 46,943

Процессы плавления и нагревания воды в некотором диапазоне температур сопровождаются припадками 2 и Я..При максимальной плотности (3.98 ° С) воды \ ако „ф \ = акол. Дальнейшее расширение воды положителен.

Анализ данных табл. 2 показывает, что колебательная теплоемкость при нагревании воды увеличивается. Колебательная составляющая коэффициента теплового расширения воды в интервале 0–100 ° С изменяется незначительно (примерно на 3%). Теплоемкость воды при постоянном объеме и ее конфигурационная составляющая при нагревании воды от Тт до Ткип уменьшаются.Конфигурационная составляющая отрицательного коэффициента теплового расширения воды и в интервале Тпл - Тимпл по модулю.

Значения конфигурационной теплоемкости воды, рассчитанные (0,52Су при Тт и 0,31Су при Ткип), приблизительно равные значения Сконф (примерно 0,5 Су при Тт и 0,35 Су при Ткип), приведенным в литературе (Эйзенберг, Кауцман, 1975; Анджелл, 1985 ). Значения колебательной

составляющей теплоемкости воды при Тпл (36.638 Дж-моль "1-К" 1) неплохо согласуются с величиной Скол ,анной в (Путинцев, 1982) по функции Эйнштейна (36.17 Дж-моль "1-К" 1) от частот внутри (ц, v2, v3) и межмолекулярных (vL и vT) колебаний. Следует отметить необходимые значения колебательной теплоемкости, приведенные в табл. 2, могут быть получены при соответствующем выборе значений межмолекулярных частот и их температурной зависимости.

Сравнение значений колебательной теплоемкости, рассчитанных по спектральным данным вещества и разным моделям теории теплоемкости, с данными табл.2 настоящей работы, показывает, что колебательные вклады в теплоемкость близки. Следовательно, результаты данной работы могут быть полезны для расшифровки спектров вещества, определения температурной зависимости спектральных частот и в методах расчета колебательных вкладов.

4. Заключение

В работе рассмотрен механизм формирования теплоемкости жидкостей. Установлены соотношения между теплоемкостями, CV и Ско „ф с колебательными и конфигурационными вкладами в тепловое расширение воды.Показано, что идея о разделении теплоемкости и теплового расширения на составляющие плодотворной и приводит к новому и более глубокому пониманию процессов плавления и нагревания вещества.

Литература

Анджелл К. А. Переохлажденная вода. В сб .: Вода и водные растворы при температурех ниже 0 ° С. Под

ред. Ф. Франкса.Киев, с.13-72, 1985. Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. М., МГУ, 167 е., 1974.

Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М., Энергоиздат, 416 е., 1983.

Попов Н.К., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морская вода. Справочное руководство. Под ред. чл.-корр. АН

СССР А.С. Монина. М., Наука, 327 е., 1979.Путинцев Н.М. О двух составляющих коэффициента теплового расширения воды. Журн. физ. химии,

т.56, № 9, c.2298-2299, 1982. Ривкин С.Л., Александров А.А., Кремневская Е.А. Термодинамические производные воды и водяного

пара. М., Энергия, 264 с., 1977. Скрышевский А.Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. М., Высшая школа, 328 е., 1980. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды.Л., Гидрометеоиздат, 279 е., 1975.

То, что в мороз в бензобак войдет больше бензина, чем в теплую погоду, всего лишь миф

Разрушаем миф: влезет ли в бензобак больше топлива в сильный мороз?

«Лучше заправлять машину бензином утром, когда температура меньше, чем днем, когда тепло. Таким образом вы получите больше газа »- наверняка вы уже слышали что-то подобное или читали в Интернете. Но в самом ли это деле? Это правда, или миф? Действительно ли можно залить в бак больше бензина в сильный мороз по сравнению с плюсовой температурой?

Что говорит наука? Температура окружающей среды, тем жидкая, чем холоднее, температура окружающей среды, тем жидкость становится жидкостью, и наоборот.Это, кстати, относится и к газам. Чем выше температура газа, тем больше они расширяются. Бензин расширяется и значительно сокращается при изменении температуры намного больше, чем вода.

Величина этого изменения измеряется коэффициентов теплового расширения .

Это часто описывается греческой буквой β . Коэффициент теплового расширения измеряет изменение объема (как отношение) на основе изменения температуры.

Ниже приведена таблица для некоторых распространенных жидкостей.Типичными единицами этого параметра являются 10 -6 / K (количество миллионных долей объема изменяемой жидкости на один Кельвин).

жидкость β (10 -6 / К )
Этиловый спирт +1120
Бензин 950
Реактивное топливо 990
Ртуть 181
Вода 207

* (Все вышеперечисленное измерено при 20 ° C)

Как видите, в верхней строчке находится - этиловый спирт.Это имеет смысл сейчас, большинство термометров сегодня наполнены жидким спиртом, содержащим красную краску. Коэффициент теплового расширения помогает держать спиртовые термометры точными.

Бензин имеет большой коэффициент расширения - 950. Его объем изменяется в 4,5 раза больше, чем вода при каждом изменении температуры.

Коэффициент теплового расширения бензина

один из самых больших для жидкостей - 0,00124 на каждый 1 градус.

Для сравнения коэффициент теплового расширения воды меньше - 0,0006 на 1 градус.

Если владелец автозаправочной станции получает 3785 литров бензина (1000 галлонов) при температуре 15 ° C, а затем он попадает в подземное хранилище, где температура составляет всего 4 ° C объем бензина немного увеличится. Если же бензовоз приедет на АЗС в сильный мороз, то при заливке топлива в подземный бак, объем бензина уменьшиться.Но все это обычно заботит автовладельца заправки.

Но может ли подобное изменение объема топлива быть выгодным для автомобилистов? На самом деле, нет. Все дело в том, что бензин на заправочных станциях хранится в подземных резервуарах, где объем топлива постоянен, так как он не зависит от температуры воздуха на поверхности.

На глубине температуры, в зависимости от того, как глубоко под землей находится бак, температура составляет 4-10 градусов.

Бензин в этих баках на АЗС хранится при этой температуре круглый год.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *