При нагревании вода: Свойства воды в жидком состоянии. Видеоурок. Окружающий мир 3 Класс

3 класс. Окружающий мир. Свойства воды в жидком, твёрдом и газообразном состоянии — Свойства воды в жидком, твёрдом и газообразном состоянии

В чи­стом виде вода не имеет вкуса, за­па­ха и цвета, но она почти ни­ко­гда не бы­ва­ет такой, по­то­му что ак­тив­но рас­тво­ря­ет в себе боль­шин­ство ве­ществ и со­еди­ня­ет­ся с их ча­сти­ца­ми. Так же вода может про­ни­кать в раз­лич­ные тела (уче­ные нашли воду даже в кам­нях).

Рис. 1. Вода (Ис­точ­ник)

Если в ста­кан на­брать воды из-под крана, она будет ка­зать­ся чи­стой. Но на самом деле, это – рас­твор мно­гих ве­ществ, среди ко­то­рых есть газы (кис­ло­род, аргон, азот, уг­ле­кис­лый газ), раз­лич­ные при­ме­си, со­дер­жа­щи­е­ся в воз­ду­хе, рас­тво­рен­ные соли из почвы, же­ле­зо из во­до­про­вод­ных труб, мель­чай­шие нерас­тво­рен­ные ча­сти­цы пыли и др.

Рис. 2. Вода в ста­кане (Ис­точ­ник)

Если на­не­сти пи­пет­кой ка­пель­ки во­до­про­вод­ной воды на чи­стое стек­ло и дать ей ис­па­рить­ся, оста­нут­ся едва за­мет­ные пят­ныш­ки.

Рис. 3. Капли воды на стек­ле (Ис­точ­ник)

В воде рек и ру­чьев, боль­шин­ства озер со­дер­жат­ся раз­лич­ные при­ме­си, на­при­мер, рас­тво­рен­ные соли. Но их немно­го, по­то­му что эта вода – прес­ная.

Рис. 4. Река (Ис­точ­ник)

Вода течет на земле и под зем­лей, на­пол­ня­ет ручьи, озера, реки, моря и оке­а­ны, со­зда­ет под­зем­ные двор­цы.

Рис. 5. Под­зем­ная пе­ще­ра (Ис­точ­ник)

Про­кла­ды­вая себе путь сквозь лег­ко­рас­тво­ри­мые ве­ще­ства, вода про­ни­ка­ет глу­бо­ко под землю, унося их с собой, и через ще­лоч­ки и тре­щин­ки в скаль­ных по­ро­дах, об­ра­зуя под­зем­ные пе­ще­ры, ка­па­ет с их свода, со­зда­вая при­чуд­ли­вые скульп­ту­ры. Мил­ли­ар­ды ка­пе­лек воды за сотни лет ис­па­ря­ют­ся, а рас­тво­рен­ные в воде ве­ще­ства (соли, из­вест­ня­ки) осе­да­ют на сво­дах пе­ще­ры, об­ра­зуя ка­мен­ные со­суль­ки, ко­то­рые на­зы­ва­ют ста­лак­ти­та­ми.

Рис. 6. Ста­лак­ти­ты (Ис­точ­ник)

Сход­ные об­ра­зо­ва­ния на полу пе­ще­ры на­зы­ва­ют­ся ста­лаг­ми­та­ми.

Рис. 7. Ста­лаг­ми­ты (Ис­точ­ник)

А когда ста­лак­тит и ста­лаг­мит срас­та­ет­ся, об­ра­зуя ка­мен­ную ко­лон­ну, это на­зы­ва­ют ста­ла­г­на­том.

Рис. 8. Ста­ла­г­нат (Ис­точ­ник)

На­блю­дая ле­до­ход на реке, мы видим воду в твер­дом (лед и снег), жид­ком (те­ку­щая под ним) и га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии (мель­чай­шие ча­сти­цы воды, под­ни­ма­ю­щи­е­ся в воз­дух, ко­то­рые ещё на­зы­ва­ют во­дя­ным паром).

Рис. 9. Ле­до­ход на реке (Ис­точ­ник)

Вода может од­но­вре­мен­но на­хо­дит­ся во всех трех со­сто­я­ни­ях: в воз­ду­хе все­гда есть во­дя­ной пар и об­ла­ка, ко­то­рые со­сто­ят из ка­пе­лек воды и кри­стал­ли­ков льда.

Рис. 10. Об­ла­ко (Ис­точ­ник)

Во­дя­ной пар неви­дим, но его можно легко об­на­ру­жить, если оста­вить в теп­лой ком­на­те охла­ждав­ший­ся в хо­ло­диль­ни­ке в те­че­ние часа ста­кан с водой, на стен­ках ко­то­ро­го сразу по­явят­ся ка­пель­ки воды. При со­при­кос­но­ве­нии с хо­лод­ны­ми стен­ка­ми ста­ка­на, во­дя­ной пар, со­дер­жа­щий­ся в воз­ду­хе, пре­об­ра­зу­ет­ся в ка­пель­ки воды и осе­да­ет на по­верх­но­сти ста­ка­на.

Рис. 11. Кон­ден­сат на стен­ках хо­лод­но­го ста­ка­на (Ис­точ­ник)

По этой же при­чине в хо­лод­ное время года за­по­те­ва­ет внут­рен­няя сто­ро­на окон­но­го стек­ла. Хо­лод­ный воз­дух не может со­дер­жать столь­ко же во­дя­но­го пара, сколь­ко и теп­лый, по­это­му ка­кое-то его ко­ли­че­ство кон­ден­си­ру­ет­ся – пре­вра­ща­ет­ся в ка­пель­ки воды.

Рис. 12. За­по­тев­шее окно (Ис­точ­ник)

Белый след за ле­тя­щим в небе са­мо­ле­том – тоже ре­зуль­тат кон­ден­са­ции воды.

Рис. 13. След за са­мо­ле­том (Ис­точ­ник)

Если под­не­сти к губам зер­каль­це и вы­дох­нуть, на его по­верх­но­сти оста­нут­ся мель­чай­шие ка­пель­ки воды, это до­ка­зы­ва­ет то, что при ды­ха­нии че­ло­век вды­ха­ет с воз­ду­хом во­дя­ной пар.

При на­гре­ва­нии вода «рас­ши­ря­ет­ся». Это может до­ка­зать про­стой опыт: в колбу с водой опу­сти­ли стек­лян­ную труб­ку и за­ме­ри­ли уро­вень воды в ней; затем колбу опу­сти­ли в сосуд с теп­лой водой и после на­гре­ва­ния воды по­втор­но за­ме­ри­ли уро­вень в труб­ке, ко­то­рый за­мет­но под­нял­ся, по­сколь­ку вода при на­гре­ва­нии уве­ли­чи­ва­ет­ся в объ­е­ме.

Рис. 14. Колба с труб­кой, циф­рой 1 и чер­той обо­зна­чен пер­во­на­чаль­ный уро­вень воды

Рис. 15. Колба с труб­кой, циф­рой 2 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при на­гре­ва­нии

При охла­жде­нии вода «сжи­ма­ет­ся». Это может до­ка­зать сход­ный опыт: в этом слу­чае колбу с труб­кой опу­сти­ли в сосуд со льдом, после охла­жде­ния уро­вень воды в труб­ке по­ни­зил­ся от­но­си­тель­но пер­во­на­чаль­ной от­мет­ки, по­то­му что вода умень­ши­лась в объ­е­ме.

Рис. 16. Колба с труб­кой, циф­рой 3 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при охла­жде­нии

Так про­ис­хо­дит, по­то­му что ча­сти­цы воды, мо­ле­ку­лы, при на­гре­ва­нии дви­жут­ся быст­рее, стал­ки­ва­ют­ся между собой, от­тал­ки­ва­ют­ся от сте­нок со­су­да, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми уве­ли­чи­ва­ет­ся, и по­это­му жид­кость за­ни­ма­ет боль­ший объем. При охла­жде­нии воды дви­же­ние её ча­стиц за­мед­ля­ет­ся, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми умень­ша­ет­ся, и жид­ко­сти тре­бу­ет­ся мень­ший объем.

Рис. 17. Мо­ле­ку­лы воды обыч­ной тем­пе­ра­ту­ры

Рис. 18. Мо­ле­ку­лы воды при на­гре­ва­нии

Рис. 19. Мо­ле­ку­лы воды при охла­жде­нии

Та­ки­ми свой­ства­ми об­ла­да­ет не толь­ко вода, но и дру­гие жид­ко­сти (спирт, ртуть, бен­зин, ке­ро­син).

Зна­ние этого свой­ства жид­ко­стей при­ве­ло к изоб­ре­те­нию тер­мо­мет­ра (гра­дус­ни­ка), где ис­поль­зу­ет­ся спирт или ртуть.

Рис. 20. Тер­мо­метр (Ис­точ­ник)

При за­мер­за­нии вода рас­ши­ря­ет­ся. Это можно до­ка­зать, если ем­кость, на­пол­нен­ную до краев водой, неплот­но на­крыть крыш­кой и по­ста­вить в мо­ро­зиль­ную ка­ме­ру, через время мы уви­дим, что об­ра­зо­вав­ший­ся лед при­под­ни­мет крыш­ку, выйдя за пре­де­лы ем­ко­сти.

Это свой­ство учи­ты­ва­ет­ся при про­кла­ды­ва­нии во­до­про­вод­ных труб, ко­то­рые обя­за­тель­но утеп­ля­ют­ся, чтобы при за­мер­за­нии об­ра­зо­вав­ший­ся из воды лед не разо­рвал трубы.

В при­ро­де за­мер­за­ю­щая вода может раз­ру­шать горы: если осе­нью в тре­щи­нах скал скап­ли­ва­ет­ся вода, зимой она за­мер­за­ет, и под на­по­ром льда, ко­то­рый за­ни­ма­ет боль­ший объем, чем вода, из ко­то­рой он об­ра­зо­вал­ся, гор­ные по­ро­ды трес­ка­ют­ся и раз­ру­ша­ют­ся.

Вода, за­мер­за­ю­щая в тре­щи­нах дорог, при­во­дит к раз­ру­ше­нию ас­фаль­то­во­го по­кры­тия.

Длин­ные греб­ни, на­по­ми­на­ю­щие склад­ки, на ство­лах де­ре­вьев – раны от раз­ры­вов дре­ве­си­ны под на­по­ром за­мер­за­ю­ще­го в ней дре­вес­но­го сока. По­это­му в хо­лод­ные зимы можно услы­шать треск де­ре­вьев в парке или в лесу.

В Ан­тарк­ти­де, по­кры­той че­ты­рех­ки­ло­мет­ро­вым слоем льда, на­хо­дят­ся ос­нов­ные за­па­сы этого ве­ще­ства на Земле.

Рис. 1. Ан­тарк­ти­да (Ис­точ­ник)

Лед встре­ча­ет под зем­лей, по­кры­ва­ет по­верх­но­сти во­до­е­мов.

Рис. 2. Лед в под­зем­ной пе­ще­ре (Ис­точ­ник)

Рис. 3. Лед на по­верх­но­сти реки (Ис­точ­ник)

Айс­бер­ги – пла­ва­ю­щие в море глыбы льда.

Рис. 4. Айс­берг (Ис­точ­ник)

Сне­жин­ки со­сто­ят из мел­ких кри­стал­ли­ков льда.

Рис. 5. Сне­жин­ка (Ис­точ­ник)

Узоры на стек­ле в зим­нее время – это кри­стал­лы льда, об­ра­зо­ван­ные за­мерз­шим во­дя­ным паром.

Рис. 6. Иней на стек­ле (Ис­точ­ник)

В со­вре­мен­ном мире по­лу­че­ние льда – про­цесс до­ступ­ный даже ре­бен­ку. До­ста­точ­но взять ка­кую-ни­будь ем­кость, на­пол­нить водой, по­ста­вить на время в мо­ро­зиль­ную ка­ме­ру, и по­лу­чит­ся лед.

Рис. 7. По­лу­че­ние льда из форм (Ис­точ­ник)

Иней в хо­ло­диль­ни­ке – это за­мерз­ший во­дя­ной пар. Иней и лед – это вода в твер­дом со­сто­я­нии.

Лед имеет свой­ство таять в теп­лом по­ме­ще­нии (выше 0°), пре­вра­ща­ясь в воду.

Лед хо­лод­ный и скольз­кий на ощупь.

Рис. 8. Лед на руке (Ис­точ­ник)

Люди знали о том, что лед скольз­кий, и за­щи­ща­ли кре­по­сти на воз­вы­ше­ни­ях рвами с водой. В хо­лод­ное время года за­щит­ни­ки по­ли­ва­ли стены водой, и по скольз­кой ле­дя­ной стене за­хват­чи­ки не могли про­брать­ся внутрь.

Рис. 9. Кре­пость зимой

При тем­пе­ра­ту­ре ниже 0° вода на по­верх­но­сти почвы за­мер­за­ет, пре­вра­ща­ясь в го­ло­лед – опас­ное яв­ле­ние при­ро­ды (в спеш­ке можно по­скольз­нуть­ся, упасть и по­лу­чить трав­му). Чтобы из­бе­жать травм, нужно не то­ро­пить­ся, вы­хо­дить из дому за­ра­нее, при ходь­бе на­сту­пать на всю по­дош­ву. Осо­бен­но осто­рож­но нужно пе­ре­хо­дить до­ро­гу – на скольз­ком пути во­ди­те­лю слож­нее быст­ро за­тор­мо­зить.

Рис. 10. Осто­рож­но! Го­ло­лед! (Ис­точ­ник)

Лед – хруп­кий. Если стук­нуть по ку­би­ку льда мо­ло­точ­ком, он рас­ко­лет­ся на мно­же­ство льди­нок.

Рис. 11. Ко­ло­тый лед (Ис­точ­ник)

Лед со­хра­ня­ет свою форму. Если пе­ре­ло­жить льдин­ку из блю­деч­ка в ста­кан, её форма не из­ме­нить­ся, по­то­му что лед – твер­дое ве­ще­ство и не ме­ня­ет свою форму.

Рис. 12. Кубик льда (Ис­точ­ник)

За­мерз­шую по­верх­ность во­до­е­ма можно ис­поль­зо­вать для пе­ре­ме­ще­ний на транс­пор­те или пеш­ком, по­то­му что лед, в от­ли­чие от воды, 

Рис. 13. Мо­то­кросс по льду (Ис­точ­ник)

Для за­ня­тий спор­том и раз­вле­че­ний за­ли­ва­ют катки – боль­шие ров­ные про­стран­ства льда.

Рис. 14. Каток на Крас­ной пло­ща­ди (Ис­точ­ник)

Во время ка­та­ния на конь­ках лед, со­при­ка­са­ю­щий­ся с лез­ви­я­ми, тает, пре­вра­ща­ясь в воду. Если бы не было этого тон­ко­го слоя воды, ка­тать­ся по льду было бы так же труд­но, как по полу. Вода, как масло в ма­шине, умень­ша­ет тре­ние между льдом и конь­ком и об­лег­ча­ет сколь­же­ние.

Рис. 15. Сколь­же­ние конь­ков по льду (Ис­точ­ник)

По той же при­чине про­ис­хо­дит дви­же­ние лед­ни­ков с гор. Под дав­ле­ни­ем огром­ной массы льда его ниж­ние слои на­чи­на­ют таять и ле­дя­ная река сколь­зит по гор­но­му скло­ну вниз, как конь­ки по по­верх­но­сти катка.

Рис. 16. Схож­де­ние лед­ни­ка с горы (Ис­точ­ник)

Лед не тонет в воде. Если бро­сить ку­со­чек льда в ем­кость с водой, он не уто­нет, а будет пла­вать на по­верх­но­сти.

Рис. 17. Лед пла­ва­ет на по­верх­но­сти воды (Ис­точ­ник)

Обыч­но твер­дые ве­ще­ства тя­же­лее, чем те же ве­ще­ства в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, ку­со­чек же­ле­за тонет в рас­плав­лен­ном же­ле­зе, а свин­цо­вый кубик тонет в рас­плав­лен­ном свин­це. При за­мер­за­нии вода за­ни­ма­ет боль­ший объем, чем пре­жде, она рас­ши­ря­ет­ся, по­это­му лед легче воды. Уже од­но­го этого свой­ства до­ста­точ­но, чтобы вы­де­лить лед из ряда твер­дых ве­ществ как ис­клю­че­ние.

Если бы лед тонул, на по­верх­но­сти во­до­е­мов в те­че­ние хо­лод­но­го вре­ме­ни года об­ра­зо­вы­ва­лись бы новые и новые слои льда на месте за­то­нув­ших и во­до­ем про­мер­зал бы до са­мо­го дна. В ре­зуль­та­те вод­ные жи­вот­ные и рас­те­ния ока­за­лись бы ско­ва­ны льдом, им гро­зи­ла бы неми­ну­е­мая ги­бель. К сча­стью, в при­ро­де этого не про­ис­хо­дит, по­то­му что лед не тонет в воде.

Рис. 18. Слой льда на по­верх­но­сти во­до­е­ма (Ис­точ­ник)

Лед плохо про­во­дит тепло. В во­до­е­ме он за­щи­ща­ет воду под ним от даль­ней­ше­го охла­жде­ния. Вода тоже плохо пе­ре­да­ет тепло. Это до­ка­зы­ва­ет такой опыт: на дно про­бир­ки с водой опус­ка­ют кубик льда с тя­же­лым гру­зом (по­сколь­ку лед не тонет в воде, в него за­ра­нее вмо­ра­жи­ва­ют гру­зик), край про­бир­ки на­гре­ва­ют, верх­ний слой воды кипит, а лед не пла­вит­ся. Из опыта можно сде­лать вывод, что не толь­ко лед, но и вода плохо про­во­дит тепло. Верх­ние слои воды на­гре­ва­ют­ся, в то время как ниж­ние оста­ют­ся хо­лод­ны­ми. Это объ­яс­ня­ет, по­че­му ис­па­ре­ния про­ис­хо­дят толь­ко с по­верх­но­сти во­до­е­мов.

Рис. 19. Опыт по на­гре­ва­нию края про­бир­ки с водой и утоп­лен­ным льдом (Ис­точ­ник)

Если же на­гре­вать воду в ем­ко­сти снизу, то вско­ре весь объем воды за­ки­пит (на­при­мер, если мы по­ста­вим на плиту ка­стрю­лю с супом). Так про­ис­хо­дит по­то­му, что ниж­ний слой воды на­гре­ва­ет­ся, рас­ши­ря­ет­ся и под­ни­ма­ет­ся вверх, на его место опус­ка­ет­ся еще не про­гре­тая вода, и про­цесс по­вто­ря­ет­ся до тех пор, пока вся вода не про­гре­ет­ся до 100°. При такой тем­пе­ра­ту­ре вода за­ки­па­ет и пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар.

Рис. 20. Опыт по на­гре­ва­нию ем­ко­сти с водой снизу (Ис­точ­ник)

Лед, как и стек­ло, бес­цве­тен и про­зра­чен.

Рис. 21. Лед (Ис­точ­ник)

Рис. 22. Стек­ло (Ис­точ­ник)

Снег – одно из твер­дых со­сто­я­ний воды. Он белый, рых­лый, непро­зрач­ный, тает в тепле и пла­ва­ет в воде. 

Рис. 23. Снег (Ис­точ­ник)

Вода со­сто­ит из мо­ле­кул, ко­то­рые на­хо­дят­ся в непре­рыв­ном дви­же­нии.

Рис. 1. Мо­ле­ку­лы воды обыч­ной тем­пе­ра­ту­ры

Те из них, что ока­зы­ва­ют­ся близ­ко к по­верх­но­сти, ока­зы­ва­ют­ся в воз­ду­хе и пе­ре­ме­ши­ва­ют­ся с его ча­сти­ца­ми, пре­вра­ща­ясь в во­дя­ной пар. Ча­сти­цы воз­ду­ха и во­дя­но­го пара так малы, что их невоз­мож­но уви­деть нево­ору­жен­ным гла­зом. Во­дя­ной пар – это про­зрач­ный бес­цвет­ный газ, неви­ди­мый, как и воз­дух.

Рис. 2. Об­ра­зо­ва­ние во­дя­но­го пара при ки­пе­нии (Ис­точ­ник)

Ис­па­ре­ние – пе­ре­ход воды из жид­ко­го со­сто­я­ния в га­зо­об­раз­ное.

Рис. 3. Ис­па­ре­ние воды с по­верх­но­сти во­до­е­ма (Ис­точ­ник)

Лед тоже ис­па­ря­ет­ся, но зна­чи­тель­но мед­лен­нее, чем вода в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, если зимой вы­ве­сить мокрое белье на улицу, сна­ча­ла оно по­кро­ет­ся ле­дя­ной кор­кой, а потом вы­сох­нет.

Рис. 4. Сушка мок­ро­го белья зимой (Ис­точ­ник)

В каком бы со­сто­я­нии вода не была, она по­сто­ян­но ис­па­ря­ет­ся с по­верх­но­сти Земли.

Че­ло­век ис­поль­зу­ет зна­ния об ис­па­ре­нии воды. Про­су­ши­ва­ют со­бран­ное зерно, за­го­тов­лен­ные дрова, ошту­ка­ту­рен­ные стены, вы­мы­тую по­су­ду, вы­сти­ран­ное белье.

Рис. 5. Сушка зерна (Ис­точ­ник)

Рис. 6. Сушка дров (Ис­точ­ник)

Рис. 7. Сушка ошту­ка­ту­рен­ных стен (Ис­точ­ник)

Рис. 8. Сушка по­су­ды (Ис­точ­ник)

Рис. 9. Сушка белья (Ис­точ­ник)

Мок­рые во­ло­сы сушат элек­три­че­ским феном.

Рис. 10. Сушка волос феном (Ис­точ­ник)

Ин­тен­сив­ность ис­па­ре­ния за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры воды: чем выше тем­пе­ра­ту­ра, тем выше ско­рость дви­же­ния мо­ле­кул воды, а зна­чит и ис­па­ре­ния. Это до­ка­зы­ва­ет про­стой опыт: если в 2 ем­ко­сти на­лить оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство воды, а затем одну по­ста­вить в хо­лод­ное место, а дру­гую – в теп­лое, через неко­то­рое время ста­нет ясно, что вода в хо­лод­ном месте ис­па­ря­ет­ся мед­лен­нее, чем в теп­лом.

Мок­рая до­ро­га летом вы­сох­нет на­мно­го быст­рее, чем осе­нью.

Рис. 11. Мок­рая до­ро­га (Ис­точ­ник)

Ско­шен­ная трава в сол­неч­ный день вы­сох­нет быст­рее, чем в пас­мур­ный.

Рис. 12. Ско­шен­ная трава (Ис­точ­ник)

Зна­ние этого свой­ства по­мо­га­ет людям. На­при­мер, если под­мок­ла ста­рин­ная книга, её остав­ля­ют в спе­ци­аль­ной мо­ро­зиль­ной ка­ме­ре, чтобы вы­сы­ха­ние шло мед­лен­но и стра­ни­цы книги не по­вре­ди­лись.

Ис­па­ре­ние про­ис­хо­дит в месте со­при­кос­но­ве­ния по­верх­но­сти воды с воз­ду­хом, со­от­вет­ствен­но, чем боль­ше пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния, тем быст­рее про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние. До­ка­зать это можно с по­мо­щью неслож­но­го опыта: нужно на­лить оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство воды в 3 ем­ко­сти с раз­ной пло­ща­дью со­при­кос­но­ве­ния на­ли­той воды с воз­ду­хом (на­при­мер, бу­тыл­ка с узким гор­лыш­ком, стек­лян­ная банка и ши­ро­кая та­рел­ка). Через неко­то­рое время мы уви­дим, что вода из та­рел­ки ис­па­ря­ет­ся быст­рее всего, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом наи­боль­шая. Из банки немно­го мед­лен­нее, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния мень­ше. А из бу­тыл­ки мед­лен­нее всего, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом наи­мень­шая.

Рис. 13. Опыт по ис­па­ре­нию воды из ем­ко­стей с раз­лич­ной пло­ща­дью со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом (Ис­точ­ник)

По­это­му фрук­ты, пред­на­зна­чен­ные для сушки, раз­ре­за­ют на тон­кие лом­ти­ки – чтобы уве­ли­чить по­верх­ность со­при­кос­но­ве­ния с воз­ду­хом и уве­ли­чить ско­рость ис­па­ре­ния.

Рис. 14. Сушка яблок (Ис­точ­ник)

Под воз­дей­стви­ем ветра ис­па­ре­ние идет быст­рее, по­то­му что мо­ле­ку­лы воды ак­тив­нее со­еди­ня­ют­ся с мо­ле­ку­ла­ми воз­ду­ха. В вет­ре­ную по­го­ду влаж­ные по­верх­но­сти вы­сы­ха­ют быст­рее, если дер­жать руки под су­шил­кой, они вы­сох­нут быст­рее.

Рис. 15. Сушка рук под воз­дей­стви­ем по­то­ка теп­ло­го воз­ду­ха (Ис­точ­ник)

Наи­бо­лее ак­тив­но ис­па­ре­ние идет при на­гре­ва­нии. При 100г вода кипит и пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар. Мо­ле­ку­лы во­дя­но­го пара под воз­дей­стви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры дви­га­ют­ся очень быст­ро, ему необ­хо­дим боль­шой объем, по­это­му у ки­пя­ще­го чай­ни­ка «под­пры­ги­ва­ет» крыш­ка.

Рис. 16. Ки­пя­щий чай­ник (Ис­точ­ник)

Зна­ние этого свой­ства во­дя­но­го пара поз­во­ли­ло людям скон­стру­и­ро­вать па­ро­вые дви­га­те­ли.

Рис. 17. Ма­ши­на с па­ро­вым дви­га­те­лем (Ис­точ­ник)

Часто, когда пе­чет­ся яб­ло­ко, его ко­жу­ра ло­па­ет­ся – это яб­лоч­ный сок, пре­вра­ща­ясь в пар, раз­ры­ва­ет ко­жу­ру.

Рис. 18. Пе­че­ное яб­ло­ко (Ис­точ­ник)

Или можно услы­шать треск дров в печи – под воз­дей­стви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры вода в дро­вах пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар и раз­ры­ва­ет дре­ве­си­ну.

Рис. 19. Дро­вя­ная печь (Ис­точ­ник)

Как было ска­за­но, во­дя­ной пар – неви­дим. Так по­че­му же мы видим пар, когда кипит чай­ник? В хо­лод­ном воз­ду­хе разо­гре­тый во­дя­ной пар кон­ден­си­ру­ет­ся – пре­вра­ща­ет­ся в мель­чай­шие ка­пель­ки воды, ко­то­рые мы видим как белый пар. А неви­ди­мый во­дя­ной пар на­хо­дит­ся возле но­си­ка чай­ни­ка на гра­ни­це бе­ло­го об­лач­ка пара.

Рис. 20. Ки­пя­щий чай­ник (Ис­точ­ник)

Если по­ме­стить у но­си­ка ки­пя­ще­го чай­ни­ка хо­лод­ный ме­тал­ли­че­ский пред­мет, то очень скоро на нем по­явят­ся ка­пель­ки осев­шей воды. Этот опыт до­ка­зы­ва­ет на­ли­чие во­дя­но­го пара у но­си­ка чай­ни­ка.

Рис. 21. Опыт по кон­ден­са­ции во­дя­но­го пара у но­си­ка чай­ни­ка (Ис­точ­ник)

источник конспекта:

http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/undefined/svoystva-vody-v-zhidkom-sostoyanii?seconds=0&chapter_id=826

http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/undefined/svoystva-vody-v-tverdom-sostoyanii

http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/undefined/svoystva-vody-v-gazoobraznom-sostoyanii

исчтоник презентации — http://prezentacii.com/biologiya/6000-tri-sostoyaniya-vody.html

источник видео:

http://www.youtube.com/watch?v=nGsOh3iCC70

http://www.youtube.com/watch?v=WL_GTjYByG8

http://www.youtube.com/watch?v=BsjlZh2kKbo

Три состояния воды — урок. Окружающий мир, 3 класс.

Мы привыкли, что вода — это прозрачная жидкость без цвета и вкуса. Но она бывает и твёрдой, и газообразной. Лёд и снег — это тоже вода. А в воздухе всегда есть вода в виде пара.

Вода может быть в трёх состояниях: жидком, газообразном (пар, туман) и твёрдом (лёд, снег, град, иней).

Состояние воды зависит от температуры. Если на улице тепло, то вода жидкая. На морозе вода замерзает и превращается в лёд. А при нагревании она испаряется и становится водяным паром.

При этом изменяется расстояние между молекулами воды. В твёрдой воде молекулы располагаются совсем близко. В жидкой воде они дальше друг от друга, а в газообразной — совсем далеко.

Превращения воды

Превращение жидкой воды в лёд происходит при температуре ниже \(0\) градусов. Это замерзание.

Лёд начинает таять, если температура выше \(0\) градусов. Происходит таяние льда.

Превращение жидкой воды в пар — это испарение. Испарение происходит при любой температуре, а полностью вода становится газообразной, если температура выше \(100\) градусов.

Водяной пар превращается в жидкую воду при температуре ниже \(100\) градусов. Процесс называется конденсация.

Особые свойства льда

Обыч­но твёр­дые ве­ще­ства тя­же­лее, чем те же ве­ще­ства в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, ку­со­чек воска тонет в рас­плав­лен­ном воске. Лёд не тонет в воде. Если бро­сить ку­со­чек льда в  воду, он будет пла­вать на по­верх­но­сти.

При замерзании вода ведёт себя не так, как другие вещества.  Если воду охлаждать, то она начинает сжиматься. Но как только температура воды становится ниже \(0\) градусов, всё изменяется. При замерзании вода опять расширяется. Лёд за­ни­ма­ет боль­ший объём, чем вода, и он легче воды.

Если стеклянную  бутылку с водой  оставить на морозе, то она лопается.  То же самое происходит и с водопроводными трубами. Если в них вода замёрзнет, то они разрываются. В сильные морозы из-за этого происходят аварии, и люди остаются без тепла и воды.

Вода расширяется или сжимается при нагревании? — Наука и Техника — Каталог статей

Вода реагирует, как и любое другое соединение, на изменение температуры, но аномалия возникает в узком диапазоне вокруг точки плавления, и это изменение имеет большое значение. Когда вы нагреваете лед, молекулы приобретают кинетическую энергию, и лед расширяется, пока не растает. Но как только весь лед превратился в воду, и температура снова начинает расти, расширение прекращается. Между 32 и 40 градусами по Фаренгейту (от 0 до 4 градусов по Цельсию), расплавленная вода фактически сжимается при повышении температуры. После 40 F (4 C) он снова начинает расширяться. Это явление делает лед менее плотным, чем вода вокруг него, поэтому лед плавает.

Расширение льда, воды и пара

Как твердое тело, лед может расширяться только линейно, что означает, что длина и ширина кубика льда может изменяться. Коэффициент линейного расширения для льда, который измеряет дробное изменение длины и ширины на градус Кельвина, является постоянной величиной 50 x 10-6 ÷ K. Это означает, что лед расширяется в одинаковом количестве с каждой степенью тепла, которую вы к нему добавляете.

Когда лед становится жидкой водой, он больше не имеет фиксированных линейных размеров, но имеет объем. Ученые используют другой тепловой коэффициент — коэффициент объемного расширения — чтобы измерить реакцию жидкой воды на температуру. Этот коэффициент, который измеряет дробные изменения объема на градус Кельвина, не является фиксированным. Он увеличивается с повышением температуры до тех пор, пока вода не закипит. Другими словами, жидкая вода расширяется с возрастающей скоростью при повышении температуры.

Когда вода превращается в пар, она расширяется по закону идеального газа: PV = nRT. Если давление (P) и количество молей пара (n) остаются постоянными, объем пара (V) линейно увеличивается с температурой (T). В этом уравнении R — постоянная, называемая постоянной идеального газа.

Критическая аномалия

В точке плавления вода демонстрирует характеристику, не имеющую других аналогов. Вместо того, чтобы продолжать расширяться в жидком состоянии, он сжимается, и его плотность увеличивается, пока не достигнет максимума при 40 F (4 C). От точки плавления до этой критической точки коэффициент расширения отрицателен, а в точке максимальной плотности коэффициент расширения равен 0. Если температура продолжает расти, коэффициент расширения снова становится положительным.

Если вы измените температурный градиент и охладите воду до точки замерзания, она начнет расширяться при 40 F (4 C) и продолжит расширяться до замерзания. Это причина, по которой водопроводные трубы лопаются в морозную погоду, и почему вы никогда не должны ставить стеклянную бутылку с водой в морозильник.

Предложена новая теория, объясняющая, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается

Японский физик Масакадзу Мацумото выдвинул теорию, которая объясняет, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается, вместо того чтобы расширяться. Согласно его модели, вода содержит микрообразования — «витриты», представляющие собой выпуклые пустотелые многогранники, в вершинах которых находятся молекулы воды, а ребрами служат водородные связи. При повышении температуры конкурируют между собой два явления: удлинение водородных связей между молекулами воды и деформация витритов, приводящая к уменьшению их полостей. В диапазоне температур от 0 до 3,98°C последнее явление доминирует над эффектом удлинения водородных связей, что в итоге и дает наблюдаемое сжатие воды. Экспериментального подтверждения модели Мацумото пока что нет — впрочем, как и других теорий, объясняющих сжатие воды.

В отличие от подавляющего большинства веществ, вода при нагревании способна уменьшать свой объем (рис. 1), то есть обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения. Впрочем, речь идет не обо всём температурном интервале, где вода существует в жидком состоянии, а лишь об узком участке  — от 0°C примерно до 4°C. При больших температурах вода, как и другие вещества, расширяется.

Между прочим, вода — не единственное вещество, имеющее свойство сжиматься при увеличении температуры (или расширяться при охлаждении). Подобным поведением могут «похвастать» еще висмут, галлий, кремний и сурьма. Тем не менее, в силу своей более сложной внутренней структуры, а также распространенности и важности в разнообразных процессах, именно вода приковывает внимание ученых (см. Продолжается изучение структуры воды, «Элементы», 09.10.2006).

Некоторое время назад общепринятой теорией, отвечающей на вопрос, почему вода увеличивает свой объем при понижении температуры (рис. 1), была модель смеси двух компонент — «нормальной» и «льдоподобной». Впервые эта теория была предложена в XIX веке Гарольдом Витингом и позднее была развита и усовершенствована многими учеными. Сравнительно недавно в рамках обнаруженного полиморфизма воды теория Витинга была переосмыслена. Отныне считается, что в переохлажденной воде существует два типа льдообразных нанодоменов: области, похожие на аморфный лед высокой и низкой плотности. Нагревание переохлажденной воды приводит к плавлению этих наноструктур и к появлению двух видов воды: с большей и меньшей плотностью. Хитрая температурная конкуренция между двумя «сортами» образовавшейся воды и порождает немонотонную зависимость плотности от температуры. Однако пока эта теория не подтверждена экспериментально.

С приведенным объяснением нужно быть осторожным. Не случайно здесь говорится лишь о структурах, которые напоминают аморфный лед. Дело в том, что наноскопические области аморфного льда и его макроскопические аналоги обладают разными физическими параметрами.

Японский физик Масакадзу Мацумото решил найти объяснение обсуждаемого здесь эффекта «с нуля», отбросив теорию двухкомпонентной смеси. Используя компьютерное моделирование, он рассмотрел физические свойства воды в широком диапазоне температур — от 200 до 360 К при нулевом давлении, чтобы в молекулярном масштабе выяснить истинные причины расширения воды при ее охлаждении. Его статья в журнале Physical Review Letters так и называется: Why Does Water Expand When It Cools? («Почему вода при охлаждении расширяется?»).

Изначально автор статьи задался вопросом: что влияет на коэффициент теплового расширения воды? Мацумото считает, что для этого достаточно выяснить влияние всего трех факторов: 1) изменения длины водородных связей между молекулами воды, 2) топологического индекса — числа связей на одну молекулу воды и 3) отклонения величины угла между связями от равновесного значения (углового искажения).

Перед тем как рассказать о результатах, полученных японским физиком, сделаем важные замечания и разъяснения по поводу вышеупомянутых трех факторов. Прежде всего, привычная химическая формула воды H₂O соответствует лишь парообразному ее состоянию. В жидкой форме молекулы воды посредством водородной связи объединяются в группы (H₂O)_x, где x — количество молекул. Наиболее энергетически выгодно объединение из пяти молекул воды (x = 5) с четырьмя водородными связями, в котором связи образуют равновесный, так называемый тетраэдральный угол, равный 109,47 градуса (см. рис. 2).

Проанализировав зависимость длины водородной связи между молекулами воды от температуры, Мацумото пришел к ожидаемому выводу: рост температуры рождает линейное удлинение водородных связей. А это, в свою очередь, приводит к увеличению объема воды, то есть к ее расширению. Сей факт противоречит наблюдаемым результатам, поэтому далее он рассмотрел влияние второго фактора. Как коэффициент теплового расширения зависит от топологического индекса?

Компьютерное моделирование дало следующий результат. При низких температурах наибольший объем воды в процентном отношении занимают кластеры воды, у которых на одну молекулу приходится 4 водородных связи (топологический индекс равен 4). Повышение температуры вызывает уменьшение количества ассоциатов с индексом 4, но при этом начинает возрастать число кластеров с индексами 3 и 5. Проведя численные расчеты, Мацумото обнаружил, что локальный объем кластеров с топологическим индексом 4 с повышением температуры практически не меняется, а изменение суммарного объема ассоциатов с индексами 3 и 5 при любой температуре взаимно компенсирует друг друга. Следовательно, изменение температуры не меняет общий объем воды, а значит, и топологический индекс никакого воздействия на сжатие воды при ее нагревании не оказывает.

Остается выяснить влияние углового искажения водородных связей. И вот здесь начинается самое интересное и важное. Как было сказано выше, молекулы воды стремятся объединиться так, чтобы угол между водородными связями был тетраэдральным. Однако тепловые колебания молекул воды и взаимодействия с другими молекулами, не входящими в кластер, не дают им этого сделать, отклоняя величину угла водородной связи от равновесного значения 109,47 градуса. Чтобы как-то количественно охарактеризовать этот процесс угловой деформации, Мацумото с коллегами, основываясь на своей предыдущей работе Topological building blocks of hydrogen bond network in water, опубликованной в 2007 году в Journal of Chemical Physics, выдвинули гипотезу о существовании в воде трехмерных микроструктур, напоминающих выпуклые полые многогранники. Позднее, в следующих публикациях, такие микроструктуры они назвали витритами (рис. 3). В них вершинами являются молекулы воды, роль ребер играют водородные связи, а угол между водородными связями — это угол между ребрами в витрите.

Согласно теории Мацумото, существует огромное разнообразие форм витритов, которые, как мозаичные элементы, составляют большую часть структуры воды и которые при этом равномерно заполняют весь ее объем.

Молекулы воды стремятся создать в витритах тетраэдральные углы, поскольку витриты должны обладать минимально возможной энергией. Однако из-за тепловых движений и локальных взаимодействий с другими витритами некоторые микроструктуры не обладают геометрией с тетраэдральными углами (или углами, близкими к этому значению). Они принимают такие структурно неравновесные конфигурации (не являющиеся для них самыми выгодными с энергетической точки зрения), которые позволяют всему «семейству» витритов в целом получить наименьшее значение энергии среди возможных. Такие витриты, то есть витриты, которые как бы приносят себя в жертву «общим энергетическим интересам», называются фрустрированными. Если у нефрустрированных витритов объем полости максимален при данной температуре, то фрустрированные витриты, напротив, обладают минимально возможным объемом.

Компьютерное моделирование, проведенное Мацумото, показало, что средний объем полостей витритов с ростом температуры линейным образом уменьшается. При этом фрустрированные витриты значительно уменьшают свой объем, тогда как объем полости нефрустрированных витритов почти не меняется.

Итак, сжатие воды при увеличении температуры вызвано двумя конкурирующими эффектами — удлинением водородных связей, которое приводит к увеличению объема воды, и уменьшением объема полостей фрустрированных витритов. На температурном отрезке от от 0 до 4°C последнее явление, как показали расчеты, преобладает, что в итоге и приводит к наблюдаемому сжатию воды при повышении температуры.

Осталось дождаться экспериментального подтверждения существования витритов и такого их поведения. Но это, увы, очень непростая задача.

Источник: Masakazu Matsumoto. Why Does Water Expand When It Cools? // Phys. Rev. Lett. 103, 017801 (2009).

Юрий Ерин

«Ее величество — вода». 5-й класс

Цели урока:

• расширить знания о воде, ее свойствах, значении воды, ввести понятия раствор, взвесь, значение растворов в природе и жизни человека;
• развить наблюдательность, мыслительную деятельность, воспитывать бережное отношение к воде.

Оборудование:

• химическая посуда для опытов,
• спиртовка,
• вещества для опытов,
• костюмы для капелек, к
• арточки для самостоятельной работы.

Ход урока

Здравствуйте, ребята! Сегодня наш урок посвящен воде и называется “Ее величество – вода”. На уроке мы расширим свои знания о воде, познакомимся с ее свойствами, а также водой как растворителем веществ. Узнаем, что такое раствор и, что такое взвесь.

Открываем тетради, в которых записываем тему урока “Ее величество – вода”.

Каждый человек пользуется водой для приготовления пищи и других бытовых нужд, для промышленных предприятий, для выращивания растений и животных. Что же такое вода расскажут нам капельки.

Капелька 1: Вода – вещество привычное и необычное. Ученые абсолютно правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода. Почти три четверти поверхности нашей планеты занято морями и океанами. Твердой водой - снегом и льдом — покрыто 20% суши. От воды зависит климат нашей планеты. Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный камень, если бы не вода. Нагреваясь вода забирает тепло, а остывая отлает его. От космического холода предохраняет Землю та вода, которая рассеяна в атмосфере – в облаках в виде пара.

Капелька 2: У воды много удивительных свойств, которые делают ее не похожей на все другие вещества. Но среди них есть одно необычное — это ее бессмертие. Примерно один миллиард тонн воды расходуется человечеством за сутки. Но общее количество воды не уменьшается. Сколько ее было миллионы лет назад, столько же ее и в наше время.

Капелька 3: Велика роль воды в жизни на Земле. Живые организмы нашей планеты приспособились ко всяким условиям: к полному мраку, к жаре и холоду. Но ни одно живое существо не может обходиться без воды. Все растения и животные содержат в себе воду, да и наше собственное тело на три четверти состоит из воды. Знаете ли вы, что при потере человеком 1 литра воды (это примерно 2% массы тела) появляется ощущение жажды. При потери 6-8% влаги человек впадает в полуобморочное состояние. Потеря 10% воды вызывает галлюцинации. А потеря более 12% человек погибает.

Учитель: Так что же такое вода? (Ответы детей) Вода – это химическое вещество, которое имеет свои свойства. В тетрадях записываем: Свойства воды.

С некоторыми свойствами воды вы уже знакомы. Давайте вспомним их, а поможет нам в этом наш учебник (работа с учебником).

Свойства воды:

• прозрачна;
• бесцветна;
• без вкуса и без запаха;
• текуча;
• может находиться в трех агрегатных состояниях;
• может переходить из одного агрегатного состояния в другое.

(Свойства воды записываются в тетрадь)

А теперь давайте познакомимся еще с некоторыми ее свойствами. В этом помогут нам опыты.

ОПЫТ 1:

Оборудование:

• 2 колбы с газоотводной трубкой,
• 2 кристаллизатора.

Вещества:

• вода,
• горячая вода,
• лед.

Посмотрим, что произойдет, если мы возьмем две одинаковые колбы с водой, уровень воды отметим меткой. Одну опустим в лед, а другую в горячую воду. Что происходит?

Мы наблюдаем, что в горячей воде, вода находящаяся в колбе поднимается выше метки, а в колбе, которую опускаем в лед, наоборот опускается.

Делаем вывод, что вода при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается.

Давайте посмотрим другой опыт.

ОПЫТ 2:

(Опыт демонстрируется учеником как выполненное домашнее задание)

Оборудование:

• стеклянная бутылка с пробкой.

Вещество:

Ученик: Я взял стеклянную бутылку, налил воды, плотно заткнул пробкой и вынес на мороз. Когда вода замерзла, бутылка лопнула и раскололась на куски. Это произошло потому, что при замерзании вода расширяется.

Однажды ученые поставили опыт, подобный этому, но вместо бутылки взяли чугунный шар, наполнили его водой, завинтили отверстия и поставили на сильный мороз. Вода, замерзая, разорвала шар. Так велика сила расширяющейся воды.

Учитель: Ребята, после демонстрации опытов какой можно сделать вывод? Какими свойствами наряду с теми которые мы записали обладает вода? (Ответы детей)

Давайте в своих тетрадях запишем свойства воды:

• вода при нагревании расширяется;
• вода при охлаждении сжимается;
• вода при замерзании расширяется.

Пришло время закрепить полученные на нашем уроке знания. Ответьте мне, пожалуйста, на вопросы:

1. Если в чайник или кастрюлю налить воду до краёв и начать нагревать, то через некоторое время вода начинает выплескиваться через край. Почему это происходит? (Вода при нагревании расширяется)
2. Почему садоводы перед наступлением зимы обязательно спускают воду с труб на садовом участке? (При замерзании вода расширяется и поэтому чтобы трубы не лопнули садоводы сливают воду)
3. Вода попадает в мельчайшие трещины скал, от чего горные породы разрушаются. С каким свойством воды это связанно? (Разрушение горных пород связано с расширением воды при замерзании)
4. Известно, что при длительном нагревании вода закипает. Температура кипения равна сто градусов. Кипящая вода используется в быту и на производстве. Где в природе можно встретить горячую воду? (В гейзерах).

Закрепив полученные знания мы следуем дальше, знакомясь с удивительным веществом природы – водой.

При нагревании и кипячении над водой поднимается пар – происходит испарение. Давайте в своих тетрадях запищим определение (работа с тетрадями).

Испарение – это превращение жидкой воды в газообразную.

Испарение происходит при любой температуре, но при более высокой испарение протекает более быстрее. Например: лужи после дождя высыхают и жарким летом и холодной осенью, но летом высыхают быстрее чем осенью.

ОПЫТ З:

(Опыт демонстрируется группой учеников как выполненное домашнее задание)

Оборудование: мерный стакан, 3 чашки, 4 одинаковых стакана.

Вещество:

Ученик: Мы взяли мерный стакан и отмерили в каждую чашку по 100 мл воды. Чашки с водой поставили одну на подоконник, другую на стол, третью возле батареи. На следующий день сравнили результаты. Взяли одинаковые стаканы в первый налили 100 мл воды (контроль), а в три остальные вылили воду из чашек. Сравниваем полученные результаты: вода из чашки стоявшей на подоконнике испарилась на одну треть, в чашке, которая стояла на столе — на половину, а чашка, стоящая у батареи была вообще сухая – вода испарилась полностью. Сделаем вывод: чем больше температура окружающей среды, тем испарение происходит быстрее.

Учитель: Со значением испарения в жизни человека и животных мы познакомимся на страницах учебника (работа с учебником).

Ответьте мне на вопросы для закрепления.

1. Что такое испарение воды? (Превращение жидкой воды в газообразную)
2. Как влияет температура и ветер на испарение воды? (Чем выше температура и сильнее ветер, тем испарение происходит быстрее)
3. Когда быстрее высохнет бельё: в ветреную или безветренную погоду? (В ветреную)

Посмотрим еще один опыт.

ОПЫТ 4:

Оборудование:

• спиртовка,
• штативы,
• колба с газоотводной трубкой,
• металлическая пластина.

Вещество:

Колбу с водой нагреваем на спиртовке так, чтобы вода закипела, к газоотводной трубке подносим холодную пластину. Пар оседает на пластине в виде капелек.

Вывод: происходит превращение газообразной воды в жидкую.

Этот процесс называется конденсация.

(В тетрадях записываем)

Конденсация – это превращение водяного пара в воду.

Где мы встречаемся с этим явлением? Узнаем из рассказа.

Ученик: С конденсацией водяного пара мы встречаемся в повседневной жизни. Летним вечером или ранним утром, когда воздух холоднее, выпадает роса. Это водяной пар, находящийся в воздухе, при охлаждении оседает на траве, листьях и других предметах в виде маленьких капелек воды. Облака также образуется в результате конденсации водяного пара. Поднимаясь над землей и водоемами в верхние, более холодные слои воздуха, этот пар и образует облака, состоящие из маленьких капелек воды. Если температура воздуха достаточна низкая, то капельки воды замерзают. Из таких облаков выпадает снег, а иногда и град.

Учитель: Спасибо за сообщение.

А сейчас давайте проведем не большую лабораторную работу. На столах у вас находиться все необходимое для работы: химическая посуда и вещества: вода, мел, соль.

Возьмите соль и растворите в воде. Что наблюдаете? (Соль растворилась). Мы получили раствор соли.

Это можно записать схематично так:

растворитель + растворимое вещество = раствор

вода + соль = раствор соли

А теперь возьмем мел, растворим его в воде и сравним с раствором соли. Что мы наблюдаем? (Раствор мела мутный). Профильтруем полученный раствор. Что наблюдаем? (Фильтрат прозрачный, а на фильтре остался осадок). Исходная жидкость называется взвесь.

Вывод:

• если частицы вещества не видимы в воде и вместе с водой проходят через фильтр, то такое вещество называют растворимым, а состояние раствором.
• если вещество плавает в воде, задерживается на фильтре, то это вещество не растворимое, а состояние взвесью.

Вода настолько уникальный растворитель, что имеет самое почтительное уважение.

Сегодня мы познакомились со свойствами воды. Теперь вы знаете, что вода при нагревании расширяется, при охлаждении сжимается, при замерзании расширяется. Вы также знает, что такое испарение и конденсация и какое значение они имеют, что такое раствор и взвесь. А теперь проверим, как вы усвоили новый материал.

Самостоятельная работа по карточкам

(Дописать нужные слова вместо точек)

1. Вода при нагревании …………………………………………………………..
2. Вода при охлаждении …………………………………………………………
3. Вода при замерзании ……………………………………………………….
4. Вода кипит при температуре …………………………………………………
5. Превращение жидкой воды в газообразную- это …………………………..
6. Превращение пара в воду- это ……………………………………………….
7. Что такое раствор? ………………………………………………………………
8. Как отличить раствор от взвеси? ………………………………………………..

Работы сдаем.

На этом наш урок закончен. Всем спасибо. До свидания.

Нагревание горячей водой — Справочник химика 21

    Коэффициент при нагревании горячей водой во много раз ниже, чем при нагревании конденсирующимся паром. Температура воды снижается вдоль поверхности обогрева, что ухудшает условия нагрева и затрудняет регулирование температуры. Указанные недостатки ограничивают применение воды как теплоносителя. [c.127]

    Нагревание горячей водой применяют значительно реже, чем водяным паром, хотя по своим теплотехническим свойствам вода почти не отличается от пара. Это объясняется тем, что для нагрева воды необходимы пар или дымовые газы, причем горячая вода должна иметь более высокую начальную температуру, чем пар, так как она охла—ждается в процессе нагревания, а пар отдает скрытую теплоту конденсации при постоянной температуре. Для обогрева применяют, главным образом, отработанную горячую воду или паровой конденсат. [c.298]

    Нагревание горячей водой [c.313]

    Автоклав снабжен рубашкой для нагревания горячей водой (50—60°С) и охлаждения холодной водой или рассолом с температурой —20°С. В верхней части автоклава имеется лопастная мешалка, которая приводится в движение от мотора через редуктор с переменным числом оборотов (до 120 в 1 мин). Мотор и редуктор смонтированы на крышке автоклава. [c.21]

    Коэффициенты теплоотдачи при нагревании горячей водой во много раз ниже, чем коэффициенты теплоотдачи от конденсирующего пара (см. стр. 199). Нагревание горячей водой сопровождается снижением ее температуры вдоль теплообменной поверхности, что затрудняет регулирование температуры и ухудшает равномерность обогрева. [c.214]

    Схема моментальной пастеризации показана на рис. 17. Пластинчатый пастеризатор состоит из четырех секций регенерации тепла, пастеризации (нагревания горячей водой), охлаждения холодной водой, охлаждения рассолом. Секции установлены на общей раме. Устройство их аналогично секциям пластинчатого охладителя (см. рис. 12). [c.215]

    Вместо нагревания горячей водой можно применить нагревание инфракрасными лучами (лампа мощностью 250 вт) регулируют [c.721]

    Вместо нагревания горячей водой можно применить нагревание инфракрасными лучами (лаадпа мощностью 250 вт) регулируют температуру нагревания, изменяя расстояние между лампой и колбой. [c.705]

    Warmversprodung f охрупчивание при нагреве красноломкость Warmversprodungsneigung f склонность к охрупчиванию при нагреве Warmwasserheizung f 1. нагревание горячей водой 2, установка для обогрева горячей водой 3. водяное отопление [c.218]

    Принцип действия термореле заключается в следующем латунная трубка от нагревания горячей водой удлиняется и тянет за собой инваровый стержень н упор, который поворачивает нижний рычаг до часовой стрелке, при этом верхний конец пружины отклоняется вправо, верхний рычаг поворачивается и размыкает контакт, который закреплен на верхнем рычаге. [c.382]

Факты о воде

Чистая вода — прозрачная жидкость без вкуса, цвета и запаха. Молекулярная масса воды равна 18,016 а.е.м. Молекула воды нелинейна, угол между связями H-О-H составляет 104°27′. Связи H-О ковалентные полярные, электронная плотность смещена к атому кислорода. Поэтому атом кислорода способен притягивать атом водорода соседней молекулы воды, образуя водородную связь. Из-за высокой полярности молекул вода является уникальным растворителем других полярных соединений.

Таким образом, каждая молекула воды может образовать четыре водородных связи — с участием двух несвязанных электронных пар атома кислорода и двух поляризованных атомов водорода. 
Многие свойства воды аномальны, что как раз и вызвано особенностями строения молекулы воды.. Так, вода имеет наибольшую теплоемкость среди жидкостей – 4,1868 кДж/кг, что почти вдвое превышает таковую растительных масел, ацетона, фенола, глицерина, спирта, парафина; и она в 10 раз больше, чем у железа. У воды от 0оС до 37оС градусов теплоемкость снижается, а с 37оС градусов и выше – растет. Получается, что легче всего она нагревается и быстрее всего охлаждается при температуре 37оС градусов.

Эта особенность пока не объяснена, как утверждает академик А. М. Черняев, однако совпадение с нормальной температурой здорового человека (36,6оС –37,0оС) невольно наводит на размышления. Предположим, если бы вода не обладала этим удивительным качеством, что бы произошло с человеком, состоящим в большем объеме из воды. Тогда бы просто столь высокоорганизованная система не была защищена от воздействия высоких температур. Вряд ли целебные свойства бани-сауны были бы здесь уместны. Уже при 42оС градусах белок необратимо разрушается. Остается только восхищаться, что вода снабдила человека наилучшим режимом теплового саморегулирования.

Аномально изменяется и плотность воды при нагревании-охлаждении. При понижении температуры от 100оС до 3,98оС вода непрерывно сокращается в объеме, и ее плотность составляет порядка 1 г/мл. Но после пересечения границы 3,98оС наступает обратное явление. При кристаллизации плотность резко уменьшается и для льда составляет 0,91 г/мл. Таким образом, единица объема воды при 3,98оС весит больше, чем при 0оС. При охлаждении ниже четырех градусов образуется лед, он всплывает, но под ним всегда остается вода. Создается некий термос жизнеобеспечения. Не обладай этим свойством вода, все естественные хранилища воды промерзли бы, и все живое исчезло.

Вода обладает самым высоким поверхностным натяжением среди всех жидкостей (за исключением ртути).

Вода — слабый электролит и диссоциирует в очень малой степени. Поэтому дистиллированная вода не проводит электрического тока.

Относительная диэлектрическая постоянная воды равна 80 — это очень высокая величина, чем и объясняется ее способность быть универсальным растворителем.

Природная вода всегда представляет собой раствор различных химических соединений, большей частью солей. В воде, кроме различных солей, растворены также и газы. Современными методами анализа в морской воде найдено две трети химических элементов таблицы Менделеева и, надо полагать, с ростом технических возможностей остальная треть будет обнаружена.

Вода разлагает соли на отдельные ионы. При этом образующиеся ионы могут соединяться с водой в более сложные группы, находящиеся в состоянии диссоциации. Так как молекулы воды являются диполями, то они неизбежно присоединяются к другим частичкам, несущим электрический заряд, и образуют более сложные группы, изменяя структуру воды.

Жесткость воды определяется присутствием в воде солей кальция и магния. При нагревании такой воды на стенках сосуда выделяется осадок. Дождевая вода является наиболее мягкой. Жесткую воду смягчают кипячением или добавлением химических реагентов. Вода является одной из причин коррозии.

Все вышеперечисленные экстраординарные свойства воды наводят на мысль о том, что жидкая вода имеет упорядоченную структуру, благодаря чему воду может нести информацию.

Вода, обработанная магнитным полем, значительно меняет свою биологическую активность. Мало того, «магнитная» вода в некоторых случаях способствует лечению болезней, ран и т.д.

Определенное изменение физических свойств воды происходит под воздействием внешних полей. Известны экспериментальные данные о странном влиянии электрического поля, которое увеличивает скорость испарения воды. Под действием ультразвука уменьшается ее вязкость. Свежесконденсированная вода обладает повышенной плотностью. Интересно и то, что после снятия действия внешних полей вода какое-то время сохраняет вызванные ими аномальные свойства. Эту способность некоторые ученые называют «структурной памятью» воды. Интереснейшее явление, еще до конца не изученное…

Особыми свойствами обладает вода в переходных состояниях, например, при таянии льда. Многим доводилось видеть, как ранней весной среди тающих сугробов появляются проталины, на которых в считанные сутки вырастают растения. Здесь таится немало удивительного, и самое главное – поражает необыкновенно быстрый рост этих растений благодаря талой воде, ускоряющей биологические процессы в растительных организмах.

А найденная в высокогорных озерах Гималаев вода, по предварительным исследованиям, способна лечить людей от диабета, ревматизма, полиартрита и даже от рака. Также в Гималаях был обнаружен феномен Сомати, механизм которого основан на переходе воды, находящейся в организме, в пока неизвестное науке четвертое агрегатное состояние.

Более того, как утверждают участники экспедиции, им удалось на основе опытов выяснить, что вода способна передавать информацию. Правда, о механизме накопления и передачи информации водой ученые пока предпочитают умолчать.

Однако все более распространенной становится идея о круговороте воды через информационные поля человечества: в любой момент времени 0,005% от общего запаса воды участвует в процессе круговорота воды. Капля воды примерно в течение 9 дней движется в воздухе и «считывает» информацию полей человечества. Когда она выпадает в виде осадков – может задержаться в леднике на 40 лет, в озере – на 100 лет, в земле – от 200 до 10 000 лет. Молекула воды может оставаться в океане 40 000 лет до того, как опять вступит в круговорот, но, в конце концов, каждая капля воды на Земле проходит полный цикл круговорота в природе, записывая и сохраняя в себе определенное количество информации.

| Введение в химию

Цель обучения

• Обсудите кривую нагрева воды.

Ключевые моменты

• Кривая нагрева графически представляет фазовые переходы, которым подвергается вещество при добавлении к нему тепла.
• Плато на кривой отмечают фазовые изменения. Температура остается постоянной во время этих фазовых переходов.
• Вода имеет высокую температуру кипения из-за сильных водородных связей между молекулами воды; он одновременно является донором и акцептором сильной водородной связи.
• Первое изменение фазы — таяние, во время которого температура не меняется, а вода тает. Второе изменение фазы — кипение, так как при переходе в газ температура не меняется.

Условия

• водородная связь Сильная межмолекулярная связь , в которой атом водорода в одной молекуле притягивается к сильно электроотрицательному атому (обычно азоту или кислороду) в другой молекуле.
• удельная теплоемкость Количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г вещества на 1 градус Цельсия.

Как и многие вещества, вода может существовать в различных фазах вещества: жидкой, твердой и газовой. Кривая нагрева показывает, как изменяется температура, когда вещество нагревается с постоянной скоростью.

Построение кривой нагрева

Температура откладывается по оси ординат, а по оси абсцисс отложено добавленное тепло. Предполагается постоянная скорость нагрева, так что ось абсцисс также можно рассматривать как количество времени, которое проходит, когда вещество нагревается.На измеренной кривой есть два основных наблюдения:

• регионов, где температура повышается при добавлении тепла
• плато, где температура остается постоянной.

Именно на этих плато происходит фазовый переход.

Анализ кривой нагрева

Если смотреть слева направо на график, можно увидеть пять отдельных частей кривой нагрева:

1. Твердый лед нагревается, и температура повышается до тех пор, пока не будет достигнута нормальная точка замерзания / плавления, равная нулю градусов Цельсия.Количество добавленного тепла, q , можно рассчитать следующим образом: [латекс] q = m \ cdot C_ {H_2O (s)} \ cdot \ Delta T [/ latex], где m — масса пробы воды. , C — удельная теплоемкость твердой воды, или льда, а [latex] \ Delta T [/ latex] — это изменение температуры во время процесса.
2. Первая фаза — таяние; при плавлении вещества температура не меняется. Для воды это происходит при 0 ^o C. Вышеприведенное уравнение (описанное в части 1 кривой) нельзя использовать для этой части кривой, потому что изменение температуры равно нулю! Вместо этого используйте тепла fusion ([latex] \ Delta H_ {fusion} [/ latex]), чтобы вычислить, сколько тепла было вовлечено в этот процесс: [latex] q = m \ cdot \ Delta H_ {fusion } [/ latex], где м масса пробы воды.
3. После того, как все твердое вещество превратилось в жидкость, температура жидкости начинает повышаться по мере поглощения тепла. Затем можно рассчитать тепло, поглощаемое: [латексом] q = m \ cdot C_ {H_2O (l)} \ cdot \ Delta T [/ latex]. Обратите внимание, что удельная теплоемкость жидкой воды отличается от теплоемкости льда.
4. Жидкость закипит, когда раствор поглотит достаточно тепла, чтобы температура достигла точки кипения, где снова температура остается постоянной, пока вся жидкость не станет газообразной водой.При атмосферном давлении 1 атм этот фазовый переход происходит при температуре 100 ^o C (нормальная температура кипения воды). Жидкая вода становится водяным паром или паром, когда переходит в газовую фазу. Используйте тепла испарения ([латекс] \ Delta H_ {vap} [/ latex]), чтобы вычислить, сколько тепла было поглощено в этом процессе: [латекс] q = m \ cdot C_ {H_2O (g)} \ cdot \ Delta T [/ latex], где м — масса пробы воды.
5. После того, как вся жидкость будет преобразована в газ, температура будет продолжать повышаться по мере добавления тепла.Опять же, добавленное тепло, которое приводит к определенному изменению температуры, определяется следующим образом: [латекс] q = m \ cdot C_ {H_2O (g)} \ cdot \ Delta T [/ latex]. Обратите внимание, что удельная теплоемкость газообразной воды отличается от теплоемкости льда или жидкой воды.
6. Вода имеет высокую температуру кипения из-за наличия обширных взаимодействий водородных связей между молекулами воды в жидкой фазе (вода является одновременно донором и акцептором водородных связей). Когда тепло впервые применяется к воде, она должна разорвать межмолекулярные водородные связи в образце.После разрыва связей тепло поглощается и преобразуется в увеличенную кинетическую энергию молекул для их испарения.

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Все, что вы когда-либо хотели знать (и даже больше!) О кипящей воде

Все мы слышали выражение: «Он такой плохой повар, что не умеет даже кипятить воду.«Но как часто вы на самом деле думаете о скрытых сложностях, связанных с тем, чтобы бросить горшок с водой на конфорку?

Ранее на этой неделе, написав более 7000 слов на тему кипятка, я обнаружил, что средняя длина моих сообщений Food Lab прямо пропорциональна моей талии до третьего знака после запятой. К сожалению для вас, мои читатели, и для моей жены, которая вынуждена смотреть на меня каждый день, и то, и другое расширяется с довольно тревожной скоростью. Вместо того, чтобы подвергать вас ужасам часового чтения на простейшую кухонную тему, вот моя попытка самостоятельного редактирования до более разумной, но все же тщательной попытки.Давай начнем.

Вверх, вверх и в сторону

Перво-наперво: что именно кипит ? Техническое определение — это то, что происходит, когда давление пара жидкости больше или равно атмосферному давлению.

«Шлюзы открываются, и молекулы воды быстро переходят из жидкого состояния в газообразное».

По сути, даже если молекулы жидкой воды имеют тенденцию любить друг друга и слипаться, дают им достаточно энергии (в виде тепла), и они становятся настолько гиперактивными, что будут пытаться подпрыгнуть и улететь в атмосферу.В то же время молекулы воздуха (в основном азота и кислорода) натыкаются на поверхность воды, пытаясь удержать маленьких парней в узде. При разумных температурах воздух довольно хорошо удерживает воду под контролем, позволяя лишь нескольким молекулам подпрыгивать и удаляться. Но если дать достаточно тепла, внешнее давление водяного пара, пытающегося уйти, превысит давление воздуха, прижимающего его. Шлюзы открываются, и молекулы воды быстро переходят из жидкого состояния в газообразное.

Ах, сладкий запах свободы, говорят они.

Это преобразование жидкой воды в водяной пар (пар) — это то, что вы видите, когда смотрите на кастрюлю с кипящей водой.

Как мы все знаем, для чистой воды при стандартном давлении (давление воздуха на уровне моря) температура, при которой это происходит, составляет 212 ° F (100 ° C). Но что может повлиять на эту температуру и что все это значит для вашей готовки?

Давайте разберемся.

Колчан, Колчан, Пузырь и Варка

Рецепты часто требуют таких вещей, как «варить на медленном огне», «трясти» и «варить», но не содержат подробных технических определений.Вот краткий график того, что происходит, когда вы доводите кастрюлю до кипения:

• От 140 до 170 ° F: Начало фазы «колчана». На этом этапе крошечные пузырьки водяного пара будут формироваться на участках зародышеобразования (подробнее об этом позже) вдоль дна и по бокам поддона. Они не будут достаточно большими, чтобы на самом деле прыгнуть и подняться на поверхность воды, хотя их образование заставит верхнюю поверхность немного вибрировать, отсюда и «колчан». Диапазон температур от 140 до 170 ° F идеально подходит для бережного обжаривания мяса, рыбы и яиц (около 160 ° F является стандартным, если вы не хотите часами ждать, пока приготовятся белки)
• От 170 до 195 ° F: Под кипячением.Пузырьки с боков и со дна горшка начали подниматься на поверхность. Обычно вы видите несколько струйок крошечных пузырьков, похожих на шампанское, поднимающихся со дна кастрюли. Однако по большей части жидкость все еще относительно неподвижна. Это температурный диапазон, который вам нужен при приготовлении бульона или при медленном приготовлении нежных тушеных и тушеных блюд. Гораздо ниже, и их приготовление займет слишком много времени. Гораздо выше, и вы рискуете высушить мясо.
• От 195 до 212 ° F: Кипение на полном медленном огне.Пузырьки вырывают поверхность кастрюли регулярно и со всех точек, а не только из нескольких отдельных струй, как при медленном кипячении. Это температура, которую следует использовать при использовании пароварки над водой, плавлении шоколада или приготовлении таких вещей, как голландский в пароварке.
• 212 ° F: Полное кипение. Вы знаете, что делать. Бланширование овощей, приготовление макарон (традиционный способ, а не наш новый улучшенный способ), бросание через врагов и т. Д.

Высота и точка кипения

Пару лет назад я был в гостях у своих будущих родственников в Боготе, Колумбия.Намереваясь продемонстрировать, насколько сытой будет их дочь на моем попечении, я решил проснуться очень рано, чтобы приготовить завтрак для всей семьи. Манго было свежевыжатым, кофейные зерна были тщательно отобраны и обжарены вручную, свежее молоко было аккуратно взято из спелого вымени, а pandebono хрустели в духовке.

Когда все было в порядке и мои хозяева уселись за кухонный стол, я осторожно сунул полдюжины свежесложенных huevos в кастрюлю с водой, нагретой до легкого дрожания, и подождал, пока они превратятся в нежные яйца-пашот — это преобразование я ». я успешно проделал сотни, если не тысячи раз.

Конечно, на этот раз ничего не произошло, и мы ели омлет.

Проблема в том, что из-за силы тяжести, чем выше вы поднимаетесь, тем меньше молекул воздуха в данном пространстве — воздух менее плотный. Более низкая плотность означает более низкое атмосферное давление. Более низкое атмосферное давление означает, что молекулам воды требуется меньше энергии для выхода в воздух. Все это означает, что все, что происходит с нашей драгоценной водной шкалой на уровне моря, происходит при гораздо более низких температурах на больших высотах.

Например, в Боготе, которая находится на высоте 8000 футов над уровнем моря, вода, которая, как мне кажется, имеет температуру около 165 ° F, на самом деле на 14-15 градусов холоднее. Фактически, если подняться достаточно высоко, становится почти невозможным приготовление яиц — вода закипает задолго до того, как будет достигнута соответствующая температура браконьерства).

На этом графике показана температура кипения воды при подъеме на большую высоту.

Этот эффект высоты может нанести вред рецептам.Фасоль готовится неправильно. Паста никогда не размягчается. Рагу тушится дольше. Блины могут подниматься и сдуваться, и это лишь некоторые из них. Поднимитесь достаточно высоко, и вы даже не сможете приготовить овощи, которые необходимо нагреть как минимум до 183 ° F, чтобы они распались.

Для некоторых из этих проблем, особенно тушеного мяса, сушеных бобов и корнеплодов, скороварка может быть спасением. Он работает, создавая паронепроницаемую изоляцию вокруг вашей еды. Когда вода внутри нагревается и превращается в пар, давление внутри кастрюли увеличивается (потому что пар занимает больше места, чем вода).Это повышенное давление предотвращает закипание воды, позволяя довести ее до гораздо более высокой температуры, чем на открытом воздухе. Большинство скороварок позволяют готовить при температуре от 240 до 250 ° F (122 ° C), независимо от того, на какой высоте вы находитесь. Вот почему скороварки так популярны в Андах — ни один уважающий себя колумбийский дом не обходится без нее.

Что касается других эффектов высоты (яйца пашот, блины и т. Д.), К сожалению, нет твердых и быстрых решений, которые можно было бы применить повсеместно.Иногда лучшее, что вы можете сделать, это похлопать своих склонных к возвышению друзей по спине и сказать: «Не повезло. Возможно, в следующий раз вы не будете так думать о себе очень ».

Холодные краны, ранее замороженная вода и другие мифы

Давайте немного отвлечемся, чтобы развеять несколько распространенных мифов о кипячении воды.

• Холодная вода закипает быстрее горячей. Ложь. В этом нет никакого смысла, потому что это совершенно не соответствует действительности и действительно очень легко доказать.Удивительно, что оно сохраняется. Однако есть веская причина использовать для готовки холодную воду вместо горячей: горячая вода будет содержать больше растворенных минералов из ваших труб, что может придать вашей пище неприятный запах, особенно если вы сильно уменьшите количество воды.
• Замороженная или кипяченая вода закипает быстрее. Ложь. У этого есть немного более научное обоснование. Кипящая или замерзающая вода удаляет растворенные газы (в основном кислород), что может незначительно повлиять на температуру кипения.Настолько незначительный, что ни мой таймер, ни градусник не могли обнаружить никакой разницы.
• Соль повышает температуру кипения воды. Верно … вроде того. Растворенные твердые вещества, такие как соль и сахар фактически увеличивают температуру кипения воды, заставляя ее закипать медленнее, но эффект минимален (количество, обычно используемое для приготовления пищи, изменяется менее чем на 1 градус) . Чтобы это имело какое-либо существенное значение, вам нужно добавлять его в действительно огромных количествах.Так что по большей части вы можете игнорировать это.
• Горшок под присмотром никогда не закипает. Верно. Кроме того, моя собака не очень милая.
• Спирт при варке полностью выкипает. Ложь. В этом есть смысл. Вода закипает при температуре 212 ° F, а спирт — при температуре около 173 ° F, так что наверняка спирт полностью испарится еще до того, как вы сделаете вмятину в воде, верно? Неа. Даже после трех часов кипячения в рагу останутся добрые 5% алкоголя.Готовьте его с закрытой крышкой, и это число возрастает до десяти раз. Для большинства людей недостаточно выпивки, но трезвенник может иметь в виду кое-что.

О соли и нуклеации

«Но ждать!» Я слышу, как ты плачешь. «Я сам это видел: бросьте горсть соли в кастрюлю с почти кипящей водой, и она внезапно и быстро закипит. Неужели соль оказывает существенное влияние на температуру кипения?»

Добавление горсти соли в кипящую или кипящую воду, конечно, выглядит как , чтобы она быстро закипела.Это происходит из-за мелочей, называемых центрами зародышеобразования, которые, по сути, являются местом рождения пузырей. Для образования пузырьков пара в объеме воды должна быть какая-то неравномерность — подойдут микроскопические царапины на внутренней поверхности кастрюли, а также крошечные частицы пыли или поры деревянной ложки. Горстка соли быстро вводит тысяч центров зародышеобразования, облегчая образование и выход пузырьков.

Вы когда-нибудь замечали, как в бокале шампанского пузыри поднимаются отдельными потоками из отдельных точек? Можно поспорить, что прямо в этот момент есть микроскопическая царапина или частица пыли.

В гораздо большем масштабе целые галактики образовались, когда материя начала собираться в гравитационных колодцах, изначально образованных крошечными местами зарождения в ранней Вселенной. Это ставит ученых в тупик (если до Большого взрыва ничего не было, то что же тогда это были за первичные места зарождения?). Но это ни здесь, ни там (а может, и везде?)

Модель Вселенной в кастрюле с кипящей водой. Да здравствует это, да?

Микроволны

«Микроволны используют этот факт, испуская волны, которые заставляют молекулы воды быстро вращаться взад и вперед.«

Как мы знаем, вода состоит из отдельных молекул (каждая с двумя атомами водорода и атомом кислорода; h3O). Чем быстрее движутся эти молекулы, тем выше температура воды. Эти молекулы обладают магнитным зарядом, а это означает, что на них действует электромагнитное излучение (которое, кстати, не так гнусно, как кажется — свет, который вы видите глазами, и тепло, которое вы чувствуете на своей коже). обе формы электромагнитного излучения). Микроволны используют этот факт, испуская волны, которые заставляют молекулы воды быстро перемещаться вперед и назад.Это движение, в свою очередь, нагревает вашу пищу.

Поскольку микроволны позволяют так мало энергии теряться во внешнюю среду (как, например, газовая горелка нагревает комнату), они чрезвычайно эффективны при нагревании воды. Они отлично подходят для быстрого кипячения воды, не нагревая квартиру. Электрический чайник также чрезвычайно эффективен в этом отношении.

«Это называется перегревом, и это действительно так круто, как кажется».

Но нужно помнить об одном.Это называется перегревом, и это действительно так круто, как кажется. Нагрейте воду в безупречном контейнере с минимальными помехами (например, в микроволновой печи), а из-за отсутствия точек зародышеобразования ее можно нагреть намного выше точки кипения, даже не доводя до кипения.

Как только появляется некоторая турбулентность — например, небольшое колебание вращающегося подноса — пузыри лопаются, разливая горячую воду по всей внутренней части вашей микроволновой печи. Этого не происходит на плите, поскольку нагревание снизу кастрюли создает множество конвекционных потоков (движение, которое происходит между относительно горячими и прохладными областями жидкости или газа).

Это очень похоже на мою жену, которая будет тихо подавлять крошечные раздражения до тех пор, пока малейшее беспокойство не вызовет у нее тотальную ярость. В обоих случаях результаты не очень хороши. Лучше всего избежать этих жестоких последствий, прокомментировав, как красиво сегодня выглядят ваши водные волосы, или воткнув деревянную ложку в жену перед тем, как ее разогреть в микроволновке.

Возьми укрытие

Вот интересный. Скажем, я готовлю тушеное мясо в духовке. Я поставил туда свою тяжелую голландскую духовку, установил умеренную температуру 275 градусов и ушел.В конце концов, вода должна закипеть на 212 градусов, верно?

Вообще-то, нет. Из-за охлаждающего эффекта испарения (этим молекулам воды требуется значительное количество энергии, чтобы прыгнуть с поверхности жидкости — энергия, которую они крадут у самой жидкости, охлаждая ее), открытый горшок с тушеным мясом в 275 температура духовки будет составлять около 185 градусов. Хорошие новости для вас, потому что это как раз в оптимальной температурной зоне тушения до кипения.

Однако закройте крышку, и вы уменьшите количество испарения, которое происходит.Меньшее испарение означает более высокую максимальную температуру. В моем быстром домашнем тесте, когда я закрывала кастрюлю с крышкой, температура в кастрюле повышалась почти на 25 градусов!

По этой причине я обычно тушу или тушу при слегка приоткрытой крышке. Это позволяет испаряться достаточно, чтобы поддерживать низкую температуру, но не настолько, чтобы верхняя поверхность тушеного мяса обезвоживалась или подрумянивалась.

Уловки для вечеринки

Популярная викторина: у меня две одинаковые сковороды. В одной горелке поддерживается температура 300 ° F, а в другой — 400 ° F.Затем я добавляю пол унции воды в каждую кастрюлю и измеряю, сколько времени нужно, чтобы вода испарилась. Насколько быстрее вода в кастрюле на 400 ° F испаряется, чем в кастрюле на 300 ° F?

• А . Примерно в десять раз быстрее.
• Б . По ставке 4/3.
• С . Почти с той же скоростью.
• Д . «Ничего из вышеперечисленного» и «на самом деле прямо противоположно тому, чего вы ожидаете, потому что вселенная наслаждается запутанным».

Ты понял.Вода в поддоне с температурой 400 ° F фактически испарится на больше, чем на . Фактически, когда я проводил этот самый тест дома, для испарения воды в горячей кастрюле потребовалось почти в десять раз . Кажется, это противоречит почти всему, что мы узнали до сих пор, не так ли? Я имею в виду, что более горячая сковорода = больше энергии, а больше энергии = более быстрое испарение, верно?

Принцип был впервые обнаружен Иоганном Готтлобом Лейденфростом, немецким врачом 18 века. Эпическая крутизна его наблюдательности может сравниться только с эпической крутизной его прически.Оказывается, если вы дадите капле воды на кастрюлю достаточно энергии, пар, который она произведет, будет выдавливаться с такой силой, что на самом деле поднимет каплю воды с поверхности кастрюли. Больше не находится в прямом контакте с кастрюлей и не изолирована этим слоем пара, передача энергии между кастрюлей и водой становится совершенно неэффективной, поэтому воде требуется много времени для испарения.

Такой эффект может быть весьма кстати на кухне.

Во время нагревания капните на сковороду каплю воды.Если он остается на поверхности и быстро испаряется, температура вашей сковороды ниже 350 ° F или около того — неоптимальная температура для большинства тушений и обжаривания. Если, с другой стороны, сковорода достаточно горячая, чтобы проявился эффект Лейденфроста, вода будет образовывать отчетливые капли, которые скользят по поверхности металла, и требуется некоторое время, чтобы испариться. Поздравляем: ваша сковорода достаточно горячая, чтобы в ней можно было готовить.

Налейте холодное молоко в кастрюлю и медленно нагрейте, в конечном итоге на дне кастрюли останется слой подрумяненных белков.Но предварительно нагрейте кастрюлю перед добавлением молока, и эффект Лейденфроста предотвратит прямой контакт молока с кастрюлей во время начальной фазы нагрева, эффективно предотвращая пригорание молока.

Еще круче: вы можете налить небольшое количество жидкого азота на язык, чтобы не повредить. Газообразный азот, испаряющийся из очень холодной жидкости, образует защитный слой, изолирующий ваш язык. Я не рекомендую, пробовать его дома.

Так. Подводя итог: на самом деле все настолько просто или сложно, насколько вы хотите. Вы можете беспокоиться обо всем этом, или вы можете просто вытащить забавные факты в непринужденной беседе, когда вы хотите показаться умным, и продолжать просто бросать кастрюлю на плиту, когда вы действительно готовите. В большинстве случаев все идет хорошо.

Думаю, мне удалось охватить все основы, но, пожалуйста, не стесняйтесь отвечать на любые дополнительные вопросы по этой увлекательной теме в комментариях!

3 распространенных проблемы с водонагревателем, из-за которых горячая вода становится недостаточно горячей | Водопроводчик в Атланте

Ваш водонагреватель не работает?

По нашему опыту, наиболее частыми причинами этой проблемы являются:

• Сломанная погружная трубка
• Накопление отложений в баке горячей воды
• Неисправность системы отопления

Но сломанная погружная трубка оставляет воду наверху резервуара. Выход водонагревателя в ваш дом также находится в верхней части резервуара.

Таким образом, сломанная погружная трубка может означать, что холодная вода поступает в трубы горячего водоснабжения вашего дома до того, как будет должным образом нагрета.

Вода, которая поступает в бак водонагревателя, часто содержит растворенные минералы, а также небольшое количество песка и другого мусора.Пока вода накапливается и нагревается водонагревателем, этот мусор оседает на дно резервуара.

Многие горелки водонагревателя находятся на дне бака. Таким образом, накопление мусора может сделать водонагреватель менее эффективным для нагрева воды, что приведет к получению теплой воды.

Связано: действительно ли мой бак водонагревателя нужно промывать регулярно?

Водонагреватель выходит из строя чаще всего в следующих точках:

• Термовыключатель
• Термостат
• Нагревательный элемент

10 насадок для водонагревателей | Как сэкономить деньги и энергию

Хотите сэкономить на счетах за отопление воды? На водонагреватели приходится около 18% ваших общих счетов за электроэнергию.Узнайте, как сделать дом более эффективным. Наличие горячей воды в нашем доме — это то, что большинство из нас считает само собой разумеющимся. Но если бы его когда-нибудь отняли, мы бы буквально почувствовали холод. Горячий душ, чистая посуда, чистая одежда и другие удобства, связанные с горячей водой, являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Но знаете ли вы, что горячая вода — это второй по величине расход энергии в доме? Обычно на него приходится около 18% счета за коммунальные услуги (Министерство энергетики США).

Источник: энергетика.gov

Поскольку горячая вода является важным компонентом нашей повседневной жизни, эти факты не обязательно удивительны. Тем не менее, они предполагают, что переоценка использования и обслуживания может сэкономить среднему дому немало денег. Этот протекающий кран может показаться несущественным, но он может привести к потере галлонов воды впустую — и существенно «сточить» ваш ежемесячный счет.

Ниже приведены несколько советов по экономии денег на нагрев воды (многие из которых поддерживаются energy.gov), которые определенно помогут снизить эти большие счета за отопление воды.

Хотя многие производители устанавливают термостаты своих водонагревателей на 140 ° F, в большинстве типичных домашних хозяйств температура 120 ° F удобна. Попытайтесь принять душ после того, как отрегулируете настройку. маловероятно, что вы заметите существенную разницу в температуре. Это небольшое сокращение не только снижает расходы, но и снижает вероятность ожогов и замедляет накопление минералов и коррозию в нагревателе и трубах.

Изоляция резервуара для хранения (электрического, природного газа или масла) помогает снизить потери тепла и предотвращает частое включение устройства.Будьте внимательны и следуйте рекомендациям производителя, которые включают , а не , закрывающие термостат нагревателя, горелку, а также верхнюю и нижнюю части. Обратитесь к местному водопроводчику за помощью в изоляции резервуара с горячей водой.

Тепловые ловушки пропускают холодную воду в бак, но предотвращают вытекание нагретой воды и нежелательную конвекцию из устройства. Большинство современных водонагревателей имеют встроенные тепловые ловушки. Но если вашему устройству больше 10 лет (и он находится в хорошем состоянии), установка теплового уловителя — приемлемый вариант.За дополнительной информацией обращайтесь к своему профессиональному сантехнику.

Хотя это может показаться очевидным советом, использование холодной воды для большинства загрузок белья (особенно во время цикла полоскания) и для основного ухода (чистка зубов, мытье рук и т. Д.) Будет иметь большое значение для сокращения ваших счетов за коммунальные услуги. . Холодная вода также полезна для здоровья и хорошего самочувствия.

Протекающий кран может показаться незначительной неприятностью, но он может потратить впустую воду и деньги за очень короткий период времени.Немедленно отремонтируйте любой протекающий кран (не забудьте также проверить наружные краны). Знаете ли вы, что в 10% домов протекает водопровод, из-за которого в день тратится более 90 галлонов (epa.gov)!

Узнайте, как найти главный водяной клапан и проверить его на предмет утечек.

Узнайте больше об устранении утечек в трубах.

Рекомендуется сливать воду из водонагревателя примерно раз в год. Слив из бака помогает удалить осадок, который может препятствовать теплопередаче и в конечном итоге снизить эффективность установки.Хотя это относительно простая процедура, всегда следуйте инструкциям производителя. В случае сомнений вызовите специалиста, который поможет с обслуживанием водонагревателя.

Традиционный бак водонагревателя всегда работает, что является пустой тратой электроэнергии. Установка таймера для выключения обогревателя на ночь — отличный способ помочь сберечь энергию и продлить срок службы устройства на годы. Для получения дополнительной информации о таймерах водонагревателя позвоните своему местному сантехнику.

В дополнение к изоляции самого бака, подумайте о добавлении изоляции к первым 6 футам труб горячей и холодной воды, подключенных к устройству. Это предотвратит опасность возгорания и поможет сохранить тепло, так что вашей системе не придется так много работать, чтобы разогреть ее.

Если вашей посудомоечной или стиральной машине более 10 лет, вы можете подумать о ее замене на новую, более энергоэффективную модель.На рынке есть много новых конструкций (включая модели ENERGY STAR®), которые потребляют меньше воды и намного более эффективны, чем те, что были на рынке даже десять лет назад.

Рекомендуется заменить водонагреватель, если ему больше 10 лет. Старый водонагреватель не только неэффективен, но и может нанести непоправимый ущерб в случае протечки или взрыва.

Когда мне следует заменять водонагреватель?

Если вы думаете о замене водонагревателя, вам доступно множество различных вариантов, в том числе безбаковый нагрев воды.Нагревая воду только тогда, когда она вам нужна, безрезервуарный водонагреватель может сэкономить вам 70-80 долларов в год, что в сумме составляет более 20 лет его срока службы.

В этой инфографике по водонагревателю, подготовленной Министерством энергетики США, изложено все, что вам нужно знать о вариантах замены водонагревателя, а также даны некоторые советы по снижению затрат на нагрев воды:

Источник: energy.gov

Не продолжайте выбрасывать деньги на ветер из-за дорогих счетов за отопление воды.Следуйте этим советам и экономьте воду и электроэнергию, контролируя при этом свои счета за коммунальные услуги.

Узнайте больше о защите вашего водонагревателя.

Water Heating — обзор

Горячая вода и перекачивание воды

Нагревание и транспортировка воды и других жидкостей требует использования энергии для повышения температуры воды, компенсации тепловых потерь из трубопроводов и резервуаров, для повышения давления жидкостей и для преодоления сопротивления потоку жидкости трубопроводов.Есть эмоции, связанные с каждым из этих требований к энергии.

Водяное отопление . Энергия, необходимая для повышения температуры воды (или другой жидкости), равна

[11,7] Ein = mcp (Tf − Ti) / ηJ

, где

Ein = подводимая энергия, Дж

m = масса, кг

cp = удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж / кг K

Tf = конечная температура, K

Ti = начальная температура, K

η = эффективность система отопления

Это также можно выразить как скорость в Дж / с, используя массовый расход в кг / с.

Следовательно, для данного количества воды основные возможности экономии энергии в процессе нагрева воды заключаются в повышении эффективности технологии нагрева или снижении требуемого повышения температуры. Существует несколько видов технологических достижений, которые обеспечивают более эффективный нагрев воды, включая конденсационные котлы, водонагреватели с тепловым насосом, солнечные водонагреватели или водонагреватели без резервуаров. Также могут быть возможности снизить повышение температуры за счет использования утилизации отходящего тепла для предварительного нагрева питательной воды или только для нагрева воды до температуры, абсолютно необходимой для данного применения.

Водонагреватели варьируются от небольших накопителей емкостью 50 галлонов, используемых в жилых домах, до больших систем, работающих на котлах, используемых в коммерческих учреждениях и в промышленности. Сегодня для жилых и небольших коммерческих помещений доступны безрезервуарные водонагреватели с расходом до 10 галлонов в минуту. Бесконтактные водонагреватели имеют функцию «мгновенного включения», которая позволяет избежать потерь в режиме ожидания, типичных для агрегатов с накопительными баками (см. Рисунок 11.6).

Рисунок 11.6. Бесконтактный водонагреватель.

Пример .Ресторан морепродуктов использовал горячую воду для уборки, туалетов и для подогрева воды, используемой в больших чайниках на 60 и 80 галлонов. (Предварительно нагретая вода нагревается до температуры кипения быстрее, что важно в час пик.) Обычный водонагреватель на 150 галлонов оказался ненадежным, поэтому в ресторане были установлены три блока без резервуаров. Двое обслуживали ресторан, а один был посвящен большим чайникам на кухне. В других ресторанах экономия газа при использовании безбаквальных водонагревателей достигает 40–50% по сравнению с устройствами хранения.

При рассмотрении системы горячего водоснабжения в целом также важно снизить потери. Потери из-за теплопередачи в окружающую среду можно уменьшить, выполнив следующие действия:

•

Уменьшите настройки термостата (что также снижает энергию, необходимую для нагрева воды).

•

Закройте открытые резервуары.

•

Изолируйте резервуары и трубы.

Основным источником потерь в системах горячего водоснабжения являются резервные потери, которые возникают, когда резервуары постоянно поддерживаются при повышенных температурах или они плохо изолированы.В водонагревателях должна поддерживаться минимально необходимая температура. Понижение температуры воды на 5–6 ° C снизит годовые затраты на топливо на 4–5%. Для небольших приложений рассмотрите возможность приобретения высококачественных устройств с дополнительной изоляцией и анодной защитой для предотвращения коррозии резервуара. Также доступны «куртки» или «одеяла» водонагревателя для уменьшения потерь тепла в существующих системах. Кроме того, изолируйте все трубы с горячей водой, чтобы предотвратить потерю тепла, и установите изолирующие крышки на все открытые резервуары, содержащие горячую воду (или другие жидкости), чтобы предотвратить потери тепла и жидкости.Дополнительные преимущества предотвращения этих типов тепловых потерь в кондиционируемых помещениях — снижение нагрузки на оборудование HVAC и повышение комфорта и безопасности пассажиров.

Как отмечалось ранее, рекуперация тепла — еще один полезный метод, который можно использовать в промышленности. Отработанное технологическое тепло (например, охлаждающая вода холодильного компрессора) часто можно использовать для нагрева или предварительного нагрева воды.

Водяной насос . Мощность, необходимая для перемещения несжимаемой жидкости через систему трубопроводов, определяется выражением

Мощность накачки = (массовый расход) (работа на единицу массы).

Это можно записать как

[11,8] pp = m˙ (ΔP / ρi) Вт

, где

pp = мощность накачки, Вт

m˙ = массовый расход, кг / s

ΔP = падение давления в системе, Н / м ²

ρi = плотность жидкости на входе в насос, кг / м ³

Или, в более удобной форме, мощность, затрачиваемая на перекачка жидкости связана с перекачиваемым объемом:

[11.9] pp = V˙ΔPW

, где теперь

V˙ = откачиваемый объем, м ³ / с.

Мы также вывели уравнение 11.9 в главе 8, используя концепцию напора , разработанного насосом (см. Уравнение 8.4).

Падение давления зависит от системы (трубы, каналы, отверстия, изгибы и т. Д.) И должно определяться для каждого случая. В случае круглых труб это определяется следующим уравнением:

[11.10] ΔP = fρ¯v2L2DeN / m2

, где

f = коэффициент трения, безразмерный

ρ¯ = средняя плотность, кг / м ³

v = скорость, м / с

L = длина трубы, м

De = диаметр трубы, м

Потери при изгибах, расширениях и сжатиях, и клапаны и фитинги аналогичным образом пропорциональны квадрату скорости.

Для несжимаемых жидкостей объемный расход V˙ связан со скоростью v соотношением

[11,11] V˙ = Avm3 / s

, где

A = площадь, м ²

решая

[11.12] v2 = V˙2 / A2m2 / s2

Подставляя эти результаты в уравнение для мощности накачки, получаем

[11.13] pp = V˙3fρ¯L2A2DeW

Это очень важно и фундаментальный результат. Это указывает на то, что после фиксированного размера трубы мощность, необходимая для перекачивания, увеличивается как куб объемного расхода.Практическое значение состоит в том, что если расход уменьшится на на 20%, мощность откачки уменьшится вдвое . И наоборот, при фиксированной скорости потока мощность откачки уменьшается пропорционально пятой степени диаметра.

Для широкого диапазона чисел Рейнольдса f = 0,022 для чистой трубы из технической стали. Это справедливо как для американских / британских единиц, так и для единиц СИ, поскольку f — это безразмерное отношение, имеющее единицы длины / длины. Если используются американские / британские единицы, коэффициент перевода ( г = 32.2 фут / с ² ) необходимо вставить в знаменатель уравнения мощности накачки.

Падение давления для полных трубопроводных систем требует определения потерь во всех компонентах. Этот анализ легче всего выполнить с помощью компьютерных имитационных моделей. В качестве альтернативы справочники предоставляют данные, которые преобразуют гидравлическое сопротивление типичных трубопроводных фитингов в эквивалентные длины трубы.

Основная насосная система EMO можно резюмировать следующим образом:

•

Уменьшите давление в системе.

•

Уменьшите потери на трение (увеличьте размер трубы, исключите редукционные клапаны).

•

Устраните утечки.

•

Используйте резервуары для хранения или аккумулятор, чтобы насосы можно было отключить. неполный рабочий день или в непиковое время.

•

По возможности эксплуатируйте насосы с полной нагрузкой.

•

Рассмотрите возможность установки насосов с регулируемой скоростью.

•

Обслуживание насосных систем.

•

Рециркулируйте или повторно используйте воду.

Обычной практикой является подача воды под давлением, необходимым для выдерживания максимальной нагрузки давления. Альтернативный подход, который иногда позволяет экономить энергию, — это подача воды под давлением, необходимое для большей части нагрузки, и установка подкачивающих насосов для нагрузок с высоким давлением.

Дополнительные ресурсы по управлению энергопотреблением для насосных систем см. На веб-странице Министерства энергетики США: http://www.energy.gov / eere / amo / pump-systems.

Энергоэффективность отопительной воды

Обзор учителя

Сводка

Ученики используют горелку Бунзена, микроволновую печь и электрическую плиту, чтобы определить, какой прибор нагревает воду наиболее эффективно. Студенты выполняют подробные расчеты, чтобы подтвердить свои выводы.

Объектив

Ученики будут использовать наблюдения для расчета энергоэффективности различных методов отопления.

Безопасность

• Убедитесь, что вы и ученики носите правильно подогнанные очки.
• Проверьте безопасное использование горелок Бунзена или плиток. Будьте осторожны с учащимися при обращении с горячей водой
  , чтобы избежать ожогов.
• Метан (природный газ) легко воспламеняется. При смешивании с воздухом в определенных пропорциях он может стать взрывоопасным. Избегайте возникновения искр или пламени при сборе газа. Метан токсичен при вдыхании. Работайте в хорошо проветриваемом помещении.

Материалы для каждой группы