Схематический рисунок воды при нагревании: Свойства воды — урок. Окружающий мир, 3 класс.

Содержание

Окр мир 3 класс Как располагаются частицы воды при нагревании и охлаждении?

Поскольку животноводство занимается разведением животных, одомашненных человеком, то его главной задачей оказывается получение продуктов питания для человека.

То есть животноводство в первую очередь удовлетворяет потребности человека в пище.

Используются продукты животноводства и для получения одежды, для изготовления лекарств.

По фотографиям мы можем сделать вывод, что животноводство состоит из нескольких отдельных отраслей сельского хозяйства.

Это птицеводство, рыбоводство, пчеловодство, скотоводство и так далее. Каждая отдельная отрасль занимается разведением своих, особых животных, которые в разное время были одомашнены человеком.

Так пчеловодство занимается разведением пчел и продуктом пчеловодства оказывается мед. Рыбоводство разводит рыб, и ее продуктами оказывается мясо рыб и икра.

Алмазы шлифуют и разрезают алмазами. Для этого на медный диск приклеивают мелкие технические алмазы. И уже с его помощью обрабатывают ценные ювелирные камни. А для окончательной шлифовки используют пасту, содержащую совсем мелкие алмазы.

Греция представляется многим курортным раем, местом куда всегда хочется поехать отдыхать.

Греция — это многочисленные острова, раскиданные по поверхности Эгейского моря, в котором по преданиям когда-то утонула Атлантида, или ее прообраз.

Все эти большие и маленькие кусочки суши живописно украшены старинными развалинами.

Греция — это всегда теплое море и море цветов. Греки очень веселый и добродушный народ, хотя история страны помнит немало трагических эпизодов.

Древние города материковой Греции давно стали Меккой для туристов, потому что именно Греция считается колыбелью современной европейской цивилизации.

Греция страна небольшая, но именно поэтому создает впечатление игрушечной, такой ухоженной и красивой.

Торф считается полезным ископаемым и образуется он на моховых болотах.

Что же собой представляет торф?

Это масса полусгнивших растений, которая накапливается и накапливается год за годом. Если в обычной природной зоне, например степи или лесу, растительные останки попадают в почву и за один-два года полностью перегнивают, образуя перегной, то в болотах этот процесс идет намного дольше. Ведь избыток влаги не дает поступать к останкам кислороду из воздуха и они не перегнивают полностью.

Поэтому под лупой мы легко обнаруживаем в торфе останки полусгнивших растений. Узнать какому растению они принадлежат невозможно, но в основном это останки мхов.

Торф — является основным сокровищем многих болот. Образуется он, как и перегной, в основном из останков растений, но при иных условиях, чем например на лугу или в лесу.

Вода болота не пропускает к отмирающим останкам растений много кислорода, поэтому они не могут гнить, как растения на суше. Они накапливаются многие годы, веками, образуя толстый слой. В этом слое растения все-таки подвергаются процессу гниения, но не полному, поэтому такие останки еще называют не перегнившими.

Если растения в земле постепенно окончательно перегнивают, становятся минеральными веществами, то в торфе доля минеральных веществ значительно ниже, около 50%.

Торф — прекрасное удобрение и топливо, которое использует человек.

строение в различных агрегатных состояниях

Вода является источником жизни для всех живых организмов.

Молекула воды имеет уникальное строение. В ней удивительным образом сочетаются прочность и устойчивость кристаллической структуры (льда), и подвижность жидкого вещества.

В статье мы подробно рассмотрим особенности строения молекулы воды в различных агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном.

Какое строение имеет молекула воды

Долгое время химики считали воду простым соединением, не вступающим в сложные реакции.

Состав воды как сложного вещества был установлен Лавуазье в 1783 г.

Одна молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Химическая формула: H₂O

Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость. Они определяют химические и физические свойства соединений.

Молекула воды, картинка № 1

По форме молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода. Связь между атомом кислорода и атомами водорода полярная, т.к. кислород притягивает электроны сильнее, чем водород.

Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связями Н—О—Н равен 104,5°.

Молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса и поэтому в большинстве случаев ведёт себя как диполь (т.е. на одной стороне – положительный заряд, на другой – отрицательный)

Значения эффективных зарядов на атомах составляет ±0,17 от заряда электрона.

Водородная связь

В жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты за счёт особой химической связи, которая называется водородной.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность.

Водородная связь также играет важную роль в процессах растворения, поскольку растворимость зависит и от способности соединения давать водородные связи с растворителем. В результате содержащие ОН-группы такие вещества, как сахар, глюкоза, спирты, карбоновые кислоты, как правило, хорошо растворимы в воде.

На картинке № 2 показано образование димера воды с одной водородной связью.

Димер — это две молекулы Н2О, соединенные водородной связью. Связь между молекулами воды водородная.

Каждая молекула способна образовать четыре водородные связи: две между неподеленными электронными парами её атома кислорода и атомами водорода соседних молекул и ещё две – между атомами водорода и атомами кислорода двух других молекул.

Энергия водородной связи может изменяться от 17 до 33 кДж/моль.

Строение молекулы в различных агрегатных состояниях

Вода может быть в нескольких состояниях:

  1. Жидком. Это ее преимущественное состояние в нормальных условиях. Жидкая вода образует многочисленные реки, ручьи, озёра, Мировой океан.
  2. Твердом – это лед, а его кристаллы часто образуют иней или снег.
  3. Газообразном — водяной пар.

Существуют также и переходные состояния жидкости, которые возникают при замерзании или испарении.

Примечательно, что различные формы воды могут одновременно находиться рядом и даже взаимодействовать, например реки с ледниками, айсберги с морской водой, облака на небе с водяным паром.

Строение молекулы воды, водородная связь способствует расположению молекул воды. Рассмотрим особенности каждого агрегатного состояния по отдельности.

Лед

Представляет собой твердое состояние воды.

Молекулы воды образуют слои, причём каждая молекула связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя. Расстояние между атомами кислорода ближайших молекул равно 0,276 нм.

Атом кислорода связан с четырьмя атомами водорода: с двумя, расположенными на расстоянии 0,096 — 0,102 нм посредством валентных связей, и с двумя другими, находящимися на расстоянии 0,174 — 0,180 нм посредством водородных связей.

Жидкая вода

В отличие от структуры льда структура жидкой воды исследована ещё недостаточно.

Предполагается, что жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

В результате изучения молекулы воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей было видно, что при температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах.

При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Водяной пар

Это газообразное агрегатное состояние воды.

При данном состоянии молекула воды не имеет структуры и состоит преимущественно из мономерных молекул воды, которые находятся на расстояние относительно друг друга.

Из чего состоит вода

При обычных условиях вода выглядит как прозрачная жидкость. У нее отсутствуют вкус и запах. При небольшой толщине слоя не наблюдается даже цвета.

Вода является отличным растворителем. В природе в ней постоянно находятся растворенные газы и соли. При соединении атомов кислорода с водородом получается молекула воды. Поскольку более сильными являются водородные соединения, то, когда происходит их разрыв, они прикрепляются к иным веществам, помогая тем растворяться.

Из-за своего малого размера каждую молекулу растворенного вещества окружают очень много молекул воды. Благодаря этому в ней присутствуют отрицательные и положительные ионы.

Чистая вода является еще и хорошим изолятором с концентрацией протонов и гидроксильных ионов в количестве 10-7 моль/л, это позволяет ей проводить электричество. Именно по ее электропроводности можно оценивать чистоту жидкости.

При взаимодействии с другими веществами состав воды не изменяется, что играет особую роль в жизни любого живого организма. Ведь очень важно, чтобы жидкостные растворы, через которые в организм поступают полезные вещества, не изменялись.

Кроме того, вода хорошо поглощает инфракрасное и микроволновое излучение, а также способна хранить в себе память о веществах, которые были в ней растворены.

Элементы

Проходя гидрологический цикл: испарение, конденсацию и выпадение в виде осадков вода может дополняться разными химическими элементами, которые можно разделить на 6 категорий. Рассмотрим информацию в таблице № 1.

Таблица № 1 «Элементы, которые могут входить в состав воды».

Ионы Na, K, Mg, Ca, анионы: Cl, HCO3 и SO4. Эти компоненты находятся в воде в наибольшем, по сравнению с другими, количестве.
Растворенные газы Кислород, азот, сероводород, углекислый газ и прочие. Количество каждого газа в воде напрямую зависит от ее температуры.
Биогенные элементы Главными из них являются фосфор и азот, которые поступают в жидкость из осадков
Микроэлементы Их насчитывается около 30 видов: бром, селен, медь, цинк и т. д. Показатели их в составе воды очень малы и колеблются от 0,1 до микрограмма на 1 литр.
Органические вещества Спирты, углеводы, альдегиды, фенолы, пептиды и прочее.
Токсины Тяжелые металлы и продукты нефтепереработки.

В настоящий момент доступны специальные методы очистки, которые эффективно борются с вредными химическими соединениями.

Вода также может содержать в себе магний и катионы кальция. В зависимости от этого ее подразделяют на мягкую и жесткую.

По изотопам водорода в молекуле воды можно говорить о легкой воде, тяжелой и сверхтяжелой воде.

Подводим итоги

Вода необходима для жизни всего живого на Земле. Она участвует в мировом круговороте воды в природе. Благодаря испарению с поверхности водоемов, почвы, растений образуются облака. Затем они выпадают в виде дождя, снега, града, питая собой подземные воды и родники. Родниковые воды по рекам попадает в море.

Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе.

Уникальное строение молекулы воды помогает ей трансформироваться в три агрегатных состояния.

При замерзании воды ее молекулы собираются в небольшие группы. При испарении находится на расстоянии относительно друг друга. Жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

Список литературы

  1. Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
  2. Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016

Физика 8 Перышкин Учебник | Частная школа. 8 класс

Физика 8 Перышкин Учебник

Физика 8 Перышкин Учебник — это конспекты уроков по пособию для учащихся «Физика 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений / А.В. Перышкин — М.: Дрофа, 2013». Цитаты из пособия использованы в учебных и информационных целях.

При постоянном использовании материалов учебника рекомендуем купить книгу: Александр Перышкин: Физика. 8 класс. Учебник. Вертикаль, 2019 год


 


1. ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ. ТЕМПЕРАТУРА

Примеры тепловых явлений: а — таяние льда; б — замерзание воды

В окружающем нас мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел. Мы знаем, что при нагревании холодная вода вначале становится тёплой, а затем горячей.

Такими словами, как «холодный», «тёплый» и «горячий», мы указываем на различную степень нагретости тел, или, как говорят в физике, на различную температуру тел. Температура горячей воды выше температуры холодной. Температура воздуха летом выше, чем зимой.

Температуру тел измеряют с помощью термометра и выражают в градусах Цельсия (°С).

Вам уже известно, что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Это означает, что скорость движения молекул и температура связаны между собой. При повышении температуры скорость движения молекул увеличивается, при понижении — уменьшается.

Следовательно, температура тела зависит от скорости движения молекул.

Тёплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная. Разница между ними заключается лишь в скорости движения молекул.

Явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры, называются тепловыми. К таким явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др. 22 молекул. Каждая молекула движется по очень сложной траектории. Это связано с тем, что, например, частицы газа, движущиеся с большими скоростями в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. В результате этого они изменяют свою скорость и снова продолжают движение. На рисунке 1 изображены траектории движения микроскопических частиц краски, растворённой в воде.

Поскольку со скоростью движения молекул тела связана его температура, беспорядочное движение частиц называют тепловым движением.

В жидкостях молекулы могут колебаться, вращаться и перемещаться относительно друг друга. В твёрдых телах молекулы и атомы колеблются около некоторых средних положений.

В тепловом движении участвуют все молекулы тела, поэтому с изменением характера теплового движения изменяется и состояние тела, его свойства. Так, при повышении температуры лёд начинает таять, превращаясь в жидкость. Если понижать температуру, например, ртути, то она из жидкости превращается в твёрдое тело.

Температура тела находится в тесной связи со средней кинетической энергией молекул. Чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул. При понижении температуры тела средняя кинетическая энергия его молекул уменьшается.

Вопросы

  1. Какие тепловые явления вы знаете? 2. Что характеризует температура? 3. Как связана температура тела со скоростью движения его молекул? 4. Чем отличается движение молекул в газах, жидкостях и твёрдых телах?

2. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ

При изучении физики рассматриваются механические, тепловые, световые, электрические и другие явления. С некоторыми механическими явлениями мы уже познакомились. Известно также, что существует два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.

Всякое движущееся тело обладает кинетической энергией. Так, например, кинетической энергией обладает летящая птица, движущиеся самолёт, мяч, текущая вода и т. д. Кинетическая энергия тела зависит от его массы и от скорости движения тела.

Потенциальная энергия определяется взаимным положением взаимодействующих тел или его отдельных частей. Например, потенциальной энергией обладают поднятый над землёй камень, сжатая или растянутая пружина и т. д.

Кинетическая и потенциальная энергия — это два вида механической энергии, они могут превращаться друг в друга. Как же происходит превращение одного вида энергии в другой?

Свинцовый шар, лежащий на свинцовой плите, поднимем вверх и отпустим (рис. 2, а). При падении скорость шара увеличивается, а высота подъёма уменьшается. Следовательно, его кинетическая энергия возрастает, а потенциальная уменьшается. Это значит, что происходит превращение потенциальной энергии шара в кинетическую. После того как шар ударится о свинцовую плиту, он остановится (рис. 2, б). Его кинетическая и потенциальная энергия будут равны нулю.

Значит ли это, что механическая энергия, которой обладал шар, бесследно исчезла? По-видимому, нет.

Механическая энергия превратилась в другую форму энергии. Что же представляет собой эта другая форма энергии? Рассмотрим шар и плиту после удара. Оказывается, что шар немного сплюснулся, а на плите возникла небольшая вмятина. Шар и плита при ударе деформировались. Измерим температуру шара и плиты сразу после удара. Мы заметим, что они нагрелись.

Таким образом, в результате удара шара о плиту изменилось состояние этих тел — они деформировались и нагрелись. Но если изменилось состояние тел, то изменилась и энергия частиц, из которых состоят тела. Действительно, мы знаем, что при нагревании тела увеличивается средняя скорость движения молекул. Значит, увеличивается их средняя кинетическая энергия. Молекулы обладают также и потенциальной энергией. Ведь они взаимодействуют друг с другом: притягиваются, а при дальнейшем сближении — отталкиваются. Когда тело деформировалось, то изменилось взаимное расположение его молекул, а значит, изменилась и их потенциальная энергия.

Итак, при соударении изменилась и кинетическая, и потенциальная энергия молекул свинца. Следовательно, механическая энергия, которой обладал шар в начале опыта, не исчезла. Она перешла в энергию молекул.

Кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела.

При изучении тепловых явлений учитывают только энергию молекул, потому что главным образом она изменяется в этих явлениях. В дальнейшем, рассматривая внутреннюю энергию тела, мы будем понимать под ней кинетическую энергию теплового движения и потенциальную энергию взаимодействия молекул тела.

Вернёмся к опыту со свинцовым шаром и плитой (см. рис. 2). При остановке шара механическое движение прекращается, но зато усиливается беспорядочное (тепловое) движение его молекул. Механическая энергия превращается во внутреннюю энергию шара.

Итак, кроме механической энергии, существует ещё один вид энергии. Это внутренняя энергия тела.

Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и других факторов. (Более подробно это будет изучено в 10 классе.)

Поднимем тело, например мяч, над столом. При этом расстояние между молекулами мяча не меняется. Значит, не меняется и потенциальная энергия взаимодействия молекул. Следовательно, поднимая мяч, мы не изменяем его внутреннюю энергию.

Будем двигать мяч относительно стола. От этого его внутренняя энергия также не изменится.

Следовательно, внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.

Тело, имея некоторый запас внутренней энергии, одновременно может обладать и механической энергией. Например, пуля, летящая на некоторой высоте над землёй, кроме внутренней энергии, обладает ещё и механической энергией — потенциальной и кинетической.

Кинетическая и потенциальная энергия одной молекулы — очень маленькая величина, ведь масса молекулы мала. Поскольку в теле содержится множество молекул, то внутренняя энергия тела, равная сумме энергий всех молекул, достаточно велика.

Вопросы

  1. Какие превращения энергии происходят при подъёме шара и при его падении? 2. Как изменяется состояние свинцового шара и свинцовой плиты в результате их соударения? 3 Какую энергию называют внутренней энергией тела? 4 Зависит ли внутренняя энергия тела от его движения и положения относительно других тел?

УПРАЖНЕНИЕ 1

  1. Какими видами механической энергии обладают молекулы вещества вследствие своего движения?
  2. Какое тело обладает большей внутренней энергией: кусок льда при температуре О °С или полученная из этого куска льда вода при О °С?

ЗАДАНИЕ

Положите мячик на край стола. Столкните его. Объясните, почему мячик при отскоке не смог подняться до уровня стола.

3. СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА

Внутренняя энергия тела не является какой-то постоянной величиной. У одного и того же тела она может изменяться.

При повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, так как увеличивается средняя скорость движения молекул.  Следовательно, возрастает кинетическая энергия молекул этого тела. С понижением температуры, наоборот, внутренняя энергия тела уменьшается.

Таким образом, внутренняя энергия тела меняется при изменении скорости движения молекул.

Попытаемся выяснить, каким способом можно увеличить или уменьшить скорость движения молекул. Для этого проделаем следующий опыт. Укрепим тонкостенную латунную трубку на подставке (рис. 3). Нальём в трубку немного эфира и закроем пробкой. Затем трубку обовьём верёвкой и начнём быстро двигать её то в одну сторону, то в другую. Через некоторое время эфир закипит, и пар вытолкнет пробку. Опыт показывает, что внутренняя энергия эфира увеличилась: ведь он нагрелся и даже закипел.

Увеличение внутренней энергии произошло в результате совершения работы при натирании трубки верёвкой.

Нагревание тел происходит также при ударах, разгибании и сгибании, т. е. при деформации. Внутренняя энергия тела во всех приведённых примерах увеличивается.

Следовательно, внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом работу.

Если же работу совершает само тело, то его внутренняя энергия уменьшается.

Проделаем следующий опыт. В толстостенный стеклянный сосуд, закрытый пробкой, накачаем воздух через специальное отверстие в ней (рис. 4).

Через некоторое время пробка выскочит из сосуда. В момент, когда пробка выскакивает из сосуда, образуется туман. Его появление означает, что воздух в сосуде стал холоднее. Находящийся в сосуде сжатый воздух, выталкивая пробку, совершает работу. Эту работу он совершает за счёт своей внутренней энергии, которая при этом уменьшается. Судить об уменьшении внутренней энергии можно по охлаждению воздуха в сосуде. Итак, внутреннюю энергию тела можно изменить путём совершения работы.

Внутреннюю энергию тела можно изменить и другим способом, без совершения работы. Например, вода в чайнике, поставленном на плиту, закипает. Воздух и различные предметы в комнате нагреваются от радиатора центрального отопления, крыши домов нагреваются лучами солнца и т. п. Во всех этих случаях повышается температура тел, а значит, увеличивается их внутренняя энергия. Но при этом работа не совершается.

Значит, изменение внутренней энергии может происходить не только в результате совершения работы.

Как можно объяснить увеличение внутренней энергии в этих случаях?

Рассмотрим следующий пример.

Опустим в стакан с горячей водой металлическую спицу. Кинетическая энергия молекул горячей воды больше кинетической энергии частиц холодного металла. Молекулы горячей воды при взаимодействии с частицами холодного металла будут передавать им часть своей кинетической энергии. В результате этого энергия молекул воды в среднем будет уменьшаться, а энергия частиц металла будет увеличиваться. Температура воды уменьшится, а температура металлической спицы постепенно увеличится. Через некоторое время их температуры выравниваются. Этот опыт демонстрирует изменение внутренней энергии тел.

Итак, внутреннюю энергию тел можно изменить путём теплопередачи.

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей.

Теплопередача всегда происходит в определённом направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. Когда температуры тел выравнивается, теплопередача прекращается.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершая механическую работу или теплопередачей. Теплопередача, в свою очередь, может осуществляться: 1) теплопроводностью’, 2) конвекцией; 3) излучением.

Вопросы

  1. Пользуясь рисунком 3, расскажите, как изменяется внутренняя энергия тела, когда над ним совершают работу. 2. Опишите опыт, показывающий, что за счёт внутренней энергии тело может совершить работу. 3. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела способом теплопередачи. 4. Объясните на основе молекулярного строения вещества нагревание спицы, опущенной в горячую воду. 5. Что такое теплопередача? 6. Какими двумя способами можно изменить внутреннюю энергию тела?
  2. Сила трения совершает над телом работу. Меняется ли при этом внутренняя энергия тела? По каким признакам можно судить об этом?
  3. При быстром спуске по канату нагреваются руки. Объясните, почему это происходит.

ЗАДАНИЕ

Положите монету на лист фанеры или деревянную доску. Прижмите монету к доске и двигайте её быстро то в одну, то в другую сторону. Заметьте, сколько раз надо передвинуть монету, чтобы она стала тёплой, горячей. Сделайте вывод о связи между выполненной работой и увеличением внутренней энергии тела.

4. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

В предыдущем параграфе мы выяснили, что при опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твёрдыми телами, жидкостью и газом.

Внесём в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесём к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность.

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Рассмотрим передачу тепла от одной части твёрдого тела к другой на следующем опыте.

Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться (рис. 5). Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д.

Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и станем нагревать её верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 6). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов.

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твёрдых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 7). Палец при этом долго не почувствует тепла.

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.

Итак, теплопроводность у различных веществ различна.

Опыт, изображённый на рисунке 8, показывает, что теплопроводность у различных металлов неодинакова.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобождённое от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из брёвен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняющих помещения от охлаждения.

Вопросы

  1. Как происходит передача энергии по металлической проволоке?
  2. Объясните опыт (см. рис. 8), показывающий, что теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали.
  3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?
  4. Почему мех, пух, перья на теле животных и птиц, а также одежда человека защищают от холода?

УПРАЖНЕНИЕ 3

  1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания?
  2. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок. Чем объяснить такую разницу?
  3. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?
  4. Почему выражение «шуба греет» неверно?

ЗАДАНИЕ

Возьмите чашку с горячей водой и одновременно опустите в воду металлическую и деревянную ложки. Какая из ложек быстрее нагреется? Каким способом осуществляется теплообмен между водой и ложками? Как изменяется внутренняя энергия воды и ложек?

5. КОНВЕКЦИЯ

Помещая руку над горячей плитой или над горящей электрической лампочкой, можно почувствовать, что над ними поднимаются тёплые струи воздуха.

Небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться (рис. 9, а).

Это явление можно объяснить таким образом. Воздух, соприкасаясь с тёплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на тёплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, которая действует на тёплый воздух. В результате нагретый воздух «всплывает», поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.

Такие же явления мы наблюдаем и при нагревании жидкости снизу. Нагретые слои жидкости — менее плотные и поэтому более лёгкие — вытесняются вверх более тяжёлыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь, нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается. Этот процесс становится наглядным, если на дно колбы бросить несколько кристалликов марганцовокислого калия, который окрашивает струи воды в фиолетовый цвет (рис. 9, б).

В описанных опытах мы наблюдали ещё один вид теплопередачи, называемый конвекция (от лат. конвекцио — перенесение).

Следует помнить, что при конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.

Так, например, в отапливаемой комнате благодаря конвекции поток тёплого воздуха поднимается вверх, а холодного опускается вниз (рис. 10). Поэтому у потолка воздух всегда теплее, чем вблизи пола.

Различают два вида конвекции: естественную (или свободную) и вынужденную. Так, нагревание жидкости, а также воздуха в комнате являются примерами естественной конвекции. Вынужденная конвекция наблюдается, если перемешивать жидкость мешалкой, ложкой, насосом и т. д.

Если жидкости и газы прогревать не снизу, а сверху (см. рис. 6, 7), то конвекция не происходит. Нагретые слои не могут опуститься ниже холодных, более тяжёлых.

Следовательно, для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу.

Конвекция в твёрдых телах происходить не может. Вам уже известно, что частицы в твёрдых телах колеблются около определённой точки, удерживаемые сильным взаимным притяжением. В связи с этим при нагревании твёрдых тел в них не могут образовываться потоки вещества. Энергия в твёрдых телах может передаваться теплопроводностью.

Вопросы

1. Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой. 2. Объясните, как происходит нагревание воды в колбе, поставленной на огонь. 3. В чём состоит явление конвекции? 4. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной? 5. Почему жидкости и газы нагревают снизу? 6. Почему конвекция невозможна в твёрдых телах?

УПРАЖНЕНИЕ 4

  1. Почему подвал — самое холодное место в доме?
  2. Почему форточки для проветривания комнат помещают в верхней части окна, а радиаторы — у пола?
  3. Каким способом охлаждается воздух в комнате зимой при открытой форточке?

ЗАДАНИЕ

■ Включите настольную лампу и расположите над ней маленькую пушинку. Опишите, что вы наблюдаете. Объясните, с каким видом теплопередачи связано наблюдаемое явление.

Это любопытно…

Примеры конвекции в природе и технике

Ветры. В атмосфере Земли вследствие неодинакового нагрева воздуха в жарком поясе и в полярных областях возникает мощное конвекционное движение воздуха, образующее постоянно дующие ветры.

Одной из причин образования пассатов — ветров, дующих от субтропических областей к экватору, — является неравномерное нагревание земной поверхности солнцем. Средняя годовая температура на экваторе Земли на 50 °С выше, чем на её полюсах. В экваториальной зоне Земли нагретый воздух поднимается вверх. На его место с севера и юга притекает холодный воздух. Его движение и есть пассат. Потоки холодного воздуха вследствие вращения Земли движутся не вдоль меридиана, а отклоняются. В связи с этим в Северном полушарии пассаты имеют северо-восточное направление, а в Южном — юго-восточное.

Ветры вызывают образование океанических течений. Постоянно дующий в одном направлении ветер приводит в движение верхние слои воды. Они перемещаются в сторону ветра. Тёплые и холодные океанические течения могут служить примерами вынужденной конвекции.

Возникновение ветра на берегах морей — бриза — также объясняется конвекцией. В летние дни суша нагревается солнцем сильнее, чем вода в море. Нагревшийся от суши воздух поднимается вверх. Это происходит потому, что плотность воздуха уменьшается и давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем.

На место тёплого воздуха с моря приходит более прохладный. Днём ветер дует поэтому с моря на сушу (дневной бриз). Ночью, наоборот, поверхность суши остывает быстрее, чем вода в море. Ветер меняет своё направление — дует с суши на море (ночной бриз).

Тяга. Вы знаете, что горение топлива без притока свежего воздуха невозможно. Горение топлива прекратится, если в трубу самовара, камина не будет поступать воздух. На практике используют естественный приток воздуха — тягу. На фабриках и заводах, на электростанциях, в котельных установках для усиления тяги устанавливают трубу (рис. 11). Воздух в трубе при горении нагревается, а значит, его плотность уменьшается. Следовательно, давление воздуха, находящегося в топке и трубе, становится меньше давления наружного воздуха. Возникает разность давлений. Вследствие разницы давлений холодный воздух поступает в топку, а тёплый поднимается вверх. Возникает тяга, которая усиливается при увеличении высоты трубы.

Отопление и охлаждение жилых помещений. В современных зданиях устанавливают водяное отопление. По всему зданию проводят систему распределительных труб, а от них вниз идут вертикальные трубы, которые проходят через комнаты здания.

Из этих труб вода поступает в отопительные батареи. Вода отдаёт им своё тепло и возвращается в котёл, где снова нагревается. Так происходит циркуляция воды и прогревание воздуха за счёт конвекции.

Сегодня многие помещения оснащены кондиционерами, которые при необходимости могут не только нагревать помещение, но и охлаждать его.

6. ИЗЛУЧЕНИЕ

Вам хорошо известно, что основным источником тепла на Земле является Солнце. Каким же образом передаётся тепло от Солнца? Ведь Земля находится от него на расстоянии 15 • 107 км. Всё это пространство за пределами нашей атмосферы содержит очень разреженное вещество.

Как известно, в вакууме перенос энергии путём теплопроводности невозможен. Не может происходить он и за счёт конвекции. Следовательно, существует ещё один вид теплопередачи.

Изучим этот вид теплопередачи с помощью опыта. Соединим жидкостный манометр при помощи резиновой трубки с теплоприёмником (рис. 12).

Если к тёмной поверхности теплоприёмника поднести кусок металла, нагретый до высокой температуры, то уровень жидкости в колене манометра, соединённом с теплоприёмником, понизится (рис. 12, а). Очевидно, воздух в теплоприёмнике нагрелся и расширился. Быстрое нагревание воздуха в теплоприёмнике можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела.

Энергия в данном случае передавалась не теплопроводностью. Ведь между нагретым телом и теплоприёмником находился воздух — плохой проводник тепла. Конвекция здесь также не может наблюдаться, поскольку тепло-приёмник находится рядом с нагретым телом, а не над ним. Следовательно, в данном случае передача энергии происходит путём излучения.

Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи. Она может осуществляться в полном вакууме.

Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например, тело человека, печь, электрическая лампочка и др. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передаёт оно путём излучения. При этом энергия частично поглощается окружающими телами, а частично отражается. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.

Если повернуть теплоприёмник к нагретому металлическому телу сначала тёмной, а затем светлой стороной, то столбик жидкости в колене манометра, соединённом с теплоприёмником, в первом случае (см. рис. 12, а) понизится, а во втором (рис. 12, б) повысится. Это показывает, что тела с тёмной поверхностью лучше поглощают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

В то же время тела с тёмной поверхностью охлаждаются быстрее путём излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше сохраняет высокую температуру, чем в тёмном.

Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется на практике. Так, поверхность воздушных метеозондов, крылья самолётов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. Если же, наоборот, необходимо использовать солнечную энергию, например в приборах, установленных на искусственных спутниках Земли, то эти части приборов окрашивают в тёмный цвет.

Вопросы

  1. Как на опыте показать передачу энергии излучением? 2. Какие тела лучше, а какие хуже поглощают энергию излучения? 3. Как учитывает человек на практике различную способность тел поглощать энергию излучения?

УПРАЖНЕНИЕ 5

  1. Летом воздух в здании нагревается, получая энергию различными способами: через стены, через открытое окно, в которое входит тёплый воздух, через стекло, которое пропускает солнечную энергию. С каким видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?
  2. Приведите примеры, показывающие, что тела с тёмной поверхностью сильнее нагреваются излучением, чем со светлой.
  3. Почему можно утверждать, что от Солнца к Земле энергия не может передаваться конвекцией и теплопроводностью? Каким способом она передаётся?

ЗАДАНИЕ

■ С помощью уличного термометра измерьте температуру сначала на солнечной стороне дома, затем на теневой. Объясните, почему различаются показания термометра.

Это любопытно…

Термос. Часто бывает необходимо сохранить пищу горячей или холодной. Чтобы помешать телу охладиться или нагреться, нужно уменьшить теплопередачу. При этом стремятся сделать так, чтобы энергия не передавалась ни одним видом теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией, излучением. В этих целях используют термос (рис. 13).

Он состоит из стеклянного сосуда 4 с двойными стенками. Внутренняя поверхность стенок покрыта блестящим металлическим сло

Школьный этап 2020 олимпиады по физике 7-11 класс ВОШ ответы и задания

Сохраните:

Всероссийская олимпиада школьников по физике школьный этап 2020-2021 учебный год, ответы и задания для 7,8,9,10,11 класса (ВсОШ), официальная дата проведения в Москве: 24. 09.2020 (24 сентября 2020 год).

Ответы и задания 7 класс школьный этап 2020 по физике ВОШ:

Ссылка для скачивания заданий для 7 класса: скачать задания

Ссылка для скачивания ответов и решений для 7 класса: скачать ответы

1)Переведите в СИ: 36 км/ч, 15 дм.

Ответ: 10 м/с; 1,5 м 

2)На рисунке изображена линейка с двумя шкалами. Какова цена деления верхней сантиметровой шкалы (обозначена «см») и нижней дюймовой шкалы (обозначена «inch»)?

Ответ: 1 мм, 1/16 дюйма 

3)В частично заполненную водой мензурку (см. рисунок) начали тонкой струйкой доливать жидкость со скоростью 120 миллилитров (мл) в минуту. Через какое время мензурка наполнится до края?

Ответ: 15 секунд 

4)Доктор Ватсон и Шерлок Холмс спешат навстречу друг другу со скоростями 18 км/ч и 7 м/с соответственно. Через какое время встретятся друзья, если первоначально расстояние между ними составляло 240 м?

Ответ: 20 с 

5)С какой примерно скоростью Земля движется по орбите вокруг Солнца? Расстояние от Земли до Солнца 150 000 000 км, орбиту для оценки считайте круговой. Длина окружности радиусом R равна 2πR, где π » 3,14.

Ответ: 30 км/с 

Японская система мер и весов называется Сякканхо́. Она возникла при китайской династии Шан в XIII веке до н.э. и впоследствии получила своё развитие в Японии. В Сякканхо 1 Бу равен 3 мм. В 1 Тё содержится 60 Кэн и это равно 109 метрам. 1 Цубо приблизительно равен 1 квадратному Кэн (Кэн2).

6)Чему равен 1 Цубо в системе СИ? Ответ округлите до десятых долей.

Ответ: 3,3

7)Сколько Цубо содержится в 1 квадратном Тё (Тё2)? Ответ округлите до целого числа.

Ответ: 3600

8)Сколько квадратных Бу (Бу2) содержится в 1 квадратном Тё (Тё2). Ответ поделите на миллион и округлите до целого числа.

Ответ: 1320

Алиса и Боб стояли рядом на длинном мосту через реку. Расстояние от них до одного из концов моста было в 2,6 раза больше, чем до другого конца. Затем они одновременно пошли с одинаковыми скоростями к противоположным концам моста. Велосипедист, ехавший через мост, на одном конце моста встретил Алису, а на другом конце догнал Боба.

9)В сколько раз скорость велосипедиста больше скорости Алисы и Боба? Ответ округлите до сотых долей.

Ответ: 2,25

10)На каком расстоянии от моста находился велосипедист в момент начала движения Алисы и Боба, если длина моста равна 144 м? Ответ выразите в метрах, округлите до целого числа.

Ответ: 90

Джейк и Бимо начинают одновременно идти навстречу друг другу со скоростями 2 м/с и 1 м/c соответственно. Фин сначала находится посередине между ними.

11)С какой скоростью должен бежать Фин, чтобы скорость его сближения с Бимо была в 2 раза больше скорости удаления друг от друга Фина и Джейка? Ответ выразите в м/с, округлите до целого числа.

Ответ: 5

12)Бимо встретился с Фином через 95 секунд после начала своего движения, а с Джейком – через 3 минуты. Насколько позже стартовал Фин? Ответ выразите в минутах, округлите до целого числа.

Ответ: 1

13)На каком расстоянии друг от друга первоначально находились Бимо и Джейк? Ответ выразите в метрах, округлите до целого числа.

Ответ: 540

Ответы и задания 8 класс школьный этап 2020 по физике ВОШ:

Ссылка для скачивания заданий для 8 класса: скачать задания

Ссылка для скачивания ответов и решений для 8 класса: скачать ответы

1)Для того чтобы удерживать пружину растянутой на величину Dx, нужно приложить к её концу силу F. Какую силу F1 нужно приложить к трём таким пружинам, соединённым параллельно (см. рисунок), чтобы каждая пружина была растянута на величину Dx? Какую силу F2 нужно приложить к трём таким пружинам, соединённым последовательно (см. рисунок), чтобы каждая пружина была растянута на величину Dx?

Ответ: F1 = 3F, F2 = F

2)Все реальные тела под действием внешних сил деформируются. Какое давление оказывает очень лёгкий шарик на поверхность стола под действием внешней силы 2 кН, направленной перпендикулярно поверхности, если площадь контакта шарика и стола равна 0,01 мм2? Силой тяжести можно пренебречь.

Ответ: 2·1011 Па 

4)Через лёгкий блок переброшена невесомая верёвка, на концах которой закреплены два тела массами m и 2m. Более тяжёлое тело частично погружено в жидкость. Система находится в равновесии, трение отсутствует. Найдите модуль силы Архимеда, которая действует на тело массой 2m.

Ответ: mg 

5)Вблизи вершины горы Фудзияма ползёт улитка со скоростью 0,04 км/ч, а автомобиль у подножия этой горы едет со скоростью 100 км/ч. Масса улитки 10 г, масса автомобиля 1,5 тонны, высота горы 3770 м. У кого механическая энергия (относительно подножия Фудзиямы) больше?

Ответ: у автомобиля 

Тело движется вдоль прямой, не изменяя направления своего движения. На рисунке приведён график зависимости модуля скорости тела от пройденного им пути.

6)За какое время тело прошло путь 16 м? Ответ выразите в секундах, округлите до целого числа.

Ответ: 5

7)Чему равна средняя скорость тела за первые 3 с его движения? Ответ выразите в м/с, округлите до десятых долей.

Ответ: 3,3

8)Чему равна средняя скорость тела на второй половине пройденного им пути? Ответ выразите в м/с, округлите до десятых долей.

Ответ: 2,7

Кусок однородной проволоки согнули в виде буквы Г так, что длинный и короткий участки этой фигуры имеют длины 48 см и 16 см. К согнутой проволоке прикрепили нить в одной точке, а другой конец этой нити привязали к штативу. При этом проволочная фигура висит так, что её длинный участок горизонтален.

9)На каком расстоянии от места изгиба проволоки находится точка прикрепления к ней нити? Ответ выразите в см, округлите до целого числа.

Ответ: 18

10)Чему равен модуль силы натяжения нити, если 1 метр этой проволоки имеет массу 40 г? Модуль ускорения свободного падения считайте равным 10 Н/кг. Ответ выразите в мН, округлите до целого числа.

Ответ: 256

Тело, подвешенное к пружинному динамометру, полностью погрузили в цилиндрический сосуд с водой, площадь поперечного сечения которого равна 100 см2. В результате этого давление на дно сосуда увеличилось на 400 Па. Показание динамометра в случае погружённого в воду тела было 6 Н. Ускорение свободного падения равно 10 Н/кг. Плотность воды 1000 кг/м3.

11)Найдите массу тела. Ответ выразите в килограммах, округлите до целого числа.

Ответ: 1

12)Чему равна средняя плотность тела? Ответ выразите в кг/м3, округлите до целого числа.

Ответ: 2500

13)В сосуде смешали три разные жидкости, причём объём смеси оказался равным сумме объёмов жидкостей до смешивания. Плотность первой жидкости равна 400 кг/м3, а её масса равна одной трети массы всего содержимого сосуда. Плотность второй жидкости равна 900 кг/м3, а её объём составляет одну треть от объёма всего содержимого. Третья жидкость такова, что её плотность равна средней плотности всего содержимого сосуда. Найдите плотность третьей жидкости. Ответ выразите в кг/м3, округлите до целого числа.

Ответ: 600

Ответы и задания 9 класс школьный этап 2020 по физике ВОШ:

Ссылка для скачивания заданий для 9 класса: скачать задания

Ссылка для скачивания ответов и решений для 9 класса: скачать ответы

1)Точечное тело движется вдоль оси X. На рисунке представлен график зависимости координаты X этого тела от времени t. Какой путь прошло тело за 6 с движения?

Ответ: 26 м 

2)В лаборатории есть две одинаковые невесомые пружины. Первую пружину прикрепили левым концом к стене, а к правому концу приложили силу 2F, направленную вдоль пружины. Вторую пружину растянули с двух концов, действуя на них в противоположные стороны одинаковыми силами F. Сила упругости

Ответ: больше у первой пружины 

3)В сосуде с ртутью плавает стальной шарик. Как изменится глубина погружения шарика в ртуть, если сверху на ртуть налить воду? Ртуть и вода не смешиваются друг с другом.

Ответ: уменьшится 

4)В калориметр, содержащий 200 г льда при температуре –15 C, налили 1 литр воды при температуре +85 C. Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг C), удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг C), удельная теплота плавления льда 340 кДж/кг. После установления теплового равновесия в калориметре будет находиться

Ответ: только вода 

5)Сопротивления всех резисторов в цепи, схема которой показана на рисунке, одинаковы. Напряжение идеальной батарейки равно 3 В, а идеальный амперметр показывает силу тока 10 мA. Чему равно сопротивление одного резистора?

Ответ:150 Ом 

Тело движется вдоль прямой, не изменяя направления своего движения. На рисунке приведён график зависимости модуля скорости тела от пройденного им пути.

6)За какое время тело прошло путь 8 м? Ответ выразите в секундах, округлите до десятых долей.

Ответ: 2,5

7)Чему равна средняя скорость тела за первые 2 с его движения? Ответ выразите в м/с, округлите до целого числа.

Ответ: 3

8)Чему равна средняя скорость тела на первой половине пройденного им пути? Ответ выразите в м/с, округлите до десятых долей.

Ответ: 2,4

9)В 1648 году Блез Паскаль продемонстрировал опыт, результат которого может показаться весьма неожиданным. Он вставил в закрытую бочку, полностью наполненную водой, длинную узкую вертикальную трубку и, поднявшись на балкон дома, влил в эту трубку всего лишь одну кружку воды. До вливания воды трубка была пустая. Из-за малой толщины трубки вода в ней поднялась до большой высоты, и давление в бочке увеличилось настолько, что крепления бочки не выдержали, и она треснула. Предположим, что внутренний радиус трубки в опыте Паскаля был равен 4 мм, а давление в бочке после вливания в трубку кружки воды оказалось больше атмосферного давления на 80000 Па. Чему был равен объём воды в кружке? Плотность воды 1000 кг/м3, ускорение свободного падения 10 Н/кг. Ответ выразите в литрах и округлите до десятых долей.

Ответ: 0,4

10)При приготовлении морса замороженную клюкву насыпали в кипящую воду. После этого температура воды упала до t1 = 89 C. Во сколько раз масса воды была больше массы клюквы? Поскольку ягоды клюквы маленькие, они размораживаются очень быстро, поэтому теплообмен воды с окружающей средой можно не учитывать. Начальная температура клюквы t2 = –18 C. Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг C), удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг C), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг. Клюкву можно считать полностью состоящей из воды, так как эта ягода содержит очень много жидкости. Ответ округлите до целого числа.

Ответ: 16

Электрическая цепь, схема которой показана на рисунке, состоит из идеальной батарейки, шести одинаковых резисторов и идеального амперметра. Сопротивление R одного резистора равно 1 кОм. Напряжение на выводах батарейки равно 3 В.

11)Что показывает амперметр? Ответ выразите в миллиамперах, округлите до десятых долей.

Ответ: 1,5

12)Определите суммарную мощность, выделяющуюся во всех резисторах. Ответ выразите в милливаттах, округлите до десятых долей.

Ответ: 22,5

13)Амперметр заменили на идеальный вольтметр. Найдите показание этого вольтметра. Ответ выразите в вольтах, округлите до целого числа.

Ответ: 3

В большой комнате на стене висит высокое прямоугольное зеркало шириной 2 м. На расстоянии 1 м от этой стены и 2 м от вертикального края зеркала (если измерять вдоль стены) стоит человек А. Он начинает двигаться со скоростью 1 м/с в сторону зеркала параллельно стене, на которой оно висит. В этот же момент человек В, который находится на расстоянии 3,5 м от зеркала напротив его середины, начинает идти к зеркалу со скоростью 1 м/с вдоль линии, перпендикулярной стене. Начальные положения и направления движений обоих людей показаны на рисунке.

14)С какой скоростью сближаются человек В и его изображение в зеркале? Ответ выразите в м/с, округлите до целого числа.

Ответ: 2

15)На каком расстоянии от стены, на которой висит зеркало, находится изображение человека А в момент начала его движения? Ответ выразите в метрах, округлите до целого числа.

Ответ: 1

16)Через какое время после начала движения человек A и человек B увидят друг друга в зеркале? Ответ выразите в секундах, округлите до десятых долей.

Ответ: 1,5

Ответы и задания 10 класс школьный этап 2020 по физике ВОШ:

Ссылка для скачивания заданий для 10 класса: скачать задания

Ссылка для скачивания ответов и решений для 10 класса: скачать ответы

1)Во сколько раз период обращения часовой стрелки часов больше, чем период вращения минутной стрелки?

Ответ: в 12 раз 

2)На рисунке изображены графики зависимости модуля ускорения a от времени t для трёх тел, движущихся вдоль прямой. На какое из этих тел действует уменьшающаяся со временем сила?

Ответ: 1

3)Через лёгкий блок переброшена невесомая веревка, на концах которой закреплены два тела массами m и 2m. Более тяжёлое тело частично погружено в жидкость. Система находится в равновесии, трение отсутствует. Найдите модуль силы Архимеда, которая действует на тело массой 2m.

Ответ: mg 

4)В калориметр, содержащий 500 г льда при температуре –15 C, налили 1 литр воды при температуре +35 C. Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг C), удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг C), удельная теплота плавления льда 340 кДж/кг. После установления теплового равновесия в калориметре будет находиться:

Ответ: смесь воды со льдом 

5)В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, источники идеальные, а лампочки одинаковые. Какая из лампочек светит ярче?

Ответ: Л1 

Горизонтальная круглая виниловая пластинка вращается с постоянной угловой скоростью вокруг неподвижной вертикальной оси, проходящей через центр пластинки. Над пластинкой закреплены две пипетки с жидкостями красного и синего цвета. Из каждой пипетки на пластинку падает вертикально по две капли. Промежуток времени между падениями капель красного цвета равен t = 0,27 c. На приведённом рисунке, снабжённом масштабной сеткой, изображён участок пластинки со следами краски (вид сверху). Крупные следы остались от красных капель, а меньшие по размеру – от синих. За время между падениями красных капель пластинка сделала менее одного полного оборота.

6)Можно ли на основании сведений, приведённых в условии задачи, определить направление вращения пластинки?

Ответ: нет

7)Определите угловую скорость вращения пластинки. Ответ выразите в рад/с, округлите до целого числа.

Ответ: 7

На двух наклонных плоскостях, образующих прямой двугранный угол, лежит однородный цилиндр массой 2 кг. Первая и вторая плоскости наклонены к горизонту под углами 30° и 60° соответственно. Первая плоскость шероховатая, а вторая – гладкая. Ускорение свободного падения равно 10 м/с2. Указание: сила полной реакции опоры равна геометрической сумме силы нормальной реакции опоры и силы сухого трения.

8)Найдите модуль силы полной реакции опоры R1, действующей на цилиндр со стороны первой плоскости. Ответ выразите в ньютонах, округлите до целого числа.

Ответ: 17

9)Найдите модуль силы полной реакции опоры R2, действующей на цилиндр со стороны второй плоскости. Ответ выразите в ньютонах, округлите до целого числа

Ответ: 10

В башне «Федерация» в деловом центре Москва-Сити находится один из самых высоких лифтов в Европе. Кабина лифта следует со 2-го подземного этажа («минус второго») на 94-й этаж, причём ехать можно без пересадок. Это грузопассажирский лифт, он поднимается на высоту 355 метров над землёй, а общий путь движения с учётом подземных этажей – 365 метров, как дней в году. Скорость движения лифта – до 8 метров в секунду, грузоподъёмность – 2 тонны. Считайте, что КПД двигателя лифта равен 90 %, ускорение свободного падения равно 10 м/с2, масса кабины вместе с пассажирами равна 2 тоннам, лифт следует непрерывно с самого низкого этажа на самый высокий с максимальной скоростью, а трением и сопротивлением воздуха можно пренебречь.

10)Сколько энергии потребляет из электросети двигатель лифта за один подъём? Ответ выразите в мегаджоулях и округлите до целого числа.

Ответ: 8

11)Какую полезную мощность развивает двигатель при подъёме? Ответ выразите в киловаттах и округлите до целого числа.

Ответ: 160

12)Смешивание двух разных жидкостей в объёмном соотношении 1 : 1 даёт смесь с температурой 42 C. Какой была бы температура смеси, если бы объёмное соотношение исходных компонент составляло 2 : 1? Начальные температуры жидкостей составляют 27 C и 47 C. Объём смеси равен сумме объёмов смешиваемых жидкостей. В поля для ввода ответов запишите два возможных варианта, выразив ответы в градусах и округлив их до целых чисел.

Для определения сопротивления резистора были собраны две разные электрические цепи (схема 1 и схема 2) с использованием вольтметра, амперметра и идеального источника питания. В первой цепи показание вольтметра равно 8,8 В, а амперметра – 19,4 мА. Во второй цепи вольтметр показывает 9,0 В, а амперметр 17,7 мА. Внутреннее сопротивление приборов неизвестно.

Ответ: 39, 44

13)Чему равно напряжение на клеммах источника питания? Ответ выразите в вольтах, округлите до целого числа.

Ответ: 9

14)Найдите сопротивление амперметра. Ответ выразите в омах, округлите до целого числа.

Ответ: 10

15)Найдите сопротивление резистора. Ответ выразите в килоомах, округлите до десятых долей.

Ответ: 0,5

Ответы и задания 11 класс школьный этап 2020 по физике ВОШ:

Ссылка для скачивания заданий для 11 класса: скачать задания

Ссылка для скачивания ответов и решений для 11 класса: скачать ответы

1)Материальная точка движется вдоль оси OX. На рисунке показан график зависимости проекции ускорения ax этой точки на данную ось от времени t. Сколько раз останавливалась точка в течение первых пяти секунд движения, если её начальная скорость была равна нулю? Начало движения остановкой не считается.

Ответ: два

2)В неподвижном лифте находится вертикально расположенная U-образная трубка, в которую налиты две жидкости (см. рисунок). Как изменится установившаяся разность уровней жидкостей Dh в трубке, если лифт будет равноускорено двигаться вверх?

Ответ: не изменится 

3)Где температура нити работающей электрической лампы накаливания выше?

Ответ: в центре нити 

4)В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, источники питания и резисторы одинаковые. Полярность подключения какого из вольтметров указана правильно?

Ответ: V1 иV2 

5)В предбаннике (это помещение в бане, расположенное непосредственно перед парной комнатой) первая водопроводная труба покрыта влагой, а вторая практически сухая. Выберите правильное утверждение.

Ответ: Температура второй трубы больше, чем первой.

Автомобиль массой 1300 кг постоянно находится на прямой горизонтальной дороге. За время 6 с машина разогналась из неподвижного состояния до скорости 50 км/ч. За следующие 9 с она увеличила скорость с 50 км/ч до 90 км/ч.

6)Чему равна средняя мощность, развиваемая двигателем автомобиля, за первые 6 с? Ответ выразите в киловаттах, округлите до целого числа.

Ответ: 21

7)Чему равна средняя мощность, развиваемая двигателем автомобиля, за последующие 9 с? Ответ выразите в киловаттах, округлите до целого числа.

Ответ: 31

8) Чему равна средняя мощность, развиваемая двигателем автомобиля, за все 15 с разгона? Ответ выразите в киловаттах, округлите до целого числа. Этот же автомобиль, едущий со скоростью 60 км/ч, начинает обгон другого транспортного средства, развивая при этом постоянную мощность 55 кВт.

Ответ: 27

9)Определите скорость автомобиля через 5 с после момента начала обгона. Ответ выразите в км/ч, округлите до целого числа.

Ответ: 95

10)Найдите величину мгновенного ускорения автомобиля в тот момент, когда он начал обгон. Ответ выразите в м/с2, округлите до десятых долей.

Ответ: 2,5

На скейтборде массой 2 кг, движущемся равномерно со скоростью 2 м/с, едет кошка массой 3 кг. Сопротивлением движению можно пренебречь. Кошка прыгнула со скейтборда в горизонтальном направлении вперёд по ходу движения. После её прыжка скейтборд стал двигаться назад со скоростью 1 м/с.

11)Найдите скорость кошки относительно земли сразу после прыжка. Ответ выразите в м/с, округлите до целого числа.

Ответ: 4

12)Чему равна скорость кошки относительно скейтборда сразу после прыжка? Ответ выразите в м/с, округлите до целого числа.

Ответ: 5

13)Какую работу совершает 1 моль гелия в некотором процессе при нагревании на 6 C, если его температура T в этом процессе изменяется прямо пропорционально квадрату объема (T = aV 2, где a – размерная константа)? Универсальную газовую постоянную считайте равной 8,3 Дж/(моль C). Ответ выразите в Дж, округлите до целого числа.

Ответ: 25

Электрическая цепь, схема которой показана на рисунке, состоит из резистора, двух одинаковых вольтметров и идеального источника питания. Вольтметр V1 показывает напряжение 6 В, а вольтметр V2 – 3 В.

14)Какое напряжение покажет вольтметр V2, если разорвать цепь в точке А? Ответ выразите в вольтах, округлите до целого числа.

Ответ: 0

15)Чему равна ЭДС источника питания? Ответ выразите в вольтах, округлите до целого числа

Ответ: 9

16)Чему равно отношение Rv/R, где R – сопротивление резистора, Rv – сопротивление вольтметра? Ответ округлите до целого числа.

Ответ: 1

17)Какое напряжение покажет вольтметр V1, если разорвать цепь в точке В? Ответ выразите в вольтах, округлите до десятых долей.

Ответ: 4,5

Незаряженный конденсатор ёмкостью 1 нФ подключили ко второму конденсатору, который до подключения был заряжен до напряжения 300 В. В результате подключения первый конденсатор приобрёл заряд 0,2 мкКл.

18)Какова ёмкость второго конденсатора? Ответ выразите в нФ, округлите до целого числа.\

Ответ: 2

19)Какова конечная энергия второго конденсатора? Ответ выразите в мкДж, округлите до целого числа.

Ответ: 40

20)Какое количество теплоты выделилось в системе при перезарядке конденсаторов? Ответ выразите в мкДж, округлите до целого числа.

Ответ: 30

Смотрите также ответы и задания для других предметов школьного этапа:

ВСЕРОССИЙСКИЕ олимпиады 2020-2021 школьный этап задания и ответы

Способы разделения смесей | Химия

Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.

Способы разделения смесей
неоднородных (гетерогенных)однородных (гомогенных)
— Отстаивание
— Фильтрование
— Действие магнитом
— Центрифугирование
— Выпаривание. Кристаллизация.
— Дистилляция (перегонка)

Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.

Отстаивание

Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.

Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.

Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):

На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.

Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:

Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.

Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):

Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).

Центрифугирование

Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.

Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.

Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.

С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.

Фильтрование

Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.

Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.

Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:

При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.

Действие магнитом

С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.

Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:

Выпаривание. Кристаллизация

Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.

Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:

Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.

Дистилляция (перегонка)

Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.

Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:

Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.

Вода. Изменение уровня воды при нагревании и охлаждении

Казанская школа № 142

КОНСПЕКТ УРОКА ПО ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

в 6 классе

Тема: «Вода. Изменение уровня воды при нагревании и охлаждении».

Тимашева Т.В.

Учитель I квалификационной категории

2016 год

Тема: Вода. Изменение уровня воды при нагревании и охлаждении.

Цель урока: Сформировать у учащихся знания о воде и ее свойствах. Дать представление о важности воды в природе и для человека. Развивать навыки чтения, отвечать на вопросы, формировать связные высказывания.

Коррекционная работа: Коррекция и развитие зрительной памяти и наблюдательности. Развитие и совершенствование внимания. Воспитание интереса к занятиям. Развитие активного словаря, активизация мыслительной деятельности учащихся.

Задачи:

— повторить и закрепить знания учащихся, что такое вода;

— повторить, закрепить и расширить знания учащихся о свойствах воды;

— развивать навыки практической деятельности (опыты), наблюдательности, внимания;

— аккуратности, любознательности;

— развивать способность воспроизводить изучаемый материал;

— воспитывать интерес к самостоятельной экспериментальной работе, любовь к природе.

Методы: Фронтальный опрос, беседа, рассказ, демонстрация опытов, объяснение, практическая работа, чтение текста, записи и зарисовки в тетради, ответы на вопросы, компьютерная презентация.

Оборудование: Колба с подкрашенной водой пробка с трубочкой, посуда с горячей водой, лед, спиртовка, мультимедийная установка.

План урока:

I.Организационный момент:

Начинается урок,

Он пойдет ребятам впрок.

Постарайтесь все понять,

Учитесь тайны раскрывать.

Пусть у каждого из вас будет сегодня хорошее настроение и каждому сопутствует успех.

Целевая установка:

слайд №1

— проверить знания о воде;

— провести исследования и пополнить знания о свойствах воды при нагревании и при охлаждении;

II. Актуализация опорных знаний:

1.Где в природе находится вода? Слайд 2,3,4,5

2.В каких водоемах содержится наибольшее количество воды?

3.Какое значение имеет вода в природе?

4.Почему человек не может жить без воды?

5.Какие свойства воды вы знаете? Слайд 6, 7, 8, 9, 10, 11

6.Почему вода в реках и озерах в ясную погоду кажется голубой?

7.Почему воду можно хранить только в каком либо сосуде – бочке, ведре, стакане.

III.Изучение нового материала:

1.На прошлом уроке мы с вами познакомились с водой и ее свойствами. Сегодня наша задача узнать, какими же еще свойствами обладает вода.

Тема сегодняшнего урока: Изменение уровня воды при нагревании и охлаждении. Слайд 12

Тему урока записать в тетрадь.

Задачи урока. Слайд 13

Итак, какими же еще свойствами обладает вода?

Для этого проведем следующие опыты.

ОПЫТ №1. Слайд 14

— наполним колбу доверху подкрашенной водой и плотно закроем ее пробкой с трубочкой с делениями;

— опустим колбу в горячую воду и будем наблюдать, что произойдет со столбиком воды в трубочке;

— вода в трубочке станет подниматься;

— сделаем отметку, до какого уровня поднимется столбик воды в трубочке;

ОПЫТ №2. Слайд 15

— опустим колбу в миску со льдом;

— столбик воды в трубочке станет опускаться;

— опять сделаем отметку, до какого уровня опустится столбик воды в трубочке;

2.Сделаем вывод из проведенных опытов.

Вывод: Вода при нагревании расширяется и увеличивается в объеме, а при охлаждении сжимается и уменьшается в объеме. Слайд 17

3.Вывод записываем в тетрадь.

Кроме воды и все другие жидкости, например, молоко, бензин, сок, спирт при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются.

IV. Практическая работа:

1.Работа с карточками (тесты)

Слайд 18

V.Закрепление изученного материала:

1.Какие свойства воды вы знаете?

2.Как проверить, что вода при нагревании расширяется?

3.Как проверить, что вода при охлаждении сжимается?

4. Назовите, какие жидкости, кроме воды вы еще знаете?

Зарисовать рисунок №11 на стр.25;

Чтение текста на стр.26;

VI. Подведение итогов.

VII. Домашнее задание.

Теме №7 стр.25-27

Учебник: автор А.И. Никишов «Естествознание. Неживая природа» , 6 класс.

Система водяного отопления — Процедура проектирования

При проектировании системы водяного отопления может использоваться процедура, указанная ниже:

  1. Рассчитайте теплопотери в помещениях
  2. Рассчитайте мощность котла
  3. Выберите нагревательные элементы
  4. Выберите тип, размер и режим работы циркуляционного насоса
  5. Составьте схему и рассчитайте размеры труб
  6. Рассчитайте расширительный бак
  7. Рассчитайте предохранительные клапаны

1.Расчет потерь тепла

Расчет потерь тепла при передаче через стены, окна, двери, потолки, полы и т. Д. Кроме того, необходимо рассчитать потери тепла, вызванные вентиляцией и проникновением наружного воздуха.

2. Мощность котла

Мощность котла может быть выражена как

B = H (1 + x) (1)

, где

B = мощность котла (кВт)

H = общие тепловые потери (кВт)

x = запас на нагрев — обычно используются значения в диапазоне 0.1 до 0,2

Подходящий котел необходимо выбрать из производственной документации.

3. Выбор комнатных обогревателей

Номинальные характеристики радиаторов и комнатных обогревателей можно рассчитать как

R = H (1 + x) (2)

, где

R = рейтинг обогреватели в помещении (Вт)

H = потери тепла из помещения (Вт)

x = запас на обогрев помещения — общие значения в диапазоне 0.От 1 до 0,2

Нагреватели с правильными характеристиками должны быть выбраны из производственной документации.

4. Калибровка насосов

Производительность циркуляционных насосов может быть рассчитана как

Q = H / (h 1 — h 2 ) ρ (3)

где

Q = объем воды (м 3 / с)

H = общие тепловые потери (кВт)

ч 1 = энтальпия потока воды (кДж / кг) (4 .204 кДж / кг. o C при 5 o C, 4,219 кДж / кг. o C при 100 o C )

h 2 = энтальпия возвратной воды (кДж / кг)

ρ = плотность воды в насосе (кг / м 3 ) (1000 кг / м 3 при 5 o C, 958 кг / м 3 при 100 o C)

Для циркуляционных систем низкого давления — LPHW ( 3) можно приблизить к

Q = H / 4.185 (t 1 -t 2 ) (3b)

где

t 1 = температура подачи ( o C)

t 2 = температура возврата ( o C)

Для циркуляционных систем с низким давлением — LPHW напор от 10 до 60 кН / м 2 и сопротивление трению основной трубы от 80 до 250 Н / м 2 на метр труба обычная.

Для насосных циркуляционных систем высокого давления — HPHW напор от 60 до 250 кН / м 2 и сопротивление трению основной трубы от 100 до 300 Н / м 2 на метр трубы является обычным явлением.


Циркуляционная сила в гравитационной системе может быть рассчитана как

p = hg (ρ 1 — ρ 2 ) (4)

, где

p = давление циркуляции доступный (Н / м 2 )

h = высота между центром котла и центром радиатора (м)

g = ускорение свободного падения = 9.81 (м / с 2 )

ρ 1 = плотность воды при температуре подачи (кг / м 3 )

ρ 2 = плотность воды при температуре обратки (кг / м 3 )

5. Определение размеров труб

Полная потеря давления в системе трубопроводов горячей воды может быть выражена как

p t = p 1 + p 2 (5)

где

p t = общая потеря давления в системе (Н / м 2 )

p 1 = основная потеря давления из-за трения (Н / м 2 )

p 2 = незначительная потеря давления из-за фитингов (Н / м 2 )

м В качестве альтернативы основная потеря давления из-за трения может быть выражена как

p 1 = il (6)

, где

i = основное сопротивление трению трубы на длину трубы (Н / м 2 на метр трубы)

л = длина трубы (м)

Значения сопротивления трению для фактических труб и объемных расходов можно получить из специальных таблиц, составленных для труб или трубок.

Незначительные потери давления из-за фитингов, таких как колена, колена, клапаны и т.п., можно рассчитать как:

p 2 = ξ 1/2 ρ v 2 (7)

или как выражается как «напор»

h потери = ξ v 2 /2 g (7b)

где

ξ = коэффициент малых потерь

p убыток = потеря давления (Па (Н / м 2 ), фунт / дюйм (фунт / фут 2 ))

ρ = плотность (кг / м 3 , снарядов / фут 3 )

v = скорость потока (м / с, фут / с)

h потеря = потеря напора (м, фут)

g = ускорение свободного падения ( 9.81 м / с 2 , 32,17 фут / с 2 )

6. Расширительный бак

Когда жидкость нагревается, она расширяется. Расширение воды, нагретой от 7 o C до 100 o C , составляет приблизительно 4% . Чтобы избежать расширения, создающего давление в системе, превышающее расчетное давление, обычно расширяющуюся жидкость направляют в резервуар — открытый или закрытый.

Открытый расширительный бак

Открытый расширительный бак применим только для систем горячего водоснабжения низкого давления — LPHW.Давление ограничено самым высоким расположением бака.

Объем открытого расширительного бачка должен быть вдвое больше предполагаемого объема расширения в системе. Приведенная ниже формула может использоваться для системы горячего водоснабжения с нагревом от 7 o C до 100 o C (4%):

V t = 2 0,04 V w (8 )

где

V т = объем расширительного бака (м 3 )

V w = объем воды в системе (м 3 )

Закрытый расширительный бак

В закрытом расширительном баке давление в системе частично поддерживается сжатым воздухом.Объем расширительного бака может быть выражен как:

V t = V e p w / (p w — p i ) (8b)

где

V т = объем расширительного бака (м 3 )

V e = объем, на который увеличивается объем воды (м 3 )

p w = абсолютное давление резервуара при рабочей температуре — рабочая система (кН / м 2 )

p i = абсолютное давление холодного резервуара при заполнении — нерабочая система ( кН / м 2 )

Расширяющийся объем может быть выражен как:

V e = V w i — ρ w ) / ρ w (8c)

где

V w = объем воды в системе (м 3 )

ρ i = плотность холодной воды при температуре наполнения (кг / м 3 )

ρ w = плотность воды при рабочей температуре (кг / м 3 )

Рабочее давление системы — p w — должно быть таким, чтобы рабочее давление в наивысшей точке системы соответствовало температуре кипения на 10 o C выше рабочей температуры.

p w = рабочее давление в наивысшей точке

+ разница статического давления между наивысшей точкой и резервуаром

+/- давление насоса (+/- в зависимости от положения насоса)

7. Выбор предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны для систем с принудительной циркуляцией (насос)

Настройки предохранительного клапана = давление на выходной стороне насоса + 70 кН / м 2

Предохранительные клапаны для систем самотечной циркуляции

Настройки предохранительного клапана = давление в системе + 15 кН / м 2

Чтобы предотвратить утечку из-за ударов в системе, обычно настройка составляет не менее 240 кН / м 2 .

Системы водоснабжения

Системы горячего и холодного водоснабжения — проектные характеристики, производительность, размеры и многое другое

Центробежные насосы Модулируемая производительность

Адаптация производительности насоса к изменяющимся требованиям процесса

Емкость накопителя холодной воды

Требуемая емкость накопителя холодной воды — часто используемые приспособления и типы зданий

Хранение холодной воды на одного жителя

Хранение холодной воды для жителей обычных типов зданий, таких как фабрики, больницы, дома и т. д.

Медные трубы — Потери тепла

Потери тепла из неизолированных медных труб при различных перепадах температуры между трубкой и воздухом

Медные трубы — изоляция и тепловые потери

Потери тепла в окружающий воздух из изолированных медных труб

Медные трубы — максимальная скорость воды

Скорость воды в медной трубке не должна превышать определенных пределов до избегать эрозия

Проектирование систем хозяйственно-бытового водоснабжения

Введение в общую конструкцию систем хозяйственно-бытового водоснабжения — с напорными или гравитационными баками

Коэффициенты диффузии Газы в воде

Диффузионный поток [кг / м 2 с] рассказывает, как быстрое растворение вещества в другом веществе течет из-за градиентов концентрации.Константы диффузии [м 2 / с] приведены для нескольких газов в воде

Системы горячего водоснабжения — процедура проектирования

Методика расчета систем горячего водоснабжения

Бытовое водоснабжение — отложения извести

Отложения извести vs температура и потребление воды

Животноводство на ферме — Потребление воды

Водоснабжение, необходимое для сельского хозяйства и животных

Приспособления — WSFU против галлонов в минуту и литров / сек

Преобразование WSFU — Приспособления для водоснабжения — на GPM

Крепежные элементы и требуемый размер ловушки

No.приспособлений и требуемых размеров сифона

Требования к водоотводам

Требования к водоотводам

Размеры приспособлений и сифонов

Рекомендуемые размеры сливных сифонов для различных типов приспособлений

Коэффициент расхода — C v — для жидкости, пара и газ — Формулы и онлайн-калькуляторы

Коэффициент расхода и надлежащая конструкция регулирующих клапанов — Имперские единицы

Тепловые потери из неизолированных медных труб

Тепловые потери из неизолированных медных труб — размеры в диапазоне 1/2 — 4 дюйма

Тяжелые Вода — теплофизические свойства

Термодинамические свойства тяжелой воды (D 2 O) — плотность, температура плавления, температура кипения, скрытая теплота плавления, скрытая теплота испарения, критическая температура и др.

Горизонтальные трубы — поток на выходе vs.Длина нагнетаемого потока

Объемный расход горизонтальных труб

Размер трубопровода горячей и холодной воды

Рекомендуемые размеры труб горячего и холодного водоснабжения

Обратный трубопровод циркуляции горячей воды

Горячая вода может циркулировать через обратный трубопровод, если это происходит мгновенно требуется в светильниках

Потребление горячей воды на одного жителя

Потребление горячей воды на человека или жителя

Содержание горячей воды в арматуре

Содержание горячей воды в некоторых часто используемых приспособлениях — бассейнах, раковинах и ваннах

Хранение горячей воды Резервуары — размеры и вместимость

Размеры и вместимость накопительных резервуаров горячей воды

Горячая вода — расход на арматуру

Расчетный расход горячей воды в арматуре — умывальниках, душевых, раковинах и ваннах

ГВС — расход в арматуру

Расход горячей воды ком. mon оборудование, как бассейны, раковины, ванны и душевые

Схема HVAC — Онлайн-чертеж

Нарисовать схемы HVAC — Онлайн с помощью инструмента для рисования Google Drive

Лед / вода — Точки плавления при более высоком давлении

Онлайн-калькулятор, рисунки и таблицы, показывающие точки плавления льда в воду при давлении от 0 до 29000 фунтов на квадратный дюйм (от 0 до 2000 бар абс.).Температура указывается в ° C, ° F, K и ° R.

Изолированные трубы — Диаграммы тепловых потерь

Тепловые потери (Вт / м) из изолированных труб — в диапазоне 1/2 — 6 дюймов — толщина изоляции 10 — 80 мм — перепады температур 20 — 180 градусов C

Максимальные скорости потока в водных системах

Скорости воды в трубах и трубах не должны превышать определенных пределов

Форсунки — пропускная способность водяных форсунок

Онлайн-проектирование систем водоснабжения

Онлайн-инструмент для проектирования система водоснабжения

P&ID Diagram — Online Drawing Tool

Нарисуйте диаграммы P&ID онлайн в браузере с помощью Google Docs

PVC Pipes Schedule 40 — Потери на трение и диаграммы скорости

Потери на трение (psi / 100 футов) и скорость для потока воды в пластиковых трубах из ПВХ, график 40

Число Рейнольдса

Введение и определение безразмерного числа Рейнольдса — онлайн-калькуляторы

Определение размеров и выбор дисковых затворов

Выбор и определение размеров дисковых затворов для систем водоснабжения

Расчет размеров бытовых водонагревателей

Уравнения для расчета размеров бытовой горячей воды — теплопроизводительность, коэффициент рекуперации и источник питания

Определение параметров трубопроводов водоснабжения

Расчет параметров трубопроводов водоснабжения и распределения на основе устройств водоснабжения (WSFU)

Классификация нержавеющей стали

Нержавеющие стали обычно подразделяются на мартенситные нержавеющие стали, ферритные нержавеющие стали, аустенитные нержавеющая сталь, дуплексная (ферритно-аустенитная) нержавеющая сталь и дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь

Фланцы для стальных труб для водопроводных станций

Фланцы для стальных труб

для систем водоснабжения в соответствии с ANSI / AWWA C207-01

Помпаж — вода r Hammer

Быстро закрывающиеся или открывающиеся клапаны — или запуск и останов насосов — могут вызвать скачки давления в трубопроводах, известные как скачки давления или гидравлические удары.

Вертикальные трубы — поток нагнетания vs.Высота нагнетаемого потока

Объемный расход из вертикальных водопроводных труб

Объемное или кубическое тепловое расширение

Объемное температурное расширение с онлайн-калькулятором

Вода — плотность, удельный вес и коэффициент теплового расширения

Определения, онлайн-калькулятор, рисунки и таблицы с указанием плотности, удельного веса и коэффициента теплового расширения жидкой воды в диапазоне температур от 0 до 360 ° C и от 32 до 680 ° F — в британских единицах и единицах СИ

Вода — динамическая и кинематическая вязкость

Онлайн-калькулятор, с рисунками и таблицами вязкость воды в диапазоне температур от 0 до 360 ° C (от 32 до 675 ° F) — британские единицы и единицы СИ

Вода — энтальпия (H) и энтропия (S)

Рисунки и таблицы, показывающие энтальпию и энтропию жидкой воды как функция температуры — СИ и английские единицы

Вода — Теплота испарения

Только В калькуляторе приведены рисунки и таблицы, показывающие теплоту испарения воды при температурах от 0 до 370 ° C (32-700 ° F) — единицы СИ и британские единицы

Вода — деятельность человека и потребление

Активность и среднее потребление воды

Вода — Константа ионизации, pK w , нормальной и тяжелой воды

Константа ионизации (= константа диссоциации = константа самоионизации = ионный продукт = константа автопротолиза) воды и тяжелой воды, заданная как функция температуры (° C и ° F) на рисунках и в таблицах

Вода — Номер Прандтля

Цифры и таблицы, показывающие количество Прандтля жидкой и газообразной воды при различных температуре и давлении, единицы СИ и английские единицы

Вода — Свойства в условиях равновесия газ-жидкость

Рисунки и таблицы, показывающие, как свойства воды изменяются вдоль кривой кипения / конденсации (давление пара, плотность, вязкость, теплопроводность, удельная теплоемкость, число Прандтля, температуропроводность, энтропия и энтальпия).

Вода — давление насыщения

Онлайн-калькулятор, рисунки и таблицы, показывающие давление насыщения водой (паром) при температурах от 0 до 370 ° C и от 32 до 700 ° F — в британских единицах и единицах СИ

Вода — удельный вес

Рисунки и таблицы, показывающие удельный вес жидкой воды в диапазоне от 32 до 700 ° F или от 0 до 370 ° C, с использованием плотности воды при четырех различных температурах в качестве эталона

Вода — Удельная теплоемкость

Онлайн-калькулятор, рисунки и таблицы, показывающие удельная теплоемкость жидкой воды при постоянном объеме или постоянном давлении при температурах от 0 до 360 ° C (32-700 ° F) — единицы СИ и британские единицы

Вода — удельный объем

Онлайн-калькулятор, цифры и таблицы, показывающие удельный объем воды при температурах от 0 до 370 ° C и от 32 до 700 ° F — британские единицы и единицы измерения IS

Вода — скорость всасываемого потока

Рекомендуемые скорости потока воды o n стороны всасывания насосов

Вода — теплопроводность

Рисунки и таблицы, показывающие теплопроводность воды (жидкая и газовая фаза) при различных температуре и давлении, единицы СИ и британские единицы

Вода — теплопроводность

Рисунки и таблицы, показывающие термическую коэффициент диффузии жидкой и газообразной воды при различной температуре и давлении, единицы СИ и британские единицы

Точки кипения воды при более высоком давлении

Онлайн-калькулятор, рисунки и таблицы, показывающие точки кипения воды при давлении от 14.От 7 до 3200 фунтов на кв. Дюйм (от 1 до 220 бар абс.). Температура указывается в ° C, ° F, K и ° R.

Точки кипения воды при давлении вакуума

Онлайн-калькулятор, рисунки и таблицы, показывающие температуру кипения воды в различных единицах вакуума, СИ и британских единицах.

Клапаны контроля воды — расчет K v Значения

Конструкция регулирующих клапанов процесса воды и их значений K v

Вода, отводимая через шланг

Отвод воды через шланги — диапазон давления 10 — 200 psi (0.75-14 бар)

Водораспределительные трубы

Материалы, используемые в водораспределительных трубах

Расход воды — скорость подачи

Требуемая максимальная скорость потока в водных системах — нагнетательная сторона насоса

Водопроводные трубопроводы

Водоснабжение трубопроводы простираются от источника питьевой воды до внутренней части зданий

Водоснабжение — расчет потребности

Расчет ожидаемой потребности в водоснабжении в линиях обслуживания

Водоснабжение — арматура WSFU

WSFU используется для расчета водоснабжения системы обслуживания

Трубопроводы водоснабжения — определение размеров

Расчет трубопроводов водоснабжения

Водоснабжение общественных зданий

Требуемое водоснабжение общественных зданий

Вода против пара — критическая и тройная точка

Критическая точка — это место, где пар и жидкость я Неразличимая и тройная точка — это место, где лед, вода и пар сосуществуют в термодинамическом равновесии.

Медные трубы для рабочего давления, типы K, L и M

Бесшовные медные водопроводные трубы ASTM B88 — рабочее давление

Приспособления для двора — Расход воды

Потребление воды в садовое оборудование

Энергия, накопленная в горячей воде

Вода часто используется для хранения тепловой энергии.Энергия, накопленная — или доступная — в горячей воде, может быть рассчитана

E = c p dt m (1)

, где

E = энергия (кДж, БТЕ)

c p = удельная теплоемкость воды (кДж / кг o C, БТЕ / фунт o F ) (4,2 кДж / кг o C, 1 БТЕ / фунт м o F для вода)

dt = разница температур между горячей водой и окружающей средой ( o C , o F) )

m = масса воды (кг, фунт м )

Пример — энергия, запасенная в 1000-литровом баке для воды

Вода нагревается до 90 o C. Окружающая температура (где может передаваться энергия) составляет 20 o C.

Энергия, запасенная в резервуаре для воды, может быть рассчитана как

E = (4,2 кДж / кг o C ) ((90 o C) — (20 o C)) (1000 литров) (1 кг / литр)

= 294000 кДж

= (294000 кВт) (1/3600 ч / с)

= 81,7 кВтч

  • 1 Дж (Джоуль) = 0,1020 тыс. / мин = 2.778×10 -7 кВтч = 2,389×10 -4 ккал = 0,7376 фут-фунт f = 1 (кг · м 2 ) / с 2 = 1 ватт-секунда = 1 Нм = 1 фут-фунт = 9,478×10 -4 БТЕ
  • 1 БТЕ (британская тепловая единица) = 1055,06 Дж = 107,6 тыс. / Мин = 2,92875×10 -4 кВтч = 251,996 калорий (калорийность по международной таблице) = 0,252 ккал = 777,649

Пример Солнечная энергия хранится в 200 галлонах США Резервуар для воды

Буферный резервуар для воды солнечной энергии на 200 галлонов США нагревается 200 o F.

Накопленная солнечная энергия может быть рассчитана как

E = ( 1 БТЕ / фунт м o F ) (200 o F) (200 галлонов США) (8,3 фунта м / галлон США)

= 332000 британских тепловых единиц

Энергия, запасенная в воде — литры / кВт · ч

Энергия, запасенная в воде — галлоны США / британские тепловые единицы

% PDF-1.4 % 11253 0 объект > endobj xref 11253 217 0000000016 00000 н. 0000004720 00000 н. 0000005066 00000 н. 0000005222 00000 п. 0000005257 00000 н. 0000005323 00000 н. 0000005477 00000 н. 0000008118 00000 н. 0000008284 00000 н. 0000008356 00000 н. 0000008453 00000 п. 0000008623 00000 п. 0000008731 00000 н. 0000008848 00000 н. 0000009036 00000 н. 0000009099 00000 н. 0000009204 00000 н. 0000009316 00000 п. 0000009503 00000 н. 0000009566 00000 н. 0000009669 00000 н. 0000009767 00000 н. 0000009935 00000 н. 0000009998 00000 н. 0000010124 00000 п. 0000010187 00000 п. 0000010366 00000 п. 0000010480 00000 п. 0000010603 00000 п. 0000010792 00000 п. 0000010855 00000 п. 0000010963 00000 п. 0000011093 00000 п. 0000011329 00000 п. 0000011392 00000 п. 0000011560 00000 п. 0000011717 00000 п. 0000011896 00000 п. 0000011959 00000 п. 0000012069 00000 п. 0000012169 00000 п. 0000012232 00000 п. 0000012367 00000 п. 0000012489 00000 п. 0000012551 00000 п. 0000012612 00000 п. 0000012675 00000 п. 0000012778 00000 п. 0000012882 00000 п. 0000013064 00000 п. 0000013166 00000 п. 0000013284 00000 п. 0000013347 00000 п. 0000013514 00000 п. 0000013616 00000 п. 0000013720 00000 п. 0000013783 00000 п. 0000013965 00000 п. 0000014069 00000 п. 0000014173 00000 п. 0000014236 00000 п. 0000014415 00000 п. 0000014517 00000 п. 0000014621 00000 п. 0000014684 00000 п. 0000014873 00000 п. 0000014975 00000 п. 0000015080 00000 п. 0000015143 00000 п. 0000015317 00000 п. 0000015380 00000 п. 0000015482 00000 п. 0000015587 00000 п. 0000015650 00000 п. 0000015773 00000 п. 0000015836 00000 п. 0000015970 00000 п. 0000016033 00000 п. 0000016167 00000 п. 0000016230 00000 п. 0000016293 00000 п. 0000016356 00000 п. 0000016479 00000 п. 0000016542 00000 п. 0000016675 00000 п. 0000016738 00000 п. 0000016871 00000 п. 0000016934 00000 п. 0000016997 00000 п. 0000017060 00000 п. 0000017185 00000 п. 0000017248 00000 п. 0000017381 00000 п. 0000017444 00000 п. 0000017577 00000 п. 0000017640 00000 п. 0000017703 00000 п. 0000017766 00000 п. 0000017890 00000 п. 0000017953 00000 п. 0000018086 00000 п. 0000018149 00000 п. 0000018283 00000 п. 0000018346 00000 п. 0000018409 00000 п. 0000018472 00000 п. 0000018599 00000 п. 0000018662 00000 п. 0000018796 00000 п. 0000018859 00000 п. 0000018992 00000 п. 0000019055 00000 п. 0000019118 00000 п. 0000019181 00000 п. 0000019315 00000 п. 0000019378 00000 п. 0000019441 00000 п. 0000019504 00000 п. 0000019627 00000 н. 0000019690 00000 н. 0000019824 00000 п. 0000019887 00000 п. 0000020020 00000 н. 0000020083 00000 н. 0000020146 00000 п. 0000020209 00000 п. 0000020311 00000 п. 0000020415 00000 п. 0000020478 00000 п. 0000020612 00000 п. 0000020675 00000 п. 0000020810 00000 п. 0000020873 00000 п. 0000021005 00000 п. 0000021068 00000 п. 0000021131 00000 п. 0000021194 00000 п. 0000021343 00000 п. 0000021406 00000 п. 0000021533 00000 п. 0000021596 00000 п. 0000021746 00000 п. 0000021809 00000 п. 0000021964 00000 п. 0000022027 00000 н. 0000022170 00000 п. 0000022233 00000 п. 0000022388 00000 п. 0000022451 00000 п. 0000022608 00000 п. 0000022671 00000 п. 0000022835 00000 п. 0000022898 00000 п. 0000022961 00000 п. 0000023024 00000 п. 0000023087 00000 п. 0000023150 00000 п. 0000023256 00000 п. 0000023372 00000 п. 0000023435 00000 п. 0000023575 00000 п. 0000023638 00000 п. 0000023754 00000 п. 0000023817 00000 п. 0000023880 00000 п. 0000023943 00000 п. 0000024063 00000 п. 0000024126 00000 п. 0000024271 00000 п. 0000024334 00000 п. 0000024470 00000 п. 0000024533 00000 п. 0000024668 00000 п. 0000024731 00000 п. 0000024794 00000 п. 0000024857 00000 п. 0000024920 00000 н. 0000024994 00000 п. 0000025121 00000 п. 0000025195 00000 п. 0000025326 00000 п. 0000025400 00000 н. 0000025537 00000 п. 0000025610 00000 п. 0000025750 00000 п. 0000025824 00000 п. 0000025943 00000 п. 0000026005 00000 п. 0000026141 00000 п. 0000026203 00000 п. 0000026332 00000 п. 0000026394 00000 п. 0000026523 00000 п. 0000026585 00000 п. 0000026647 00000 п. 0000026712 00000 п. 0000026966 00000 п. 0000027185 00000 п. 0000027379 00000 н. 0000027565 00000 п. 0000027776 00000 п. 0000027833 00000 п. 0000027878 00000 п. 0000028308 00000 п. 0000028503 00000 п. 0000028721 00000 п. 0000029145 00000 п. 0000029373 00000 п. 0000032054 00000 п. 0000039226 00000 п. 0000039435 00000 п. 0000047629 00000 п. 0000065599 00000 п. 0000075023 00000 п. 0000077114 00000 п. 0000005691 00000 п. 0000008093 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 11254 0 объект > / PageMode / UseOutlines / AcroForm 11258 0 R / StructTreeRoot 11259 0 R / PieceInfo e) >> >> / LastModified (e) >> endobj 11255 0 объект V3 \ (aY \) J) / U (Egrc ڒ ytjD! KPFeSA) / П-12 / V 1 / Длина 40 >> endobj 11256 0 объект [ 11257 0 руб. ] endobj 11257 0 объект -? $) >> / Ж 299 0 Р >> endobj 11258 0 объект > / Кодировка> >> / DA (

Обезвоживание с охлаждением и подавлением гидратообразования

Процесс охлаждения используется на газовых заводах для отвода тепла от определенных технологических потоков.Охлаждение при очистке природного газа — это процесс, который выполняет двойную функцию контроля точки росы, а именно, он используется для соблюдения точки росы по углеводородам, а также спецификации точки росы по воде для остаточного или товарного газа.

Контроль точки росы при охлаждении

Температура, до которой охлаждается газ, в первую очередь зависит от соблюдения этих требований к точке росы. Это минимальное требование к охлаждению. Охлаждение газа до более низких температур, чем минимальная температура для контроля точки росы, должно быть обосновано экономическими показателями восстановления сжиженного нефтяного газа (СНГ).Это требует анализа стоимости дополнительной рекуперации сжиженного нефтяного газа по сравнению с увеличением капитальных и эксплуатационных затрат. Дополнительное восстановление сжиженного нефтяного газа достигается одним из следующих методов:

  • охлаждение газа до более низких температур, например от –20 до –30 ° F
  • контактирование газового потока с обедненным маслом в абсорбционной башне

Охлаждение — это в основном перекачка тепла из одной среды в другую. Само по себе тепло может течь только от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой.Таким образом, охлаждение — это процесс, который обеспечивает охлаждающую среду, которой подвергается газ. Системы охлаждения обычно работают без сбоев, но их эффективность может снижаться, что требует исследования. [1]

На рис. 1 показано типичное холодильное оборудование для охлаждения природного газа. Теплообменник охлаждает поступающий в холодильный агрегат газ за счет обмена теплом с холодным газом, который был охлажден до расчетной температуры холода в пропановом охладителе.

  • Рис. 1 — Схематическое изображение типичного процесса контроля точки росы холодильного оборудования.

Поскольку газ, поступающий в холодильный агрегат, обычно насыщен водяным паром, а температура, до которой газ охлаждается, существенно ниже точки гидратации газа, необходимо применять некоторые средства предотвращения образования гидратов. Температуру образования гидратов при заданном давлении можно снизить добавлением химикатов, таких как метанол или гликоль.В обычных холодильных установках обычным химическим веществом, используемым для подавления гидратов в технологическом газе, является моноэтиленгликоль, обычно называемый:

  • этиленгликоль (EG)
  • гликоль

гликоль

Гликоль необходимо добавлять в охлаждаемый природный газ в двух точках:

  • вход в теплообменник газ / газ
  • вход в охладитель пропана

Важно равномерно распределить гликоль в потоке газа, чтобы весь газ был защищен от замерзания.Для этого необходимо равномерно распылить регенерированный гликоль на трубную решетку в этих двух сосудах, чтобы некоторое количество гликоля протекало через каждую трубку вместе с газом.

Пропан или какой-либо другой хладагент кипит в охладителе при очень низкой контролируемой температуре, отводя тепло из газового потока, тем самым конденсируя часть газа. Холодный газ, конденсат и гликоль поступают из чиллера в трехфазный сепаратор. Конденсат поступает на установку фракционирования. Газ достаточно охлажден, поэтому он соответствует точкам росы по углеводородам и воде.Он обменивается теплом с поступающим газом в процессе охлаждения.

Богатый гликоль отделяется от потока углеводородного газа в трехфазном сепараторе и направляется в регенератор. Концентрация регенерированного гликоля обычно составляет от 75 до 80% гликоля, остальное — вода. В две точки впрыска впрыскивается достаточное количество гликоля, чтобы в результате получилась смесь воды и гликоля для понижения температуры гидрата до необходимого уровня, который для проектных целей является температурой кипения хладагента.

Количество впрыскиваемого гликоля требует определения понижения температуры гидрата и расчета концентрации богатого гликоля по уравнению Хаммершмидта.

Эффект охлаждения вызывается испарением хладагента, такого как пропан, в охладителе. Пропан подходит для этого применения, поскольку он кипит при температурах близких и ниже температуры окружающей среды. Испарение пропана или кипение требует тепла для осуществления фазового перехода от жидкости к пару, а именно скрытой теплоты парообразования.Путем регулирования давления, при котором происходит кипение пропана, достигается желаемая температура охлаждения примерно до –40 ° F.

Процесс IFPEXOL

Используя гликоль для предотвращения образования гидратов в процессе охлаждения, этап регенерации гликоля должен быть включен в общую схему оборудования, как показано на Рис. 1 . Это включает дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты на процесс охлаждения. Это бремя расходов, возможно, можно несколько снизить, используя относительно новую инновацию, называемую процессом IFPEXOL, которая проиллюстрирована на рис.2 .

  • Рис. 2 — Схема типичного процесса контроля точки росы IFPEXOL.

В процессе IFPEXOL предотвращение образования гидратов в теплообменнике и охладителе достигается добавлением метанола в охлаждаемый поток природного газа. [2] Обычно метанол рекуперируют с помощью процесса дистилляции. Однако отделение метанола от воды несколько затруднено. В процессе IFPEXOL используется инновационный этап, на котором большая часть метанола восстанавливается для подавления гидратов без регенерации.

Как видно на рис. 2 , входящий газовый поток разделяется на два потока. Одна часть входящего потока противоточно контактирует с богатым водно-метанольным раствором, перекачиваемым в небольшой контактор из холодного сепаратора. Поскольку поток газа уже насыщен водой, он не забирает дополнительную воду. Однако он не содержит метанола на входе в этот контактор. Поскольку газ находится в тесном контакте с раствором метанол / вода, большая часть метанола покидает воду и переходит в относительно теплую углеводородную газовую фазу.Это позволяет сэкономить большую часть введенного метанола. Этот поток газа присоединяется к другому потоку перед входом в теплообменник газ / газ. В этот поток вводят дополнительное количество метанола, необходимое для понижения температуры гидрата технологического газа в охладителе до температуры кипения пропана. Поскольку метанол содержится в паровой фазе, распределение жидкого метанола по трубной решетке не имеет значения, как в случае с впрыском гликоля. Когда газ охлаждается внутри теплообменника и охладительных труб, метанол конденсируется с водой и предотвращает образование гидратов.

Потери метанола

Потери метанола происходят из выходящего охлажденного газа, а также из раствора в конденсированных углеводородных жидкостях. Восстановление метанола в жидкие углеводороды достигается с помощью системы промывки водой. [3] Преимущества процесса IFPEXOL заключаются в более простом технологическом оборудовании и эксплуатации по сравнению с впрыском и регенерацией гликоля. Кроме того, как обсуждалось ранее, гликоль абсорбирует некоторые углеводороды, включая соединения БТЭК, которые выбрасываются в атмосферу при регенерации гликоля.Необходимо предпринять дополнительные меры, чтобы избежать выброса соединений в атмосферу. В процессе IFPEXOL нет выбросов в атмосферу. Основным недостатком этого процесса является постоянная потеря метанола, которую необходимо постоянно восполнять из свежих источников. Процесс IFPEXOL также подходит для морских операций, где масса и пространство ограничены.

Поглощение обедненного масла

Жидкие углеводороды могут быть извлечены из природного газа путем контактирования газа с легкой нефтью с однородной молекулярной массой.Доля каждого соединения, переходящего в раствор в масле, увеличивается с уменьшением летучести соединения при давлении и температуре абсорбера. Таким образом, хотя, возможно, только небольшой процент метана в газе может перейти в раствор, более 50% пропана, возможно, более 80% бутана и так далее, переходит в раствор в масле. Более легкие компоненты, метан и этан, затем отклоняются в процессе регенерации масла, тем самым улавливая абсорбированный пропан и более тяжелые соединения при регенерации масла.

Простой процесс абсорбции тощей нефти схематически проиллюстрирован на Рис. 3 . Обогащенный газ поступает в абсорбционную башню около дна и проходит вверх через башню, которая содержит тарелки или насадку. Когда газ течет вверх в башне, он находится в тесном контакте с нефтью, которая поступает в башню около вершины. Когда газ выходит из башни наверху, он очищается от большинства более тяжелых соединений. Затем богатая нефть направляется в секцию отпарки, где масло нагревается для высвобождения абсорбированных углеводородов.Пары, выходящие из верхней части отпарной колонны, охлаждаются, конденсируя большую часть пропана и более тяжелых углеводородов. Пары из сепаратора орошения сжимаются и возвращаются в обогащенный газ или в товарный газ.

  • Рис. 3 — Принципиальная схема процесса абсорбции тощей нефти.

Простые процессы абсорбции бедного масла работают при температуре окружающей среды. Более сложные процессы абсорбции обедненного масла могут быть разработаны и работать при температуре ниже температуры окружающей среды.При контакте охлажденного газа из холодильной установки в абсорбере с охлажденным абсорбционным маслом больше компонентов газа переходит в раствор, чем в процессе, проводимом при температуре окружающей среды. Богатое масло покидает нижнюю часть башни через клапан регулирования уровня, обменивается теплом с потоком регенерированного бедного масла и поступает в расширительный резервуар для обогащенного масла, работающий примерно при половине давления абсорбционной башни. Большие количества абсорбированных более легких соединений, таких как метан и этан, испаряются и направляются на повторное сжатие.В установках для извлечения пропана и более тяжелых углеводородов нефть затем поступает в колонну деэтанизатора, где отбрасывается остаток абсорбированного метана и этана. Эти газы направляются в емкость предварительного сатуратора, а затем в рекомпрессор, где они соединяются с основным потоком очищенного газа. Из колонны деэтанизатора бедное масло направляется в дистиллятор, где происходит отделение масла и баланс абсорбированных соединений. После регенерации обедненное масло проходит через теплообменники и охладитель в емкость предварительного сатуратора, где оно частично насыщается метаном и этаном.Затем он перекачивается обратно в абсорбер высокого давления. Еще одна стадия охлаждения предусмотрена для обеспечения того, чтобы температура бедного масла не превышала температуру газа для максимального поглощения. Планирование всего процесса в настоящее время выполняется компьютером, поскольку расчеты материального и теплового баланса довольно сложны и требуют строгой математической обработки.

Турбодетандерный процесс

Турбодетандерный процесс для обработки потоков природного газа с целью извлечения высоких жидкостей был разработан в начале 1960-х годов.Его основное применение заключалось в улучшении извлечения этана из природного газа, поскольку этан является важным сырьем для нефтехимической промышленности. В процессе достигаются очень низкие температуры и, следовательно, происходит сжижение значительной части этана и более тяжелых соединений в природном газе. Различные фракции жидкого потока восстанавливаются перегонкой.

Турбодетандер удаляет энергию почти изоэнтропического расширения газового потока, что приводит к падению давления и температуры за счет извлечения полезной механической энергии.Используя детандер для извлечения энергии из газа высокого давления:

  • холодильный эффект усилен
  • снижение температуры газа больше, чем может быть получено простым изэнтальпическим (Джоуля-Томсоном) расширением через клапан.

Технологические конфигурации турбодетандера могут сильно различаться. Все они имеют различные теплообменники. Газ, поступающий в процесс турбодетандера, должен быть обезвожен перед установкой до очень низкого содержания воды, чтобы не образовывались гидраты, когда обрабатываемый газ достигает низких температур.Обычно для этого требуется установка дегидратации гликоля для удаления большей части воды, а затем установка молекулярного сита для удаления практически всей воды из подаваемого газа. Предварительная обработка газа может также включать удаление CO 2 и H 2 S.

Рис. 4 — иллюстрация относительно простого турбодетандера. Возможны многие другие устройства в зависимости от состава газа и желаемого уровня извлечения жидкости. Вопрос о том, является ли турбодетандер лучшим выбором для извлечения этана и более тяжелых углеводородов из природного газа, требует серьезного анализа. [4] [5]

  • Рис. 4 — Схема турбодетандерного оборудования.

Предварительная подготовка газа

Детандерные процессы для извлечения ШФЛУ могут охлаждать газ до –160 ° F. Чтобы высушить газ до такой низкой температуры точки росы по воде, необходимо использовать молекулярные сита в сушильных башнях, как показано в Рис. 5 . Обычный класс молекулярных сит, используемых для глубокой сушки, имеет размер пор 4 Å.Вместо сушки газа молекулярными ситами можно также предотвратить возможные проблемы с замерзанием путем добавления небольших количеств метанола в газовый поток перед секцией охлаждения. [6]

  • Рис. 5 — Схематическое изображение типичного процесса обезвоживания сухого адсорбента.

Конструкция турбодетандера

Конструкция турбодетандера включает детальный баланс тепла и материала, а также множество расчетов вспышки.Такие расчетные расчеты выполняются на компьютере.

Расширение Джоуля-Томсона

Охлаждение природного газа также может быть достигнуто путем расширения газа под высоким давлением до более низкого давления через расширительный клапан. [7] Это процесс с постоянной энтальпией, и степень снижения температуры зависит от отношения давлений начального давления, деленного на конечное давление, абсолютного давления и начальной температуры, а также от состава газа. Это практичный метод охлаждения газа и извлечения углеводородных жидкостей при наличии большого «свободного» давления.Это также более практичный процесс, чем процесс турбодетандера для низких расходов газа, особенно если скорость газа колеблется.

Рис. 6 представляет собой схематический чертеж типичного процесса расширения Джоуля-Томсона. Основное технологическое оборудование — это расширительный клапан или дроссель. Газ под высоким давлением поступает через входной сепаратор, который удаляет конденсированную воду и любые жидкие углеводороды. Газ выходит из сепаратора, затем проходит через теплообменник, обмениваясь теплом с охлажденным газом низкого давления.Некоторое количество воды и, возможно, углеводородов будет конденсироваться в теплообменнике из газового потока высокого давления. Затем газ под высоким давлением проходит через расширительный клапан, который понижает давление газа до расчетного. Одновременно происходит снижение температуры. В зависимости от состава газа, давления и температуры газовой смеси определенное количество смеси будет конденсироваться и образовывать поток жидких углеводородов. Вода также будет конденсироваться до равновесного содержания воды в газе при конечном давлении и температуре.

  • Рис. 6 — Схематический чертеж расширительного оборудования Джоуля-Томсона.

Если результирующая температура газа после теплообменника или при расширении ниже температуры гидрата при рабочем давлении, образуются гидраты, если газ не был обезвожен. Чтобы избежать образования гидратов в насыщенном водой газе, в газовый поток перед теплообменником добавляют химический ингибитор гидратов. Химическим веществом, обычно используемым для снижения температуры гидрата, является этиленгликоль, но также можно использовать диэтиленгликоль. На рис. 6 показан поток гликоля, который включает этап повторного концентрирования. Этиленгликоль обычно регенерируют до бедной концентрации около 75 или 80% по весу и циркулируют с такой скоростью, чтобы конечная конечная концентрация гликоля была достаточной для понижения температуры гидратообразования примерно на 5 ° F ниже температуры гидрата газа. при конечном давлении. Требуемая скорость циркуляции обедненного гликоля определяется уравнением Хаммершмидта и зависит от:

  • обводненность газа
  • концентрация обедненного гликоля
  • необходимое понижение температуры гидратов

Обводная линия вокруг теплообменника на холодном газе, выходящем из низкотемпературного сепаратора, позволяет контролировать степень охлаждения технологического газа.Чтобы способствовать разделению холодного конденсата и гликоля, в оборудование может быть включен нагреватель. После нагрева жидкости перетекают в трехфазный сепаратор, где отделяются небольшое количество газа, конденсат и богатый гликоль. Затем гликоль повторно концентрируется с помощью обычного ребойлера и перегоняется, а затем повторно вводится в поток технологического газа.

Обработка мембран для удаления CO 2

Когда природный газ содержит высокую концентрацию CO 2 , варианты снижения концентрации CO2 до приемлемого уровня:

  • для использования регенерирующего растворителя, такого как амин, карбонат калия или Selexol
  • для установки процесса мембранного разделения

При разделении с помощью мембранной технологии используются тонкие слои полимерного материала. [8] Этот полимерный материал может быть двух основных типов — пористый и непористый. Пористая мембрана использует различия в скоростях диффузии и действует как сито при разделении молекул на основе относительного размера. Основное применение этого типа материала — отделение небольших молекул, таких как водород или гелий, от газовых смесей. Непористая мембрана способствует разделению, растворяя некоторые соединения в полимерном материале и позволяя этим соединениям диффундировать через материал быстрее, чем углеводородные соединения, которые не растворяются, а диффундируют через материал.При сепарации природного газа используется непористый материал. Соединения, которые содержатся в природном газе и обладают способностью растворяться в полимерном материале, представляют собой полярные соединения:

Углеводороды также диффундируют через такие мембраны, но с гораздо меньшей скоростью.

Материал мембраны изготавливается в виде очень тонкой пленки, не имеющей прочности. В приложениях он поддерживается пористым слоем, через который молекулы газа, прошедшие через мембрану (пермеат), текут на сторону низкого давления.В одном из вариантов применения мембрана и пористая прокладка для пермеата наматываются по спирали вокруг перфорированной трубки. В такую ​​конструкцию входит третий слой — пористая распорка для подачи. Газ (сырье) под высоким давлением проходит через разделитель подачи и контактирует с мембраной. Пермеат растворяется и / или диффундирует через мембранный слой в разделитель пермеата. Затем он протекает через прокладку для пермеата в отверстия в стальной трубке, которая образует стержень спирально намотанных слоев.Газ под высоким давлением проходит через подающую проставку на другой конец с очень небольшим перепадом давления.

В газовой промышленности мембранные технологии используются в основном для снижения концентрации CO 2 с очень высоких концентраций до приемлемых уровней, например менее 2%. [9] Если присутствует H 2 S, большая часть h3S отделится. Поскольку спецификация товарного газа для h3S может составлять всего 4 ppm, мембранного разделения обычно недостаточно для соответствия спецификации для этого соединения.Этот процесс может соответствовать строгим требованиям для H 2 S только в том случае, если концентрация h3S изначально очень низкая, например, возможно, 50 частей на миллион или меньше.

Хотя CO 2 является основной мишенью для удаления при переработке природного газа с помощью мембран, углеводороды также диффундируют через мембраны. Поскольку углеводороды являются ценными продуктами продаж, используются различные технологические схемы для минимизации потерь углеводородов. Количество углеводорода в пермеате после одного прохождения через устройство с проницаемой мембраной зависит от:

  • состав газа
  • системное давление (высокое и низкое)
  • расход газа
  • общая площадь поверхности мембраны, подверженной воздействию газа под высоким давлением

Хотя проницаемость и потенциальная потеря углеводорода являются недостатком процессов мембранного разделения, существует много преимуществ по сравнению с альтернативами для снижения содержания CO 2 .Преимущества:

  • Низкие капитальные вложения по сравнению с регенеративными процессами с растворителем
  • простота установки
  • простое управление, поскольку подаваемый газ просто проходит через установку с небольшой потерей давления
  • малый вес и требования к пространству, которые важны для морских установок
  • низкое воздействие на окружающую среду
  • коммунальные услуги не требуются

Потери углеводородов в пермеате могут быть уменьшены путем сжатия пермеата до высокого давления и его второй стадии разделения с помощью мембраны. [10] Полученный поток высокого давления из второй ступени затем добавляется к подаваемому газу высокого давления на первую ступень, как показано на Рис. 7 . В других схемах проницаемых мембран используется мембранный процесс для объемного удаления CO 2 с последующей аминовой системой для окончательной очистки.

  • Рис. 7 — Схема технологического оборудования для двухступенчатой ​​мембранной сепарации.

При обработке богатого газа мембранами для удаления CO 2 необходимо предварительно нагреть подаваемый поток, чтобы не происходила конденсация из-за высокого перепада давления через мембрану.Срок службы материала мембраны имеет решающее значение для оценки экономики процесса по сравнению с другими методами. Срок службы зависит от:

  • Качество корма (например, вынос жидкости, содержание твердых веществ и т. Д.)
  • осторожность при эксплуатации системы

При отсутствии других данных по аналогичным операциям следует учитывать срок службы от 3 до 5 лет.

Анализ и проектирование систем проницаемых мембран можно исследовать с помощью компьютерной программы, доступной по номинальной стоимости в Институте газовых исследований Чикаго, ныне называемом Институтом газовой технологии (GTI).Их программа MemCalc ™ — это программа для ПК, которая имитирует работу мембран по удалению CO 2 из природного газа. Программа была оценена несколькими операторами мембранных технологических установок.

Список литературы

  1. ↑ Варгас, К.Дж. 1982. Устранение неисправностей в системах компрессионного охлаждения. Chem. Англ. (22 марта): 137.
  2. ↑ Minkkinen, A. et al. 1992. Схема очистки газа от метанола обеспечивает экономичность и универсальность. Oil & Gas J. (1 июня): 65.
  3. ↑ Hampton, P. et al. 2001. Технология разделения жидкости и жидкости улучшает экономику процесса IFPEXOL. Oil & Gas J. (16 апреля): 54.
  4. ↑ Morgan, J.D. 1976. Сравнение процессов с внешним охлаждением и детандером для высокого извлечения этана. Oil & Gas J. (3 мая): 230.
  5. ↑ Дайк, П. и Хендерсон, Д. 1978. Детандер выигрывает в контроле точки росы газа. Oil & Gas J. (24 апреля): 86.
  6. ↑ Нильсен, Р. Б. и Баклин, Р. В. 1983. Почему бы не использовать метанол для контроля гидратов? Переработка углеводородов (апрель): 71.
  7. ↑ Крам, Ф.С. 1981. Есть место для заводов J-T по утилизации сжиженного нефтяного газа. Oil & Gas J. (10 августа): 132.
  8. ↑ Корос, В. Дж. 1995. Мембраны: извлекая уроки из природы. Прогресс химического машиностроения (октябрь): 68.
  9. ↑ Ли, А.Л., Фельдкирхен, Х.Л. и Гомес, Дж. 1994. Мембранный процесс для удаления СО2 испытан на заводе в Техасе. Oil & Gas J. (31 января): 90.
  10. ↑ Кук, П.Дж., Лосин, М.С. 1995. Мембраны обеспечивают рентабельную переработку природного газа.Переработка углеводородов (апрель): 79.

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

PEH: Очистка и переработка газа

Подготовка и переработка газа

Обезвоживание обезвоживающими влагопоглотителями

Дегидратация гликолем

Сухая дегидратация осушителя

Очистка сернистого газа

Категория

Как работает вода | HowStuffWorks

Наши тела на 60 процентов состоят из воды [источник: клиника Мэйо].Вода регулирует температуру нашего тела, перемещает питательные вещества через наши клетки, поддерживает влажность слизистых оболочек и вымывает отходы из нашего тела. Наши легкие на 90 процентов состоят из воды, наш мозг на 70 процентов состоит из воды, а наша кровь более чем на 80 процентов состоит из воды. Проще говоря, мы не можем без него функционировать. Большинство людей выпивают около двух стаканов воды в день (0,5 литра). Каждый день мы также теряем чуть больше чашки воды (237 мл), когда выдыхаем ее, и устраняем около шести чашек (1,4 л) ее. Мы также теряем электролитов, — минералов, таких как натрий и калий, которые регулируют жидкости организма.Так как же его заменить?

Мы можем получить около 20 процентов необходимой нам воды из пищи, которую мы едим. Некоторые продукты, например арбуз, почти на 100% состоят из воды. Хотя количество воды, которое нам нужно каждый день, варьируется, обычно оно составляет около восьми чашек (2 л). Но вместо того, чтобы беспокоиться о том, чтобы получить эти восемь чашек, вы должны просто выпить, когда почувствуете жажду. Вы можете получить воду, употребляя другие напитки, но некоторые напитки, например алкоголь, могут сделать вас более обезвоженным.

Объявление

Если ваша моча темно-желтого цвета, возможно, вы пьете недостаточно воды. Конечно, когда вы тренируетесь, вам нужно больше воды; болеет диареей, рвотой или лихорадкой; или в жаркой среде в течение длительного времени. Большинство людей могут прожить без воды всего несколько дней, хотя это зависит от ряда факторов, включая их здоровье и окружающую среду. Некоторые прошли целых две недели. Последователи буддийского мальчика, медитирующего в Непале, утверждают, что он провел два года без еды и воды, но врачи не смогли подтвердить это [источник: All Headline News].

Когда вы не получаете достаточно воды или теряете слишком много воды, вы становитесь обезвоженным . Признаки легкого обезвоживания включают сухость во рту, чрезмерную жажду, головокружение, головокружение и слабость. Если в этот момент люди не пьют жидкости, они могут испытать сильное обезвоживание, которое может вызвать судороги, учащенное дыхание, слабый пульс, дряблость кожи и запавшие глаза.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *