Едно от най-разпространените вещества на Земята: водата. Имаме нужда от него, като въздух, но понякога изобщо не го забелязваме. Тя просто е. Но се оказва
Едно от най-разпространените вещества на Земята: водата. Имаме нужда от него, като въздух, но понякога изобщо не го забелязваме. Тя просто е. Но се оказва, че обикновената вода може да промени обема си и да тежи повече или по-малко. Когато водата се изпарява, загрява и охлажда, се случват наистина невероятни неща, за които ще научим днес.
Мюриел Мандел в забавната си книга „Физически експерименти за деца“ излага най-интересните мисли за свойствата на водата, въз основа на които не само младите физици могат да научат много, но и възрастните ще опреснят знанията си, за които не са кандидатствали дълго време, така че се оказаха леко забравени.Днес ще се спрем на обема и теглото на водата. Оказва се, че един и същ обем вода не винаги тежи еднакво. И ако наливате вода в чаша и тя не прелива, това не означава, че при никакви обстоятелства ще се побере в нея.
1... При нагряване водата се разширява
Поставете буркан, пълен с вода, в тенджера, пълна с пет сантиметра врялавода и оставете да ври на слаб огън. Водата от буркана ще започне да прелива. Това е така, защото при нагряване водата, както и другите течности, започва да заема повече място. Молекулите се отблъскват с по-голяма интензивност и това води до увеличаване на обема на водата.2. При охлаждане водата се компресира
Оставете водата в буркана да се охлади до стайна температура или добавете прясна вода и охладете. След известно време ще откриете, че предишната пълна банка вече не е пълна. Когато се охлади до температура от 3,89 градуса по Целзий, водата намалява обема си с понижаване на температурата. Причината за това е намаляването на скоростта на движение на молекулите и приближаването им една към друга под въздействието на охлаждане.Изглежда, че всичко е много просто: колкото по-студена е водата, толкова по-малко обем отнема, но ...
3. ... обемът на водата се увеличава отново при замръзване
Напълнете буркана с вода до ръба и покрийте с парче картон. Поставете го във фризера и изчакайте, докато замръзне. Ще откриете, че картоненият "капак" е изтласкан. В температурния диапазон между 3,89 и 0 градуса по Целзий, тоест по пътя към точката на замръзване, водата започва да се разширява отново. Това е едно от малкото известни вещества с това свойство.Ако използвате плътен капак, тогава ледът просто ще издуха буркана. Чували ли сте за факта, че дори водопроводните тръби могат да се счупят с лед?4. Ледът е по-лек от водата
Поставете няколко кубчета лед в чаша вода. Ледът ще изплува на повърхността. Когато водата замръзне, обемът й се увеличава. В резултат на това ледът е по-лек от водата: обемът му е около 91% от съответния обем вода.Това свойство на водата съществува в природата по някаква причина. Той има много конкретна цел. Казват, че реките замръзват през зимата. Но всъщност това не е съвсем вярно. Обикновено замръзва само малък горен слой. Този лед не потъва, защото е по-лек от течната вода. Той забавя замръзването на водата в дълбочината на реката и служи като своеобразно одеяло, предпазващо рибите и други речни и езерни животни от тежки зимни студове. Изучавайки физика, започвате да разбирате, че много неща в природата са подредени по целесъобразност.
5. Водата от чешмата съдържа минерали
Изсипете 5 супени лъжици обикновена чешмяна вода в малка стъклена купа. Когато водата се изпари, върху купата ще остане бяла граница. Тази граница се формира от минерали, които са били разтворени във водата, докато преминава през слоевете на почвата.Погледнете вътре в чайника си и ще видите минерални отлагания там. Същата плака се образува и върху дренажния отвор във ваната.Опитайте да изпарите дъждовната вода, за да проверите сами дали съдържа минерали.Японският физик Масаказу Мацумото изложи теория, която обяснява защо водата, когато се нагрява от 0 до 4°C, се свива, вместо да се разширява. Според неговия модел водата съдържа микрообразувания - "витрити", които представляват изпъкнали кухи полиедри, във върховете на които са водни молекули, а за ръбове служат водородните връзки. С повишаване на температурата две явления се конкурират едно с друго: удължаване на водородните връзки между водните молекули и деформация на витритите, което води до намаляване на техните кухини. В температурния диапазон от 0 до 3,98 ° C, последното явление доминира върху ефекта на удължаване на водородните връзки, което в крайна сметка дава наблюдаваното компресиране на водата. Все още няма експериментално потвърждение на модела на Мацумото – обаче, както и други теории, обясняващи компресията на водата.
За разлика от преобладаващата част от веществата, при нагряване водата е в състояние да намали обема си (фиг. 1), тоест има отрицателен коефициент на топлинно разширение. Не говорим обаче за целия температурен диапазон, където водата съществува в течно състояние, а само за тясна област - от 0 ° C до около 4 ° C. За б ОПри по-високи температури водата, подобно на други вещества, се разширява.
Между другото, водата не е единственото вещество, което има свойството да се свива с повишаване на температурата (или да се разширява при охлаждане). Бисмут, галий, силиций и антимон също могат да се „похвалят“ с подобно поведение. Въпреки това, поради по-сложната си вътрешна структура, както и поради разпространението и значението си в различни процеси, водата привлича вниманието на учените (виж Изследването на структурата на водата продължава, „Елементи”, 09.10.2006).
Преди време общоприетата теория, отговаряща на въпроса защо водата увеличава обема си с понижаване на температурата (фиг. 1), беше моделът на смес от два компонента - "нормална" и "ледена". Тази теория е предложена за първи път през 19 век от Харолд Уайтинг и по-късно е разработена и усъвършенствана от много учени. Сравнително наскоро, в рамките на открития полиморфизъм на водата, теорията на Уайтинг беше преосмислена. Отсега нататък се смята, че има два типа нанодомейни, подобни на лед в преохладена вода: региони, подобни на аморфния лед с висока и ниска плътност. Нагряването на преохладена вода води до топенето на тези наноструктури и до появата на два вида вода: с по-висока и с по-ниска плътност. Трудната температурна конкуренция между двата "вида" на получената вода води до немонотонна зависимост на плътността от температурата. Тази теория обаче все още не е потвърдена експериментално.
Трябва да внимавате с това обяснение. Неслучайно тук се говори само за структури, които наподобяват аморфен лед. Въпросът е, че наноскопичните области на аморфния лед и неговите макроскопични аналози имат различни физически параметри.
Японският физик Масакадзу Мацумото решава да намери обяснение за обсъждания тук ефект от нулата, отхвърляйки теорията за двукомпонентната смес. С помощта на компютърни симулации той изследва физичните свойства на водата в широк температурен диапазон – от 200 до 360 К при нулево налягане, за да открие в молекулярна скала истинските причини за разширяването на водата при нейното охлаждане. Неговата статия в списанието Писма за физически прегледтака се казва: Защо водата се разширява, когато се охлади? („Защо водата се разширява, когато се охлади?“).
Първоначално авторът на статията зададе въпроса: какво влияе на коефициента на топлинно разширение на водата? Мацумото смята, че за това е достатъчно да се изясни влиянието само на три фактора: 1) промени в дължината на водородните връзки между водните молекули, 2) топологичен индекс - броят на връзките на водна молекула и 3) отклонение на ъгъла между връзките от равновесната стойност (ъглово изкривяване).
Преди да говорим за резултатите, получени от японския физик, нека направим важни забележки и уточнения относно горните три фактора. На първо място, обичайната химична формула на водата H 2 O съответства само на нейното парно състояние. В течна форма водните молекули се комбинират в групи (H2O) посредством водородна връзка х, където х- броят на молекулите. Най-енергийно благоприятната комбинация от пет водни молекули ( х= 5) с четири водородни връзки, в които се образуват връзките равновесие, т.нар тетраедъричен ъгълравно на 109,47 градуса (виж фиг. 2).
След като анализира зависимостта на дължината на водородната връзка между водните молекули от температурата, Мацумото стига до очакваното заключение: повишаването на температурата води до линейно удължаване на водородните връзки. А това от своя страна води до увеличаване на обема на водата, тоест до нейното разширяване. Този факт противоречи на наблюдаваните резултати, поради което той допълнително разглежда влиянието на втория фактор. Как зависи коефициентът на термично разширение от топологичния индекс?
Компютърната симулация даде следния резултат. При ниски температури най-големият обем вода в процентно изражение се заема от водни клъстери, в които има 4 водородни връзки на молекула (топологичен индекс е 4). Повишаването на температурата води до намаляване на броя на сътрудниците с индекс 4, но в същото време започва да нараства броят на клъстерите с индекси 3 и 5. След извършване на числени изчисления Мацумото установява, че локалният обем на клъстерите с топологични индекс 4 практически не се променя с повишаване на температурата, а промяната в общия обем на асоциираните вещества с индекси 3 и 5 при всяка температура взаимно се компенсират. Следователно промяната в температурата не променя общия обем на водата, което означава, че топологичният индекс няма ефект върху компресията на водата, когато се нагрява.
Остава да се изясни ефектът от ъгловото изкривяване на водородните връзки. И тук започва най-интересното и важното. Както бе споменато по-горе, водните молекули са склонни да се обединяват, така че ъгълът между водородните връзки да е тетраедъричен. Въпреки това, термичните вибрации на водните молекули и взаимодействията с други молекули, които не са включени в клъстера, им пречат да направят това, отклонявайки стойността на ъгъла на водородната връзка от равновесната стойност от 109,47 градуса. За да характеризират някак количествено този процес на ъглова деформация, Мацумото и колеги, въз основа на предишната им работа Топологични градивни елементи на мрежата от водородни връзки във вода, публикувана през 2007 г. Списание по химическа физика, излага хипотеза за съществуването във водата на триизмерни микроструктури, наподобяващи изпъкнали кухи полиедри. По-късно, в следващите публикации, те нарекоха такива микроструктури витрити(фиг. 3). В тях върховете са водни молекули, ролята на ръбове играят водородните връзки, а ъгълът между водородните връзки е ъгълът между ръбовете във витрита.
Според теорията на Мацумото съществува огромно разнообразие от форми на витрити, които, подобно на мозаечни елементи, съставляват голяма част от структурата на водата и в същото време равномерно запълват целия й обем.
Водните молекули са склонни да създават тетраедрични ъгли във витритите, тъй като витритите трябва да имат най-ниската възможна енергия. Въпреки това, поради термични движения и локални взаимодействия с други витрити, някои микроструктури нямат геометрия с тетраедрични ъгли (или ъгли, близки до тази стойност). Те приемат такива структурно неравновесни конфигурации (които не са най-благоприятните за тях от енергийна гледна точка), които позволяват на цялото „семейство” витрити като цяло да получи най-ниската енергийна стойност сред възможните. Такива витрити, тоест витрити, които сякаш се жертват за „общи енергийни интереси“, се наричат фрустрирани. Ако нефрустрираните витрити имат максимален обем на кухината при дадена температура, тогава фрустрираните витрити, напротив, имат минималния възможен обем.
Компютърните симулации, извършени от Мацумото, показват, че средният обем на витритните кухини намалява линейно с повишаване на температурата. В същото време фрустрираните витрити значително намаляват обема си, докато обемът на кухината на нефрустрираните витрити остава почти непроменен.
И така, компресирането на водата с повишаване на температурата се причинява от два конкурентни ефекта - удължаване на водородните връзки, което води до увеличаване на обема на водата и намаляване на обема на кухините в фрустриран витрит. В температурния диапазон от 0 до 4 ° C, последното явление, както е показано от изчисленията, преобладава, което в крайна сметка води до наблюдаваното компресиране на водата с повишаване на температурата.
Остава да изчакаме експериментално потвърждение на съществуването на витрити и тяхното поведение. Но това, уви, е много трудна задача.
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-груби 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 топят се при ниски температури. Нагретият метал с уголемени кристали се разтяга по-лесно и следователно се изисква по-малко сила за компресия.
Проводниците увисват много повече през лятото, отколкото през зимата, т.е. те са по-дълги през лятото. Ако вземете пълна бутилка студена вода и я поставите на топло място, с течение на времето част от водата ще се излее от бутилката, тъй като водата се разширява по време на нагряване. Балонът, изваден от стаята на студено, намалява по обем.
1. Убедени сме в термичното разширение на твърди тела, течности и газове
Простите експерименти и многобройните наблюдения ни убеждават, че по правило твърдите тела, течностите и газовете се разширяват при нагряване и се свиват по време на охлаждане.
Термичното разширение на течности и газове може лесно да се наблюдава с помощта на колба, чието гърло е плътно запечатано, а в запушалката е поставена стъклена тръба. Превърнете колбата, пълна с въздух, в съд с вода.
Сега е достатъчно да хванете колбата с ръка и скоро въздухът, разширяващ се в колбата, ще излезе под формата на мехурчета от тръбата под вода (фиг. 2.30).
Сега напълнете колбата с малко оцветена течност и я запечатайте, така че част от течността да влезе в тръбата (фиг. 2.31, а). Нека отбележим нивото на течността в епруветката и спуснем колбата в съд с гореща вода. В първия момент нивото на течността леко ще намалее (фиг. 2.31, б) и това може да се обясни с факта, че първо колбата се нагрява и разширява и едва след това, нагрявайки, водата се разширява.
Ориз. 2.30. При нагряване въздухът в колбата се разширява и част от него напуска колбата - това се вижда от въздушните мехурчета, излизащи от тръбата
Ориз. 2.31 Опит, показващ, че при нагряване течност (като твърди вещества и газове) се разширява: а - колба, затворена със запушалка с течност в епруветка; b - в първия момент на нагряване нивото на течността леко намалява; c - при по-нататъшно нагряване нивото на течността се повишава значително
Скоро ще се уверим, че при нагряване на колбата и водата в нея нивото на течността в тръбата ще се увеличи значително (фиг. 2.31, в). И така, твърдите вещества и течностите, като газове, се разширяват по време на нагряване. Изследванията установяват, че твърдите вещества и течностите се разширяват много по-малко по време на нагряване, отколкото газовете.
Термичното разширение на твърдите вещества може също да бъде демонстрирано чрез следния експеримент. Вземете медна топка, която в незагрято състояние лесно преминава през пръстен, монтиран към нея. Загряваме топката в пламъка на алкохолна лампа и се уверяваме, че топката вече няма да преминава през пръстена (фиг. 2.32, а). След охлаждане топката лесно ще премине през пръстена отново (фиг. 2.32, б).
2. Откриване на причината за термичното разширение
Каква е причината за увеличаване на обема на телата при нагряване, тъй като броят на молекулите не се променя с повишаване на температурата?
Атомно-молекулярната теория обяснява термичното разширение на телата с факта, че с повишаване на температурата скоростта на движение на атомите и молекулите се увеличава. В резултат на това средното разстояние между атомите (молекулите) се увеличава.
Ориз. 2.32. Експеримент, илюстриращ термичното разширение на твърдите тела: а - в нагрято състояние топката не преминава през пръстена; b - след охлаждане топката преминава през пръстена
Съответно обемът на тялото се увеличава. Обратно, колкото по-ниска е температурата на веществото, толкова по-малки са междумолекулните празнини. Изключение прави вода, чугун и някои други вещества. Водата, например, се разширява само при температури над 4 ° C; при температури от 0С до 40С обемът на водата намалява при нагряване.
3. Характеризираме термичното разширение на твърдите тела
Нека разберем как се променят линейните размери на твърдо вещество поради промяна на температурата. За да направите това, измерете дължината на алуминиевата тръба, след което загрейте тръбата, като прокарате гореща вода през нея. След известно време ще забележите, че дължината на тръбата леко се е увеличила.
Като заменим алуминиевата тръба със стъкло със същата дължина, ще се уверим, че при същото повишаване на температурата дължината на стъклената тръба се увеличава много по-малко от дължината на алуминиевата. По този начин заключаваме: топлинното разширение на тялото зависи от веществото, от което е направено.
Физическата величина, която характеризира термичното разширение на материал и е числено равна на съотношението на промяната в дължината на тялото поради нагряването му с I ° C и началната му дължина се нарича температурен коефициент на линейно разширение.
Температурният коефициент на линейно разширение се обозначава със символа a и се изчислява по формулата:
От дефиницията на температурния коефициент на линейно разширение може да се получи единицата на тази физическа величина:
Таблицата по-долу показва температурните коефициенти на линейно разширение на някои вещества.
4. Запознайте се с термичното разширение в природата и технологиите
Способността на телата да се разширяват при нагряване и да се свиват по време на охлаждане играе много важна роля в природата. Повърхността на Земята се затопля неравномерно. В резултат на това въздухът близо до Земята също се разширява неравномерно и се образува вятър, което предопределя промяната на времето. Неравномерното нагряване на водата в моретата и океаните води до появата на течения, които значително влияят на климата. Резките температурни колебания в планинските райони причиняват разширяване и свиване на скалите. И тъй като степента на разширение зависи от вида на скалата, разширяването и свиването стават неравномерно и в резултат се образуват пукнатини, които водят до разрушаването на тези скали.
Топлинното разширение трябва да се има предвид при изграждане на мостове и електропроводи, полагане на отоплителни тръби, полагане на железопътни линии, изработване на стоманобетонни конструкции и в много други случаи.
Феноменът термично разширение се използва широко в технологиите и ежедневието. И така, за автоматично затваряне и отваряне на електрически вериги се използват биметални пластини - те се състоят от две ленти с различни коефициенти на линейно разширение (фиг. 2.33). Термичното разширение на въздуха помага за равномерното затопляне на апартамента, охлаждане на храната в хладилника и проветряване на стаята.
Ориз. 2.33. За производството на автоматични предпазители (a), за автоматично включване и изключване на нагревателни устройства (b), биметалните пластини (c) се използват широко. С повишаване на температурата единият от металите се разширява много повече от другия, в резултат на това плочата се огъва (g) и се отваря (или затваря)
5. Да се научим да решаваме проблеми
Дължината на стоманена железопътна релса при температура 0 o C е 8 g. Колко ще се увеличи дължината й в горещ летен ден при температура 40 ° C?
Анализ на постановката на проблема. Знаейки как се променя дължината на стоманената част поради нагряване с 1 ° С, т.е. като знаем температурния коефициент на линейно разширение на стоманата, ще открием колко ще се промени дължината на релсата поради нагряване с 40 ° С. Температурният коефициент на линейно разширение на стоманата може да бъде намерен от таблицата по-горе.
- Обобщаване
Твърдите вещества, течностите и газовете са склонни да се разширяват по време на нагряване. Причината за термичното разширение е, че с повишаване на температурата се увеличава скоростта на движение на атомите и молекулите. В резултат на това средното разстояние между атомите (молекулите) се увеличава. Термичното разширение на твърдите тела се характеризира с коефициента на линейно разширение. Коефициентът на линейно разширение е числено равен на съотношението на промяната в дължината на тялото поради нагряването му с 1 ° C и първоначалната му дължина
- Контролни въпроси
1. Дайте примери, за да покажете, че твърдите вещества, течностите и газовете се разширяват при нагряване.
2. Опишете експеримент, демонстриращ топлинно разширение на течности.
3. Каква е причината за увеличаването на обема на телата при нагряване?
4. Какво, освен температурата, определя изменението на размерите на телата при тяхното нагряване (охлаждане)?
5. В какви единици се измерва коефициентът на линейно разширение?
- Упражнения
1. Изберете всички верни отговори. Когато тялото се охлади, тогава:
а) скоростта на движение на неговите молекули намалява;
б) скоростта на движение на нейните молекули се увеличава;
в) разстоянието между неговите молекули намалява;
г) разстоянието между неговите молекули се увеличава.
2. Как ще се промени обемът на балона, ако го прехвърлим от студено в топло помещение? Защо?
3. Какво се случва с разстоянията между течните частици в термометъра в случай на застудяване?
4. Правилно ли е твърдението, че при нагряване тялото увеличава размера си, тъй като размерът на молекулите му се увеличава? Ако не, предложете преработената си версия.
5 . Защо температурата се посочва на прецизните измервателни уреди?
6. Спомнете си експеримента с медна топка, която се заби в пръстена поради нагряване (виж фиг. 2.32). Как са се променили поради нагряване: обемът на топката; неговата маса; плътност; средна скорост на движение на атомите?
7. След преминаването на парата от вряща вода през месинговата тръба дължината на тръбата се увеличава с 1,62 mm. Какъв е коефициентът на линейно разширение на месинг, ако при температура 15 0С
дължината на тръбата 1 m? Напомняме ви, че температурата на врящата вода е 100 ° C.
8. Платинената тел с дължина 1,5 m се съхранява при 0 °C. Поради преминаването на електрически ток проводникът се нагорещи и се удължи с 15 мм. До каква температура беше загрят?
9. Правоъгълен меден лист, чиито размери при температура 20°C са 60 cm x 50 cm, се нагрява до 600°C. Как се промени площта на листа?
- Експериментални задачи
1. Как, като имате таблет, чук, две скилидки, алкохолна лампа и пинсета, можете да покажете, че размерът на монета от 5 копейки се увеличава при нагряване? Извършете подходящия експеримент. Обяснете наблюдаваното явление.
2. Напълнете бутилката с вода, така че вътре да остане въздушен мехур. Загрейте бутилката в гореща вода. Гледайте как балонът променя размера си. Обяснете резултата..
Физика. 7 клас: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X .: ИК Ранок, 2007. - 192 с.: ил.
Съдържание на урока план на урока и опорна рамка презентация на урока интерактивни технологии ускорителни методи на преподаване Практика тестове, онлайн тестови задачи и упражнения домашни работи работилници и обучителни въпроси за дискусия в клас Илюстрации видео и аудио материали снимки, картини, графики, таблици, диаграми комикси, притчи, поговорки, кръстословици, анекдоти, вицове, цитати Добавки резюмета cheat sheets чипове за любопитни статии (MAN) литература основен и допълнителен речник на термините Подобряване на учебниците и уроците коригиране на грешки в учебника, замяна на остарели знания с нови Само за учители календарни планове учебни програми методически препоръкиВъздухът 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 (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:
