Много метали и сплави, нагрети до високи температури, стават пластични. Желязо, стомана, мед, алуминий, магнезий, месинг, алуминиево-железен бронз, дуралуминий и някои други метали и сплави при нагряване придобиват способността да коват и променят формата си без разрушаване. Други метали и сплави, например, сив чугун, калай бронз, цинкови сплави в горещо състояние не придобиват способността да се деформират, когато се удрят и притискат, стават крехки и се разрушават. За желязо и стомана обикновено колкото по-висока е температурата на нагряване, толкова по-висока е пластичността. Така например за стомана, нагрята до. 950 °, силата на коване ще е необходима 2,2 пъти повече, отколкото за стомана, нагрята до 1200 °, а за стомана, нагрята до 700 °, силата ще е необходима 4,5 пъти повече.
Между другото, подобряването на пластичността се отнася до температури на нагряване над 600 °, тоест когато в стоманата започват да се случват вътрешни трансформации, които ще бъдат разгледани подробно по-късно. При нагряване от стайна температура, тоест от 15 ° до 600 °, якостта на стоманата не се променя по същия начин, а именно: до температура от 300 °, якостта на опън на въглеродната стомана се увеличава и само при нагряване над 300 ° започва да намалява. Хо, получавайки повишена якост на опън при температура от около 300 °, стоманата при тези температури става крехка и придобива, както се казва, синя крехкост.
При температури, близки до 600 °, якостта на опън на стоманата намалява много рязко. Така че, ако вземем обикновена въглеродна стомана от клас 45, тогава нейната крайна якост пада от 60 kg / mm2 при 15 ° до 25 kg / mm2 при 600 °, тоест повече от два пъти. При температури над 600 ° намаляването на якостта на опън е по-бавно, но все пак много значително. Така че, при температура от 700 °, стоманата от клас 45 има якост на опън от 15 kg / mm2; при 1000 ° -5,5 kg / mm2; при 1200 ° - 2,5 kg / mm2; при 1300 ° - 2,0 kg / mm2. По този начин здравината на стоманата, нагрята до температура 1200-1300 °, в сравнение със студената стомана, намалява приблизително 25-30 пъти.
При нагряване на цветни метали и сплави се наблюдава подобна картина. Единствената разлика е, че тъй като те имат точка на топене по-ниска от стоманата, тогава всичките им критични температури се изместват надолу. Например, когато се нагрява до 800 °, здравината на медта намалява 6-7 пъти, силата на алуминия при нагряване до 600 ° намалява 30-35 пъти.
Така нагрятите метали стават 25-35 пъти по-слаби. Следователно, в нагрято състояние, те изискват приблизително същото количество усилия и консумация на енергия за тяхната деформация.
Ако стоманата се нагрее още повече, тоест до още по-висока температура - над 1300 °, тогава зърната стават много груби и може да започне бързото им топене. Това често се възпрепятства от самата пещ, която не може да осигури температурата, необходима за стопяване на стоманата - повече от 1400 ° Когато зърната или кристалите започнат да се топят, кислородът от въздуха ще проникне в междукристалното пространство, образувайки крехък филм от железни оксиди върху зърнени лица. Металът започва да се срутва първо на повърхността, а след това разрушаването прониква в дълбочината на детайла. Това е изгаряне на стомана. За да предотвратите изгарянето, което е непоправим дефект, трябва да знаете точно каква е най-високата температура, която може да даде пещта, и да се уверите, че при тази температура детайлите се нагряват само за предписаното кратко време.
С промяна в структурата се променят и механичните свойства на метала. Колкото по-големи са зърната, толкова по-ниска е якостта на стоманата и не само поради собствения й метал, но и поради междукристалното пространство, в което се намират различни, по-малко издръжливи неметални материали, например сяра и фосфор, които се топят при ниски температури. Нагретият метал с уголемени кристали се разтяга по-лесно и следователно се изисква по-малко сила за компресия.
Характерно за преобладаващата част от веществата е да се разширяват при нагряване. Което е доста лесно да се обясни от гледна точка на механичната теория на топлината. Според нея при нагряване атомите и молекулите на дадено вещество започват да се движат по-бързо. В твърдите тела вибрациите на атомите достигат по-голяма амплитуда и се нуждаят от повече свободно пространство. В резултат на това тялото се разширява.
Същият процес протича с течности и газове. Тоест, поради повишаване на температурата, скоростта на топлинно движение на свободните молекули се увеличава и тялото се разширява. При охлаждане тялото се компресира съответно. Това важи за почти всички вещества. С изключение на водата.
При охлаждане в диапазона от 0 до 4 ° C водата се разширява. И се свива - при нагряване. Когато температурата на водата достигне 4 ° C, в този момент водата има максимална плътност, която е 1000 kg / m3. Ако температурата е под или над този знак, тогава плътността винаги е малко по-малка.
Поради това свойство, когато температурата на въздуха спадне през есента и зимата, в дълбоките водни тела протича интересен процес. Когато водата изстине, тя потъва на дъното, но само докато температурата й стане + 4 ° C. Поради тази причина в големите водни басейни по-студената вода е по-близо до повърхността, а по-топлата вода потъва на дъното. Така че, когато повърхността на водата замръзне през зимата, по-дълбоките слоеве продължават да поддържат температура от 4 ° C. Благодарение на този момент рибите могат спокойно да зимуват в дълбините на покритите с лед водоеми.
Влияние на водната експанзия върху климата
Изключителните свойства на водата при нагряване оказват сериозно влияние върху климата на Земята, тъй като около 79% от повърхността на нашата планета е покрита с вода. Благодарение на слънчевите лъчи се нагряват горните слоеве, които след това потъват отдолу, а на тяхно място са студени слоеве. Те също от своя страна постепенно се нагряват и потъват по-близо до дъното.По този начин слоевете вода се сменят постоянно, което води до равномерно нагряване до достигане на температурата, съответстваща на максималната плътност. След това, когато се затопли, горните слоеве стават по-малко плътни и вече не потъват надолу, а остават отгоре и просто постепенно стават по-топли. Благодарение на този процес огромни слоеве вода се затоплят доста лесно от слънчевите лъчи.
Обемът на тялото е пряко свързан с междуатомното или междумолекулното разстояние на веществото. Съответно увеличаването на обема се дължи на увеличаването на тези разстояния поради различни фактори. Отоплението е един такъв фактор.
Ще имаш нужда
- Учебник по физика, лист хартия, молив.
Инструкции
Прочетете в учебник как са подредени вещества с различни агрегатни състояния. Както знаете, едно агрегатно състояние на материята се различава от друго по очевидни външни разлики, например, като твърдост, течливост, маса или обем. Ако погледнете вътре във всеки от видовете вещества, ще забележите, че разликата се изразява в междуатомни или междумолекулни разстояния.
Моля, имайте предвид, че масата на определен обем газ винаги е по-малка от масата на същия, а това от своя страна винаги е по-малко от масата на твърдо вещество. Това предполага, че броят на частиците материя, които се побират на единица обем, е много по-малък в газовете, отколкото в течностите, и дори по-малко, отколкото в твърдите тела. В противен случай можем да кажем, че концентрацията на частици от по-твърди вещества винаги е по-висока от тази на по-малко твърди вещества, по-специално в течни или газообразни. Това означава, че твърдите тела имат в структурата си по-плътна опаковка от атоми, по-малко разстояние между частиците, отколкото, да речем, течности или газове.
Помислете какво се случва с металите, когато се нагряват. Те се топят и стават течни. Тоест металите стават течности. Ако проведете експеримент, ще забележите, че при разтопяване обемът на металното вещество се увеличава. Не забравяйте също какво се случва с водата, когато се нагрее и след това се вари. Водата се превръща в пара, която е газообразното състояние на водата. Известно е, че обемът на парата е много по-голям от обема на първоначалната течност. По този начин, когато телата се нагряват, междуатомното или междумолекулното разстояние се увеличава, което се потвърждава от експерименти.
Колкото по-висока става температурата, толкова по-активно се движат молекулите на веществото (каквото и да е то - газ, течност или твърдо вещество). Всички молекули са в постоянно движение, освен ако температурата не падне до минус 273 ° C. Тази температура, която се нарича абсолютна нула, се достига, когато цялото движение на молекулите спре напълно.Ако в зимна вечер, в лют слана, извадите чаша вряла вода, чаша със загрят до същата температура пясък и голямо буре с топла вода навън, след известно време ще видите, че пясъкът ще изстине първо до 0 ° C, след това водата в чашата ще замръзне и ледът ще се появи последен на цевта. Скоростта на охлаждане, освен температурата, се влияе и от размера на обекта.
Ако загреете съд с лед, температурата няма да се повиши над нулата, докато целият лед не се разтопи. Ледът се топи при температура от 0 ° C, при същата температура водата започва да замръзва.
Понякога, излизайки от къщата, си мислите, че навън е топло, но след като се разхождате известно време, разбирате, че всъщност е доста студено. Ако слезете в мазето в горещ летен ден, ще изглежда, че там е много студено, въпреки че температурата там е плюс 2СГС. Човешките сетива не са най-добрият метод за измерване на температурата.
Вземете три чаши в кухнята и налейте гореща, но не гореща вода в едната, топла вода в другата и студена вода в третата. Сега слагаме пръста на лявата ръка в гореща вода, а десния пръст в студена вода. Струва си да изчакате пръстите ви да свикнат с температурата на водата, в която са потопени. Сега в същото време извадете пръстите си от чашите и ги поставете в чаша с топла вода. Оказва се, че пръстът, който беше в гореща вода, стана студен, а пръстът от студена вода, напротив, се затопли в топла вода.
Температурата на топлата вода може да се измери точно с термометър и нашите усещания са силно зависими от условията, в които сме били преди експеримента.
Повечето термометри работят въз основа на простото свойство на веществото да се разширява при нагряване и да се свива при охлаждане.
Експерименти с вода с различни температури
nii В първия термометър обикновеният въздух беше взет като разширяващо се и свиващо се вещество. Галилей е изобретил този термометър. Това устройство представляваше обърната колба с въздух, спусната от шията в съд с вода. Устройството беше неточно, тъй като показанията на термометъра зависеха от променливото време, а именно от атмосферното налягане. Но това също беше важна стъпка напред. Термометърът на Галилей направи възможно измерването на температурата на пациент с треска. Така за първи път беше инсталиран термометър.
В следващите модели термометри вместо въздух започнаха да използват оцветена течност. Но дори и тези устройства не работеха добре, защото течността се изпаряваше. В действителност термометрите влязоха в човешкия живот, когато един от учениците на Галилей се досетил да запоява тръба с течност.
Термометър Галилео. Рисунка от ръкопис
Има различни термометри за различни цели. Повечето термометри, които могат да се намерят в дома на човек, съдържат алкохол или живак. Алкохолът замръзва при минус 112 ° C и кипи при плюс 72 ° C. Това прави алкохола удобен за външни термометри.
ров. Живакът замръзва при минус 39 ° C, така че живачните термометри не могат да се използват в райони с много ниски температури, но кипи при 357 °, поради което е много удобен за измерване на високи температури. Ето как са проектирани химическите и технически термометри за измерване на високи температури.
Медицинските термометри също използват живак, което ги прави по-точни. За да не падне живакът в термометъра, докато лекарят поднася термометъра към очите си, дупката в долната част на термометъра, близо до топчето, е много малка. Следователно, за да принудите живака да премине през него, преди да измерите телесната температура, трябва да разклатите термометъра.
Някои от най-точните термометри са газовите термометри. Те ви позволяват да измервате температура от абсолютна нула до една и половина хиляди градуса.
Теми на кодификатора USE: промяна в агрегатното състояние на материята, топене и кристализация, изпаряване и кондензация, кипене на течност, промяна в енергията във фазовите преходи.
Лед, вода и водна пара са примери за три агрегатни състояниявещества: твърди, течни и газообразни. В какъв вид агрегатно състояние се намира дадено вещество зависи от неговата температура и други външни условия, в които се намира.
Когато външните условия се променят (например, ако вътрешната енергия на тялото се увеличава или намалява в резултат на нагряване или охлаждане), могат да възникнат фазови преходи - промени в агрегатните състояния на веществото на тялото. Ще ни интересува следното фазови преходи.
Топене(твърда течност) и кристализация(течността е твърдо вещество).
Генериране на пара(течни пари) и кондензация(парна течност).
Топене и кристализация
Повечето твърди вещества са кристална, т.е. имат кристална решетка- строго определено, периодично повтарящо се подреждане на неговите частици в пространството.
Частици (атоми или молекули) на кристално твърдо вещество извършват термични вибрации близо до фиксирани равновесни позиции - възликристална решетка.
Например, възлите на кристалната решетка на готварската сол са върховете на кубични клетки от "триизмерна карирана хартия" (виж Фиг. 1, на която по-големите топки означават хлорни атоми (изображение от en.wikipedia.org.)) ; ако се остави водата да се изпари от солния разтвор, останалата сол ще бъде купчина малки кубчета.
Ориз. 1. Кристална решетка
Чрез топенесе нарича превръщане на кристално твърдо вещество в течност. Можете да разтопите всяко тяло - за това трябва да го затоплите точка на топене, което зависи само от веществото на тялото, но не и от неговата форма или размер. Точката на топене на дадено вещество може да се определи от таблици.
Напротив, ако охладите течност, рано или късно тя ще премине в твърдо състояние. Превръщането на течност в кристално твърдо вещество се нарича кристализацияили втвърдяване... По този начин топенето и кристализацията са взаимно обратни процеси.
Температурата, при която течността кристализира, се нарича температура на кристализация... Оказва се, че температурата на кристализация е равна на температурата на топене: при тази температура могат да възникнат и двата процеса. И така, когато ледът се стопи и водата кристализира; Какво точновъзниква във всеки конкретен случай - зависи от външните условия (например дали топлината се подава към веществото или се отстранява от него).
Как протича топенето и кристализацията? Какъв е техният механизъм? За да разберем същността на тези процеси, нека разгледаме графиките на зависимостта на телесната температура от времето по време на нагряване и охлаждане - така наречените графики на топене и кристализация.
График на топене
Да започнем с графиката на топенето (фиг. 2). Нека в началния момент от времето (точката на графиката) тялото е кристално и има определена температура.
Ориз. 2. График на топене
Тогава към тялото започва да се подава топлина (да речем, тялото е поставено в топилна пещ), а температурата на тялото се повишава до стойност - точката на топене на даденото вещество. Това е част от графиката.
На мястото тялото получава количеството топлина
където е специфичният топлинен капацитет на твърдо вещество, е телесната маса.
Когато се достигне точката на топене (в точка), ситуацията се променя качествено. Въпреки факта, че топлината продължава да се доставя, телесната температура остава непроменена. На сайта има топенетяло - постепенното му преминаване от твърдо състояние в течно. Вътре в сайта имаме смес от твърдо и течно, и колкото по-близо до точката, толкова по-малко твърдо вещество остава и толкова повече течност се появява. И накрая, в точката от първоначалното твърдо вещество не беше останало нищо: то напълно се превърна в течност.
Площта съответства на по-нататъшното нагряване на течността (или, както се казва, стопи се). В тази област течността абсорбира количеството топлина
където е специфичната топлина на течността.
Но сега най-много се интересуваме от раздела за фазов преход. Защо температурата на сместа не се променя в тази област? Топлината е предоставена!
Да се върнем към началото на процеса на нагряване. Повишаването на температурата на твърдо вещество в секция е резултат от увеличаване на интензитета на трептенията на неговите частици в възлите на кристалната решетка: подадената топлина се използва за увеличаване кинетичененергия на частиците на тялото (всъщност част от подадената топлина се изразходва за извършване на работа за увеличаване на средното разстояние между частиците – както знаем, телата се разширяват при нагряване. Тази част обаче е толкова малка, че може да се пренебрегне.).
Кристалната решетка се губи все повече и повече и при температурата на топене диапазонът на трептенията достига пределната стойност, при която силите на привличане между частиците все още са в състояние да осигурят подреденото им разположение една спрямо друга. Твърдото вещество започва да се "пука по шевовете", а по-нататъшното нагряване разрушава кристалната решетка - така започва топенето на мястото.
От този момент нататък цялата подадена топлина отива на работа за разрушаване на връзките, които държат частиците във възлите на кристалната решетка, т.е. увеличавам потенциаленергии на частиците. В този случай кинетичната енергия на частиците остава същата, така че телесната температура не се променя. В този момент кристалната структура изчезва напълно, няма какво повече да се разрушава, а подадената топлина отново се използва за увеличаване на кинетичната енергия на частиците - за нагряване на стопилката.
Специфична топлина на топене
Така че, за превръщането на твърдо вещество в течност, не е достатъчно да го доведете до точката на топене. Необходимо е допълнително (вече при точката на топене) да се придаде определено количество топлина на тялото за пълното разрушаване на кристалната решетка (т.е. за преминаването на секцията).
Това количество топлина се използва за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействието на частиците. Следователно вътрешната енергия на стопилката в дадена точка е по-голяма от вътрешната енергия на твърдо вещество в дадена точка с известно количество.
Опитът показва, че стойността е право пропорционална на телесното тегло:
Коефициентът на пропорционалност не зависи от формата и размера на тялото и е характеристика на веществото. Нарича се специфична топлина на топене на дадено вещество... Специфичната топлина на топене на това вещество може да се намери в таблиците.
Специфичната топлина на топене е числено равна на количеството топлина, необходимо за превръщане в течност на един килограм от дадено кристално вещество, доведено до точката на топене.
И така, специфичната топлина на топене на леда е равна на kJ / kg, олово - kJ / kg. Виждаме, че е необходима почти пъти повече енергия, за да се разруши кристалната решетка на леда! Ледът принадлежи към вещества с висока специфична топлина на топене и следователно не се топи веднага през пролетта (природата е взела свои мерки: ако ледът имаше същата специфична топлина на топене като оловото, цялата маса от лед и сняг ще се стопи с първо размразяване, наводняване на всичко наоколо).
График на кристализация
Сега да преминем към разглеждането кристализация- обратният процес на топене. Започваме от точката на предишния чертеж. Да предположим, че в момента нагряването на стопилката е спряло (печката е била изключена и стопилката е била изложена на въздух). Допълнителни промени в температурата на стопилка са показани на фиг. (3).
Ориз. 3. График на кристализация
Течността се охлажда (сечение), докато нейната температура достигне температурата на кристализация, която съвпада с точката на топене.
От този момент нататък температурата на стопилката престава да се променя, въпреки че топлината все още излиза от нея в околната среда. На сайта има кристализациястопяване - постепенното му преминаване в твърдо състояние. Вътре в обекта отново имаме смес от твърда и течна фаза и колкото по-близо до точката, толкова по-твърдо става и толкова по-малко течност.Накрая в точката течността изобщо не остава - тя е кристализирала напълно.
Следващият раздел съответства на по-нататъшно охлаждане на твърдото вещество, което е възникнало в резултат на кристализация.
Отново се интересуваме от секцията на фазовия преход: защо температурата остава непроменена, въпреки загубата на топлина?
Отново обратно към въпроса. След спиране на подаването на топлина температурата на стопилката намалява, тъй като нейните частици постепенно губят кинетична енергия в резултат на сблъсъци с молекули на околната среда и излъчване на електромагнитни вълни.
Когато температурата на стопилката падне до температурата на кристализация (точката), нейните частици ще се забавят толкова много, че силите на привличане ще могат да ги „разгънат” правилно и да им придадат строго определена взаимна ориентация в пространството. Това ще създаде условия за нуклеация на кристална решетка и тя всъщност ще започне да се образува поради по-нататъшното изтичане на енергия от стопилката в околното пространство.
В същото време ще започне обратен процес на освобождаване на енергия: когато частиците заемат местата си в възлите на кристалната решетка, тяхната потенциална енергия рязко намалява, поради което кинетичната им енергия се увеличава - кристализиращата течност е източник на топлина (често можете да видите птици да седят на ледената дупка. Там се затоплят!) ... Топлината, отделена по време на кристализация, точно компенсира топлинните загуби към околната среда и следователно температурата в зоната не се променя.
В този момент стопилката изчезва и заедно със завършването на кристализацията изчезва и този вътрешен "генератор" на топлина. Поради продължаващото разсейване на енергията във външната среда, понижаването на температурата ще се възобнови, но образуваното твърдо тяло (област) само ще се охлади.
Както показва опитът, по време на кристализация в района, точно същотоколичеството топлина, което се абсорбира по време на топенето на обекта.
Изпаряване и кондензация
Генериране на парае преходът на течност в газообразно състояние (в пара). Има два метода за изпаряване: изпаряване и кипене.
Изпаряваненаречено изпаряване, което се случва при всяка температура от свободна повърхносттечности. Както си спомняте от листа "Наситени пари", причината за изпарението е изпускането от течността на най-бързите молекули, които са в състояние да преодолеят силите на междумолекулното привличане. Тези молекули образуват пара над повърхността на течността.
Различните течности се изпаряват с различна скорост: колкото по-големи са силите на привличане на молекулите една към друга, толкова по-малък е броят на молекулите за единица време ще могат да ги преодолеят и да излетят, и толкова по-ниска е скоростта на изпаряване. Етер, ацетон, алкохол (те понякога се наричат летливи течности) се изпаряват бързо, водата се изпарява по-бавно, маслото и живакът се изпаряват много по-бавно от водата.
Скоростта на изпаряване нараства с повишаване на температурата (при топлина прането ще изсъхне по-бързо), тъй като средната кинетична енергия на течните молекули се увеличава и по този начин се увеличава броят на бързите молекули, способни да напуснат нейните граници.
Скоростта на изпаряване зависи от повърхността на течността: колкото по-голяма е площта, толкова повече молекули получават достъп до повърхността и изпаряването е по-бързо (поради което внимателно се изправя при окачване на прането).
Едновременно с изпаряването се наблюдава и обратният процес: молекулите на парите, извършвайки произволно движение над повърхността на течността, частично се връщат обратно в течността. Превръщането на парата в течност се нарича кондензация.
Кондензацията забавя изпарението на течността. Така че на сух въздух прането ще изсъхне по-бързо, отколкото във влажен въздух. Ще изсъхне по-бързо на вятъра: парата се отнася от вятъра, а изпарението е по-интензивно
В някои ситуации скоростта на кондензация може да бъде равна на скоростта на изпаряване. Тогава и двата процеса се компенсират взаимно и се установява динамично равновесие: от плътно затворена бутилка течността не се изпарява с години и в този случай има наситена пара.
Постоянно наблюдаваме кондензацията на водни пари в атмосферата под формата на облаци, дъждове и роса, падащи сутрин; именно изпарението и кондензацията осигуряват кръговрата на водата в природата, поддържайки живота на Земята.
Тъй като изпарението е напускането на най-бързите молекули от течността, средната кинетична енергия на течните молекули намалява по време на процеса на изпаряване, т.е. течността се охлажда. Добре сте наясно с усещането за прохлада и понякога дори студ (особено при вятъра), когато напускате водата: водата, изпаряваща се по цялата повърхност на тялото, отвежда топлината, докато вятърът ускорява процеса на изпаряване (сега е Ясно защо духаме горещ чай. Още по-добре е да вкарваме въздуха, защото тогава на повърхността на чая излиза сух околен въздух, а не влажен въздух от белите ни дробове ;-)).
Можете да почувствате същата прохлада, ако разтриете върху ръката си парче памучна вата, потопено в летлив разтворител (да речем, ацетон или лакочистител). При четиридесетградусова жега, благодарение на засиленото изпаряване на влагата през порите на тялото ни, ние поддържаме температурата си на нормално ниво; ако не беше този терморегулаторен механизъм, просто щяхме да умрем в такава жега.
Напротив, в процеса на кондензация течността се нагрява: парните молекули, когато се връщат в течността, се ускоряват от силите на привличане от близките течни молекули, в резултат на което средната кинетична енергия на течните молекули нараства (сравнете това явление с освобождаването на енергия по време на кристализацията на стопилка!).
Кипене
Кипенее изпаряването, което се случва в целия обемтечности.
Кипенето е възможно, тъй като в течността винаги се разтваря определено количество въздух, който е попаднал там в резултат на дифузия. Когато течността се нагрява, този въздух се разширява, въздушните мехурчета постепенно се увеличават по размер и стават видими с просто око (в съд с вода те отлагат дъното и стените). Вътре във въздушните мехурчета има наситена пара, чието налягане, както си спомняте, бързо се увеличава с повишаване на температурата.
Колкото по-големи стават мехурчетата, толкова по-голяма е архимедовата сила върху тях и в определен момент мехурчетата започват да се отделят и издигат. Издигайки се нагоре, мехурчетата падат в по-малко нагрятите слоеве на течността; парата кондензира в тях, а мехурчетата отново се компресират. Срутването на мехурчетата предизвиква познатия шум, който предхожда кипенето на чайника. Накрая с течение на времето цялата течност се затопля равномерно, мехурчетата достигат повърхността и се спукват, изхвърляйки въздух и пара - шумът се заменя с бълбукане, течността кипи.
По този начин мехурчетата служат като "проводници" на парата от вътрешността на течността към нейната повърхност. При кипене, наред с обикновеното изпаряване, течността се превръща в пара по целия обем - изпаряване на въздушните мехурчета във вътрешността, последвано от изтегляне на парата навън. Ето защо врящата течност се изпарява много бързо: чайник, от който водата би се изпарила много дни, ще изври за половин час.
За разлика от изпарението, което се случва при всяка температура, течността започва да кипи едва когато достигне точка на кипене- точно температурата, при която въздушните мехурчета могат да плуват и да достигнат повърхността. При точката на кипене налягането на наситените пари става равно на външното налягане върху течността(по-специално, атмосферно налягане). Съответно, колкото по-високо е външното налягане, толкова по-висока температура ще започне кипенето.
При нормално атмосферно налягане (атм или Ра) точката на кипене на водата е равна на. Така налягането на наситената водна пара при температура еПа Този факт е необходимо да се знае за решаването на проблеми - често се счита за известен по подразбиране.
На върха на Елбрус атмосферното налягане е равно на атм и водата там ще кипи при температура. И под налягане от атм, водата ще започне да кипи само при.
Точката на кипене (при нормално атмосферно налягане) е строго определена стойност за дадена течност (точките на кипене, дадени в таблиците на учебниците и справочниците са точките на кипене на химически чисти течности. Наличието на примеси в течност може да промени точката на кипене Например, чешмяната вода съдържа разтворен хлор и някои соли, следователно, нейната точка на кипене при нормално атмосферно налягане може леко да се различава от). И така, алкохолът кипи при, етерът - при, живакът - при. Моля, обърнете внимание: колкото по-летлива е течността, толкова по-ниска е нейната точка на кипене. В таблицата с точките на кипене също виждаме, че кислородът кипи при. Това означава, че при обикновени температури кислородът е газ!
Знаем, че ако чайникът се свали от котлона, кипенето спира незабавно – процесът на кипене изисква непрекъснато подаване на топлина. В същото време температурата на водата в чайника след кипене спира да се променя, оставайки през цялото време една и съща. Къде отива предоставената топлина?
Ситуацията е подобна на процеса на топене: топлината се използва за увеличаване на потенциалната енергия на молекулите. В този случай, за да се извърши работата по отстраняване на молекули на такива разстояния, че силите на привличане няма да могат да задържат молекулите близо една до друга и течността ще премине в газообразно състояние.
График на кипене
Помислете за графично представяне на процеса на нагряване на течност - т.нар графика на кипене(фиг. 4).
Ориз. 4. График на кипене
Мястото предхожда началото на кипене. На мястото течността кипи, масата й намалява. В този момент течността изпарява напълно.
За преминаване на участъка, т.е. за да може течността, доведена до точката на кипене, да се превърне напълно в пара, трябва да й се подаде определено количество топлина. Опитът показва, че това количество топлина е право пропорционално на масата на течността:
Съотношението на страните се нарича специфична топлина на изпаряванетечности (при точка на кипене). Специфичната топлина на изпаряване е числено равна на количеството топлина, което трябва да се подаде на 1 kg течност, взета при точката на кипене, за да се превърне напълно в пара.
Така че, когато специфичната топлина на изпаряване на водата е равна на kJ / kg. Интересно е да го сравним със специфичната топлина на топене на леда (kJ / kg) - специфичната топлина на изпаряване е почти седем пъти по-висока! Това не е изненадващо: в края на краищата, за да разтопите леда, трябва само да разрушите подреденото подреждане на водните молекули във възлите на кристалната решетка; в този случай разстоянията между молекулите остават приблизително еднакви. Но за да превърнете водата в пара, трябва да свършите много повече работа, за да разрушите всички връзки между молекулите и да премахнете молекулите на значителни разстояния една от друга.
График за кондензация
Процесът на кондензация на парите и последващото охлаждане на течността изглежда на графиката симетрично спрямо процеса на нагряване и кипене. Ето и съответното график за кондензацияза случая на водна пара по Целзий, която най-често се среща при проблеми (фиг. 5).
Ориз. 5. График за кондензация
В точката имаме водна пара. Появява се конденз на обекта; вътре в тази зона - смес от пара и вода при. В точката вече няма пара, има само вода. Парцелът е охлаждането на тази вода.
Опитът показва, че по време на кондензацията на парата на масата (т.е. при преминаване през секцията) се отделя точно същото количество топлина, което е изразходвано за превръщането в пара на течността на масата при дадена температура.
Нека сравним следните количества топлина за интерес:
Което се отделя при кондензацията на g водна пара;
, който се освобождава, когато получената стоградусна вода се охлади до температура, да речем.
J;
Дж.
Тези числа ясно показват, че изгарянето с пара е много по-лошо от изгарянето с вряща вода. Когато вряща вода попадне върху кожата, се освобождава „само“ (врящата вода се охлажда). Но при изгаряне на пара първо ще се отдели с порядък повече топлина (парата кондензира), образува се вода по Целзий, след което същата стойност ще се добави, когато тази вода изстине.
Въздухът е един и същ по целия свят.
Той ще се разширява при нагряване и ще се свива при охлаждане във всяка страна и град, във всяко село или село.
Съдържание на програмата: Да се консолидират представите на децата за свойствата на водата, снега, леда; да се разширят представите им за свойствата на водата (прозрачна, няма форма или мирис) и въздуха (разширява се при нагряване и се свива при охлаждане), за да се стимулира желанието за самостоятелно правят изводи и излагат хипотези.
Оборудване: Балони, пластмасови бутилки, легени с топла (не повече от 60 С) и студена вода, изображение на балон, сол, захар, пластмасови чаши, лъжици, съдове за вода (колби, епруветки, бутилки, буркани), филтри (салфетки), лед, глобус.
Ход на урока:
Организационен момент: The Rocket Game
Възпитател: С какво можете да отидете на пътешествие? (отговор) Предлагам да използвам балона днес.
Имаш ли нещо против? Имаме нужда от важен помощник по пътя. За него се говори в гатанката.
Преминава през носа в гръдния кош
И пази пътя назад
Той е невидим и все пак
Не можем да живеем без него.
Въздухът е навсякъде. Огледай се. Кой видя въздуха? (отговор) Да, въздухът е невидим, но винаги е около нас. Не бихме могли да живеем без него, т.к нямаше да има какво да диша. Сега, момчета, нека проверим колко дълго можем да горим без да дишаме. Защо не виждаме въздух? (отговор) Въздухът е невидим, т.к прозрачен е. Искате ли да видите въздуха? Но първо, нека прегледаме правилата за безопасно поведение при експериментиране:
- Не бутайте съседа си, докато работите. Вижте първо, след това повторете Вземете го, върнете го Внимавайте с гореща вода.
Но преди експериментите, нека направим няколко упражнения за очите.
Зарядно за очите.
Експеримент 1: Чашата се спуска в буркана - попада ли вода в чашата? Защо не? (отговор)
Заключение: В стъклото има въздух, не пропуска вода там.
Експеримент 2: Наклонете стъклото - какво се появява (мехурчета) Откъде са дошли? (отговор)
Заключение: Въздухът излиза от стъклото, водата заема неговото място.
Учителят отваря изображението на балона.
Възпитател: Кажете ми, защо има горелка под топката? (отговор) Сега ти и аз ще разберем какво се случва с въздуха, когато се нагрее.
Опит 3: Поставете празен балон върху гърлото на слоя. бутилки. Задръжте го за 1 минута. В гореща вода. - Какво виждаш? (Балонът се надува) Защо? (отговор)
Заключение: При нагряване въздухът в бутилката се разширява и запълва топката, тя се надува.
Учителят поставя бутилка с топка в студена вода.
- Какво виждаш? (Топката се изпуска) Защо? (отговор)
Заключение: Въздухът се компресира при охлаждане и напуска топката - тя се изпуска.
Възпитател: Защо имате нужда от горелка? (отговор) При нагряване въздухът се разширява и изпълва топката. Когато горелката се изключи, въздухът постепенно се охлажда и свива - топката се изпуска.
Възпитател: Да летим! Заемете местата си. Летяхме. (Децата сядат на високи столове. Учителят вади глобус.) Погледнете глобуса. Ето как изглежда нашата земя от космоса. Какво е синьото на земното кълбо? (Вода) Чуйте стихотворението за водата.
Чували ли сте за вода?
Казват, че е навсякъде!
В локва, море, океан
И крана за вода.
Замръзва като ледена висулка
Пропълзя в гората с мъгла,
Печката ти кипи,
Фериботът на чайника съска
Разтваря захарта в чая.
Ние не го забелязваме.
Свикнали сме с факта, че водата
Нашият спътник е винаги!
Не можем да си измием лицето без вода
Не яжте, не се напивайте.
Смея да ви докладвам № 150
Не можем да живеем без вода!
Възпитател: И наистина е трудно да си представим живота без вода. Внимание, ето ни! Да кацнем! (Децата си тръгват.) Някой застава на пътя ни. СЗО? (воднисто е)
Мерман: Здравейте! Много се радвам да те видя! Толкова обичам да пляскам с боси крака в локви, да плувам, да се пръскам. След това прозрачни капчици блестят върху ръцете и краката на слънчевите лъчи. Само аз не разбирам: къде изчезва тогава тази вода? А също така през зимата исках да плувам в любимата си река и вместо вода - лед. откъде е дошъл?
Възпитател: Нека се опитаме да отговорим на въпросите. За да направите това, трябва да се въоръжите с внимание и търпение. Да отидем в лабораторията.
Гимнастика с пръсти.
Възпитател: В униформа момчетата ще покажат какви свойства има водата. Моля, обърнете внимание: на масата има лед. Ще се върнем към него по-късно.
Опит 4: Занесете чаша чиста вода на зетя и я помирише.
Възпитател: Мирише ли водата? (Не, водата е без мирис.)
Заключение: Водата е без мирис.
Опит 5: Поставете чаша върху картината и чаша мляко с вода.
Възпитател: Виждате ли какво е нарисувано на картинката? (Където има вода, можете да видите, но където има мляко, не.)
Заключение: Водата е бистра.
Опит 6: Сложете лъжица захар или сол в чаша, разбъркайте.
Възпитател: какво се случи? (разтворена захар)
Заключение: Водата е разтворител за някои вещества.
Тест 7: Налейте вода в различни съдове.
Възпитател: Каква форма е приела водата? (Формата на съда, в който е излята)
Заключение: Водата няма постоянна форма, тя приема формата на съда, в който е излята.
Физическо възпитание: Играта "Въздух, огън, вода, земя"
Възпитател: Момчета, нека отидем до масата, на която имаше лед. Какво виждаш? Защо се случи това?
Вода: жалко, че ледът се стопи, толкова много обичам да го ям.
Възпитател: Какво си ти! Лед и лед не могат да се ядат! Защо? Нека докажем, че ледът е мръсен. (филтриране)
Тест 8: Изсипете разтопена вода от чиния във фуния с филтър.
Възпитател: Чист или мръсен лед? Защо? Вода, можеш ли да ядеш лед или не?
Мерман: какъв си ти! Никога повече няма да ям лед и сняг.
Възпитател: нека повторим свойствата на водата.
Мерман: Благодаря. Ще помня свойствата на водата и никога няма да ги забравя. Ват топки, за да запомните това пътуване. Довиждане.
Възпитател: Време е да се върнем в детската градина. Заемете местата си. Затваряме очи. Едно две три. Пристигнах.
Личност! Запомни завинаги:
Символът на живота на Земята е водата!
Запазете го и се погрижете за него.
Ние не сме сами на планетата!
Обобщавайки. Какво научихте за водата?
Какво е използвано:
- електрическа фурна
- течен азот
- балон
- конфети
- пластмасова бутилка
Описание:
Много визуално изживяване! Много хора предполагат, че при нагряване веществата увеличават обема си, а при охлаждане намаляват. И няма значение дали е твърдо, течно или газообразно. Всичко променя размера. Но в обикновения живот това е трудно за вярване. Наливаш си два черпака супа и я затопляш. Както бяха двама, така и останаха двама. И тавата в хладилника няма да заема по-малко място, когато изстине.
Всъщност силата на звука се променя.
Само леко, незабележимо за човешкото око. При нагряване молекулите в веществото стават по-подвижни и започват да се отдалечават една от друга. Повече разстояние означава повече обем. При охлаждане, съответно, обратно. В твърдото вещество най-силните връзки са между молекулите, в течните - по-слаби, а в газообразните - най-слабите. Така се оказва, че газът променя обема по-лесно от веществата в други агрегатни състояния.
Сега за условията. Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е скоростта на молекулите и толкова повече се увеличава обемът. Колкото по-бърза е скоростта на охлаждане или нагряване (разликата между температурата на веществото и околната среда), толкова по-бързо ще се види резултатът.
За да фиксирате и за да върнете бутилката в предишната й форма, повторете процедурата с нагряване.
Източници:
Входът е затворен за хлебарки: Известно е, че колкото и да се бориш с хлебарки, ако съседите ги имат, те със сигурност ще дойдат отново при нас. Най-лесният начин за тях е вентилационната шахта. Извадете решетката от вентилационния отвор и прикрепете (можете да залепите) найлонов чорап към задната му страна. Сега в апартамента ви няма да влизат живи същества.
Просто и издръжливо лепило за дърво: Можете да направите сами лепило за дърво. Достатъчно е да вземете малко извара и да я разтворите в амоняк. На 100гр. амоняк, 25гр. извара. Дървените повърхности трябва да бъдат внимателно регулирани една спрямо друга, така че да няма пукнатини, намазани и плътно закрепени с търкане.
Какво се случва с въздуха, когато се нагрява и охлажда
Имахме такова преживяване. В колбата се поставя запушалка със стъклена тръба.
Краят на тръбата се потапя в чаша с вода. Загрее колбата, увивайки ръцете си около нея. Скоро забелязахме, че от тръбата започнаха да излизат въздушни мехурчета. Това се случи, защото въздухът се разширява при нагряване и не се побира в колбата.
Проведен е втори експеримент. Върху колбата, с която беше извършен първият опит, слагаме парцал, напоен със студена вода. Водата от чашата започна да влиза и да се издига през тръбата. Това означава, че въздухът се компресира при охлаждане.
За да се види по-добре как водата се издига по тръбата, преди това беше оцветена.
Въздухът, подобно на течности и твърди вещества, се разширява при нагряване и се свива при охлаждане.
Въздухът е един и същ по целия свят. Той ще се разширява при нагряване и ще се свива при охлаждане във всяка страна и град, във всяко село или село.
За да общувате с граждани на други държави, трябва да научите техния език. Например, това може да стане чрез посещаване на различни училища по английски език. Ако знаете чужд език, можете да попитате британците, или германците, или французите в интернет как се държи въздухът в тяхната страна. И можете да сте сигурни, че във всички тях въздухът се разширява при нагряване и се свива при охлаждане, независимо от района, в който живеят и езика, който говорят.
& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 
Въздухът има още едно интересно свойство - не провежда добре топлината. Много растения, които зимуват под снега, не замръзват, тъй като между студените снежни частици има много въздух и снежната преса наподобява топло одеяло, което покрива стъблата и корените на растенията. През есента катерица, заек, вълк, лисица и други животни линеят. Зимната козина е по-дебела и по-пищна от лятната. Повече въздух се задържа между дебели косми и животните в заснежена гора не се страхуват от слана.
(Учителят пише на дъската.)
Въздухът не провежда добре топлината.
И така, какви свойства има въздухът?
V. Физическо възпитание
Vi. Затвърждаване на изучения материал Изпълняване на задачи в работната тетрадка
No 1 (стр. 18).
- Прочетете заданието. Погледнете картинката и подпишете на схемата какви газообразни вещества се съдържат във въздуха.(Самопроверка със схемата в учебника на стр. 46.)
No 2 (стр. 19).
Прочетете заданието. Запишете свойствата на въздуха. (След приключване на заданието се извършва самотест с бележки на дъската.)
No 3 (стр. 19).
- Прочетете заданието. Какви свойства на въздуха трябва да се вземат предвид, за да се изпълни правилно задачата? (При нагряване въздухът се разширява; при охлаждане се свива.)
Как да обясним, че въздухът се разширява при нагряване? Какво се случва с частиците, които го изграждат? (Частиците започват да се движат по-бързо и пролуките между тях се увеличават.)
- Начертайте в първия правоъгълник как са разположени въздушните частици при нагряване.
- Как да обясним, че въздухът се компресира при охлаждане? Какво се случва с частиците, които го изграждат? (Частиците започват да се движат по-бавно и пролуките между тях стават по-малки.)
— Начертайте във втория правоъгълник как са разположени въздушните частици при охлаждане.
No 4 (стр. 19).
— Прочетете заданието. Какво свойство на въздуха обяснява това явление? (Въздухът не провежда добре топлината.)
VII. Отражение
Работа в групи
- Прочетете първата задача в учебника на стр. 48. Опитайте се да обясните свойствата на въздуха.
- Прочетете втората задача на стр. 48. Изпълнете го.
- Какво замърсява въздуха? (Промишлени предприятия, транспорт.)
Разговор
Недалеч от къщата ми има фабрика. От прозорците ми се вижда висок тухлен комин. От него ден и нощ се изсипват дебели черни облаци дим, поради което хоризонтът вечно се крие зад плътна серозна завеса. Понякога изглежда, сякаш този заклет пушач опушва града с неугасимата си лула Gulliver. Всички кашляме, кихаме, дори трябва да вкараме някои хора в болницата. А "пушачът" поне това: познай себе си паф и пуф, пуф и пуф.
Децата плачат: отвратителна фабрика! Възрастните се ядосват: затворете незабавно!
И в отговор всички чуват: колко "гадно"?! Как да "затворим"?!
Нашата фабрика произвежда стоки за хора. И, за съжаление, няма дим без огън. Да погасим огъня на пещите - фабриката ще спре, няма да има стока.
Веднъж сутринта се събудих, погледнах през прозореца - няма дим! Гигантът спря да пуши, фабриката си е на мястото, лулата още стърчи, но дим няма. Чудя се за колко време? Обаче виждам: няма дим и утре, и вдругиден, и след утре... Затворена ли е напълно фабриката?
И къде отиде димът? В крайна сметка те самите казаха, че няма дим без огън.
Скоро стана ясно: най-после чуха безкрайните ни оплаквания – монтираха димоотводители на заводския комин, димоуловител, който не позволява на частиците сажди да излитат от комина.
И ето какво е интересно. Изглежда, че никой не се нуждаеше и дори вреден дим не беше принуден да направи добро дело. Сега тя (или по-скоро сажди) се събира внимателно тук и се изпраща в завод за пластмаси. Кой знае, може би този мой флумастер е просто от самите сажди, уловени от димоуловителите. С една дума, ползите от димоуловителите за всички: за нас, жителите на града (вече не се разболяваме), и за самата фабрика (той продава сажди и не ги пуска в канализацията, както преди), и купувачите на пластмасови изделия (включително флумастери).
Какви са начините за опазване на чистотата на въздуха? (Станции за пречистване на въздуха, електрически превозни средства.)
- За да пречистят въздуха, хората засаждат дървета. Защо? (Растенията абсорбират въглероден диоксид и отделят кислород.)
Нека разгледаме отблизо листата на дървото. Долната повърхност на листа е покрита с прозрачен филм и е осеяна с много малки дупки. Наричат се "устици", ясно се виждат само с лупа. Те се отварят и затварят, събирайки въглероден диоксид. На светлината на слънцето от водата, която се издига от корените по стъблата на растенията, се образуват захар, нишесте, кислород и въглероден диоксид в зелените листа.
Не напразно растенията се наричат „белите дробове на планетата“.
Какъв прекрасен въздух в гората! Съдържа много кислород и хранителни вещества. В крайна сметка дърветата отделят специални летливи вещества - фитонциди, които убиват бактериите. Смолистите миризми на смърч и бор, ароматът на бреза, дъб, лиственица са много полезни за хората. Но в градовете въздухът е съвсем различен. Мирише на бензин, отработени газове, защото има много коли в градове, заводи, заводи, които също замърсяват въздуха. Вредно е човек да диша такъв въздух. За пречистване на въздуха засаждаме дървета, храсти: липи, тополи, люляци.
⇐ Предишна12345678910Следваща ⇒
Устройствата, в които се извършва топлообмен се наричат топлообменници.
Най-простият тип топлообменник може да се направи чрез поставяне на една цилиндрична тръба в друга. Ако студен въздух преминава през външната тръба отдолу, а топъл въздух преминава през вътрешната тръба, тогава последната ще се охлади, отдавайки топлината си на студения въздух, преминаващ през външната тръба. В такъв топлообменник, дори при ниска температура на студения въздух, е невъзможно да се постигне добро охлаждане на газа, влизащ отгоре.
Има по-сложни конструкции на топлообменници, при които вътрешната тръба е направена под формата на спирала или заменена с голям брой тръби с малък диаметър. Това увеличава площта на контакт на тръбите със студения въздух, преминаващ покрай тях.
Топлообменниците се изработват основно от червена мед. Има добра топлопроводимост.
Отвън топлообменниците са покрити с топлоизолационен материал, който ги предпазва от външна топлина. Един добър топлообменник може да охлади въздуха до много ниски температури, но това изисква още по-студен въздух.
Откъде да го взема?
Ако бързо стиснете газта, той ще се нагрее; ако се разшири бързо, ще изстине.
Прекарайте сгъстен въздух през пореста тапа, поставена в средата на малка тръба. Кликнете върху буталото. Лявата страна на тръбата, където въздухът е компресиран, се нагрява. В същото време дясната страна на тръбата забележимо ще се охлади, където влиза сгъстен въздух, разширявайки се, когато излезе през щепсела.
Физиците обясняват нагряването на газ по време на неговото компресиране с факта, че когато обемът на сгъстен газ намалява, молекулите се приближават толкова близо една до друга, че между тях започват да действат привличащи сили, молекулите на газа се сближават - работата е свършена, което сякаш води до допълнителна компресия. Освобождава се топлина и температурата на газа се повишава.
С бързото разширяване на компресирания газ обемът му се увеличава. Газовите молекули са склонни да се отдалечават една от друга, но силите на привличане предотвратяват това. За преодоляване на силите на привличане се изразходва работа, изразходва се част от топлината и газът се охлажда.
Количеството, с което температурата на газа ще намалее по време на разширение, зависи от началното и крайното налягане. На практика е общоприето, че когато налягането се понижи с 1 атмосфера, температурата на газа намалява.
Ако в специална машина, наречена компресор, определен обем въздух се компресира до 200 атмосфери, след това той се прекарва през специален клапан - разширителен клапан - и се оставя бързо да се разшири до първоначалния си обем, температурата му ще спадне с около 50°. Ако температурата на сгъстен въздух, преди да премине през разширителния или дроселния клапан, е била 10 °, то след неговото разширение тя ще стане -40 °. Колкото по-ниска е температурата на сгъстения въздух преди неговото разширение, толкова по-ниска ще бъде тя след дроселиране, тоест след преминаване през тесен процеп на дроселиращия клапан. Чрез постепенно понижаване на температурата на сгъстения въздух е възможно да се достигне температурата, при която той започва да се втечнява.
Но преди да се пристъпи към получаване на течен въздух, той трябва да бъде пречистен.
Въздухът обикновено съдържа много прах - малки твърди частици пясък и въглища. Средно един кубичен метър въздух съдържа до 0,01 грама примеси. Механичните замърсявания, попадайки между триещите се части на компресора, образуват драскотини и водят до преждевременно износване на машината. Следователно въздухът трябва да е без прах.
За почистване на въздуха се използват специални маслени филтри, които се монтират на смукателната тръба на компресора.
Образуване на мъгла при охлаждане на влажен въздух.
В допълнение към механичните примеси, въздухът съдържа влага, въглероден диоксид и други газообразни примеси.
Количеството влага във въздуха зависи от неговата температура.
Най-голямото количество влага в 1 кубичен метър въздух при температура -30 ° е около 0,1 грама, а при температура 30 ° - около 30 грама.
Когато въздухът е леко охладен, водната пара се кондензира и се превръща в мъгла.
Налейте малко вода в буркана и го затворете със запушалката, в която е поставена тръбата. Поставете гумена крушка върху тръбата и я стиснете, така че целият въздух от крушата да отиде в кутията. Ще има натиск в банката. Ако след известно излагане бързо разхлабите крушата, въздухът в кутията ще се разшири и ще се охлади - в кутията ще се появи мъгла. Това означава, че водната пара, която е била в кутията с въздуха, е кондензирала. Най-малките капчици вода се разпределят равномерно в целия обем.
При по-ниска температура влагата замръзва и се образува скреж, който може да се утаи под формата на лед по стените на оборудването.
Ако в топлообменник или разширителен вентил се въведе въздух, съдържащ влага, върху стените им се образува първо тънък, а след това по-дебел слой лед. За да предотвратите запушването на тръбите от лед, въздухът трябва да се изсуши, преди да започнете да го охлажда.
Въздухът може да бъде изсушен чрез преминаване през порести вещества, които могат да абсорбират влагата. Тези вещества са силикагел и специално обработен - активиран - алуминиев оксид. Когато тези вещества поемат толкова много влага, че вече не изсушават въздуха, те се запалват и се използват отново за сушене.
Влагата от въздуха може да се абсорбира и със сода каустик или калциниран калциев хлорид. Тези вещества се зареждат в специални цилиндри, през които преминава въздух. След преминаване през тях въздухът става напълно сух.
При големи инсталации, които генерират кислород, влагата се замразява в специални капани - фризери, където температурата се поддържа на -40-50 °. Когато в един капан се натрупа много лед, въздухът се превключва към друг капан и първият се нагрява. Ледът се топи, а водата се източва от него през специален кран.
След като изчистите въздуха от прах и го изсушите, все още е невъзможно да започнете втечняване.
Във въздуха има въглероден диоксид. При температура от около -80 ° този газ се превръща в снежна маса, която при допълнително охлаждане образува твърдо вещество, подобно на лед.
Ако поставите парче такъв лед върху празен лист бяла хартия, ледът постепенно ще започне да намалява по обем, без да оставя следи след себе си. Така най-накрая изчезна, а хартията все още остава същата чиста и суха. Сухият лед е твърд въглероден диоксид. Намира широко приложение в хранително-вкусовата промишленост.
За да се получи течен въздух, не може да се направи без почистване на газообразния въздух от въглероден диоксид. В противен случай след известно време в хладилния блок ще се натрупа голямо количество сух лед, което може да го повреди.
Как да почистим въздуха от въглероден диоксид?
Алкалния разтвор се поставя върху колона, през която се пропуска въздух. Въглеродният диоксид във въздуха се комбинира със сода каустик, за да образува сол. Въздухът, напускащ колоната, практически не съдържа въглероден диоксид.
След като изчистите газообразния въздух от всички примеси, които могат да попречат на втечняването му, можете да започнете да получавате течен въздух.
За да направите това, е необходимо да свържете компресор, обикновен хладилник, топлообменник и разширителен клапан според цикъла на охлаждане с дроселиране.
Предварително пречистеният въздух се изпраща към компресора и се компресира до 200 атмосфери; тъй като въздухът се нагрява, той трябва да се охлади, като се прекара през обикновен хладилник с течаща студена вода. Компресираният газ, преминавайки през вътрешната тръба в хладилника, ще отдаде топлината си на водата, която измива тръбата отвън. Газът ще излезе от хладилника по-студен, отколкото от компресора: температурата му ще бъде приблизително 10 °.
Сгъстен въздух от хладилника се насочва към топлообменник. Но тъй като топлообменникът все още не се охлажда от нищо, газът ще премине през него, без да променя температурата и след като попадне в дроселната клапа, се разширява в него. При разширяване газът ще се охлади и ще премине в втечняващия газ, от втечняващия - обратно към топлообменника. От този момент започва работата на топлообменника.
Въздухът, идващ от втечняващия газ, ще охлади сгъстения въздух, идващ от компресора. Температурата на сгъстения въздух след преминаване през разширителния вентил ще намалее още повече и, излизайки през топлообменника в атмосферата, допълнително ще охлади свежите части от входящия сгъстен въздух.
Така всяка минута температурата на въздуха, влизащ в разширителния клапан, автоматично намалява все повече и повече. Накрая идва момент, в който въздухът се е охладил толкова много, че част от него се втечнява.
Течният въздух се събира в втечняващия газ, откъдето се източва през кран.
Невтечнената част от въздуха влиза в топлообменника с температура около -190 ° и го напуска с температура близка до стайна температура. Една малка част от въздуха, преминаващ през хладилния агрегат, непрекъснато се втечнява.
В описания цикъл само 5 процента от пропуснатия въздух преминава в течно състояние, по-голямата част от него не се втечнява и се връща обратно в атмосферата.
Това се дължи на факта, че цикълът на дроселиране има ниска студена производителност, тоест консумацията на енергия за компресиране на газ до високо налягане е голяма, а температурният спад по време на разширяване на дроселиращия газ е малък. Хладилният цикъл е прост като дизайн, но евтин.
Учените започнаха упорито да търсят по-икономични начини за получаване на течен въздух. Установено е, че ако сгъстен въздух се разширява в цилиндъра на бутален двигател или върху лопатките на ротора - въртящата се част на въздушната турбина - и се принуждава да извършва външна работа по време на разширение, тогава въздухът ще се охлади много повече, отколкото при разширяване в дроселна клапа, където се извършва само вътрешна работа.която отива за преодоляване на силите на взаимното привличане на молекулите.
Машините, в които компресираният газ се разширява, за да получи външна работа, се наричат разширители.
Охлаждането на газа в разширителя е толкова по-голямо, колкото повече работа извършва той по време на разширяването си. Не е необходимо високо налягане за охлаждане на газа в разширителя.
Налягане от 50-60 атмосфери е достатъчно. Температурата на газа при най-голямото му разширение ще падне до -120-125 °. По този начин, когато налягането на газа в разширителя намалява с 1 атмосфера, температурата намалява с приблизително 2 ° - 8 пъти повече, отколкото по време на дроселиране.
Капацитетът на хладилния цикъл с разширител е 2-3 пъти по-висок от капацитета на дроселирания цикъл. От целия въздух, преминаващ през такава система, не 5, а 10-15 процента се флуидизира. Консумацията на енергия за компресиране на газ в хладилен цикъл със средно налягане с разширител е около 3 пъти по-малка, отколкото в хладилен агрегат с дросел.
При инсталация с разширител въздухът, компресиран до 40-50 атмосфери, първо влиза в хладилника, където се охлажда с чешмяна вода. От хладилника целият въздух влиза в първия топлообменник, където се охлажда допълнително.
При излизане от първия топлообменник сгъстен въздух се вдухва в две посоки. По-голямата част от газа се отклонява към разширител, където се разширява до 1 атмосфера и се охлажда силно.
Охладеният в разширителя въздух се насочва през топлообменници към атмосферата. По пътя извлича топлина от противоположния въздух, идващ от компресора.
Останалата част от сгъстен въздух се охлажда във втория топлообменник и се подава към разширителния вентил. При разширяване въздухът се охлажда още повече и, достигайки температурата на втечняване, частично се втечнява. Течният въздух се събира в втечняващия газ. Невтечнената, студена част на въздуха се насочва през топлообменници към атмосферата. Тъй като се натрупва, течният въздух се източва.
Сравнително наскоро в един от институтите на Академията на науките на СССР беше разработен метод за производство на течен въздух в инсталации с ниско налягане.
Ако откриете грешка, моля, изберете част от текст и натиснете Ctrl + Enter.
Във връзка с
съученици
Вода и течности
При нагряване се наблюдава значително разширяване на течните тела, за разлика от твърдите. Ацетонът има доста голямо термично разширение. А за водата и живака е характерно най-малкото температурно разширение.
Всеки знае, че всяко охладено тяло ще се свие. Водата се счита за изключение (водна аномалия). Охлаждането на водата до + 4 ° С води до намаляване на обема, но продължавайки по-нататъшното охлаждане от + 4 ° С до 0 ° С, обемът отново ще се увеличи.
Следователно водата при температура от + 4 ° C ще има най-висока плътност. Това обяснява защо ледът плува във вода и замръзнала водопроводна тръба се спуква.
Газообразни тела
Загряването на въздух във всякакъв обем ще доведе до неговото разширяване.
Плътността на нагрятия въздух спрямо незагрятия намалява, така че горещият въздух се издига нагоре.
При нагряване газът ще се разшири значително повече от течността. Газът, поставен в затворен съд, няма да се разшири при нагряване. Повишеното налягане на газа може да разкъса съда.
Още интересни статии:
