У побуті вода використовується для санітарно-побутових потреб. Вона також є теплопередавачем і може приймати його, зберігати та віддавати назад.

Вода - Яка щільність води?

Щільність і в’язкість води – властивості води, важливі при вивченні питань, пов’язаних з течією в теплопроточних установках і пристроях. Вони є одними з даних, необхідних для розрахунків механіки рідини, і використовуються в основному проектувальниками теплових установок і пристроїв для кількісного опису явищ течії, що відбуваються в пристроях і установках.

Щільність води

Щільність — це відношення маси до об’єму, який займає дана маса.

Вода - Яка щільність води?

Де:

  • m – маса [кг]
  • V – об’єм [м] 3

Щільність зазвичай позначають латинською буквою d або грецькою буквою ρ (rho). У міжнародній системі одиниць СІ одиницею щільності є [кг/м3], але вона також може бути виражена в [кг/л] або [г/м3 ] .

У випадку з водою щільність непостійна і залежить від температури і тиску.

За нормального атмосферного тиску щільність води для даної температури можна визначити за формулою 1 , наведеною нижче.

Вода - Яка щільність води?

Де:

– t температура [K]

Загалом щільність рідини зменшується з підвищенням температури, але вода в цьому випадку поводиться аномально і досягає найвищої щільності при 4 градусах Цельсія.

Щільність води залежить від температури

Нижче наведена таблиця, що показує щільність води для конкретних значень температури при нормальному атмосферному тиску 1013,25 [гПа]:

Щільність води залежить від температури

Вода - Яка щільність води?

За звичайних умов вода при 4OC має найбільшу густину, яка становить 1000 кг/м 3 , тому прийнято, що 1 літр води важить 1 кг.

В’язкість води

В’язкість є ще однією важливою властивістю рідини після густини. Воно виникає лише під час відносного руху прилеглих один до одного шарів рідини і зникає після його припинення. В’язкість полягає в утворенні дотичних напруг, які можна розглядати як сили внутрішнього тертя, коли тонкі шари рідини рухаються один над одним з різними швидкостями. В’язкість – це опір текучості, отже, чим нижча в’язкість, тим рідина рідкіша та текучіша. Вимірювання в’язкості рідини проводять за допомогою віскозиметрів (віскозиметрів).

Коефіцієнт динамічної в’язкості

Динамічна в’язкість, також відома як коефіцієнт динамічної в’язкості, є мірою в’язкості рідини в потоці з градієнтом швидкості. Він позначається грецькою літерою μ (mi) і виражає відношення напруги зсуву до швидкості зсуву:

Вода - Яка щільність води?

Де:

– τ – напруга зсуву [Па],

– γ – швидкість зсуву [1/с]

Динамічна в’язкість позначається грецькою літерою μ (мі), а її одиницею СІ є [Па с] або [кг /(м⋅с)].

Кінематичний (кінетичний) коефіцієнт в’язкості

Кінетична (кінематична) в’язкість, звана кінематичним коефіцієнтом в’язкості, є відношенням динамічної в’язкості до густини:

Вода - Яка щільність води?

Де:

– μ – динамічна в’язкість [кг /(м⋅с)]

– ρ – щільність [кг/м 3 ]

Кінетична в’язкість позначається грецькою літерою ν (ni), а її одиницею в СІ є [м 2 /с].

В’язкість рідин, включаючи воду, залежить від структури їхніх молекул і ілюструє величину сил, які необхідно прикласти, щоб змусити потік. З підвищенням температури в рідинах відстань між частинками збільшується, що зменшує внутрішній опір течії, а отже, зменшується їх в’язкість.

В’язкість води залежить від температури

Нижче наведено таблицю, що показує динамічну в’язкість води для певних значень температури:

В’язкість води як функція температури

Вода - Яка щільність води?

Властивості морської води – температура, солоність – географія

До фізичних властивостей води (особливо морської) належать: щільність, гідросферний тиск, прозорість води, температура води та її теплоємність, солоність води.

Щільність морської води становить близько 1,02474 г/см 3 і в кілька сотень разів перевищує щільність повітря. У результаті багато морських організмів, на відміну від птахів або літаючих комах, можуть вільно плавати у воді (планктон). У той же час така висока щільність середовища ускладнює пересування у воді, і більшість морських (і водних) плавців мають обтічні форми.

Температура вод океану в його поверхневих шарах становить в середньому 17,4 °С і коливається від -2 °С в полярних широтах до 30 °С біля екватора. Проте висока температура води в міжтропічних широтах поширюється лише на верхній 400-метровий шар вод океану, води якого інтенсивно перемішуються конвективними рухами. Під цим поверхневим теплим шаром знаходиться перехідна зона ( термоклін ), де температура води падає приблизно до 5°C. Таким чином, уся океанська глибина має температуру води трохи вище 0°C.


Вода має високу теплоємність. Тому він повільно нагрівається і повільно остигає. Це і велика площа поверхні океанів зумовлюють їх великий вплив на клімат Землі.

Сонячне світло проникає глибоко в океанську воду, але лише на певну глибину. У відкритому океані інтенсивність світла падає приблизно до 1% від поверхневого світла вже на глибині приблизно 50-80 м. Тільки в цьому верхньому шарі можуть розвиватися істоти, здатні до фотосинтезу.

Морська вода, в тому числі Від прісної вона відрізняється тим, що в ній розчинено набагато більше солі. Серед розчинених у воді солей найбільшу частку займає хлорид натрію – NaCl (бл. 78%). Це призводить до того, що морська вода має солоно-гіркий смак. Солоність моря – це загальна мінералізація морської води. Ми виражаємо їх у грамах твердих речовин, розчинених в 1 кілограмі води, тобто в проміле (‰)– тисячні частки цілого. Середня солоність морів і океанів становить близько 35‰, біля екватора вона трохи підвищується (39‰), а на полюсах, де тануть прісні води льодовиків і льодовикових покривів, знижується (34,5‰). Внутрішні моря найбільш солоні в умовах жаркого сухого клімату (наприклад, Червоне море – 45‰). Там дуже сильне випаровування води, що посилює концентрацію розчину. Води внутрішніх морів найменш солоні у вологому кліматі, де морські басейни роздуваються припливом річкових вод (солоність у Ботнічній затоці Балтійського моря становить лише близько 2‰).

Щільність морської води

Вода - Яка щільність води?

Щільність морської води залежить від температури і солоності. Коли вода стає теплішою, її щільність зменшується, а тому її об’єм збільшується. Тиск – це вага стовпа води, тому, враховуючи його щільність, його легко обчислити, і ми не будемо аналізувати його далі. Температуру та солоність (і, отже, щільність) океанської води та океанських течій зараз дуже точно контролюють завдяки дослідженням, які занурюються глибоко в океан, вільно дрейфують на певній глибині протягом певного часу, а потім вимірюють вертикальні профілі цих параметрів у міру їх появи. Ми також спостерігаємо за допомогою супутників і наземних спостережень за рівнем моря в різних місцях земної кулі. Зараз через глобальне потепління ми спостерігаємо підвищення рівню океану із середньою швидкістю близько 3,4 мм на рік. Баланс маси льодовиків і вимірювання ARGO показують, що основною причиною цього збільшення (понад 60%) є танення наземних льодовиків. Однак приблизно 1/3 підвищення рівня моря відбувається за рахунок теплового розширення води. Частка, що залишилася, менше 10%, припадає на використання невідновлюваних (повільно відновлюваних) підземних вод, які потрапляють в океани з річками або дощем.

Оскільки процеси випаровування з поверхні океанів, стікання води з льодовиків, приплив і відтік теплової енергії розподіляються в просторі нерівномірно, а складні океанічні кругообіги і процеси змішування, що змінюються в часі і просторі, відбуваються повільно – вони не «встигає» за гомогенізацією температури і солоності морської води – цей розподіл температури і солоності, а отже, і щільності води в морях дуже неоднорідний. З цієї причини ми спостерігаємо значні відмінності в просторовому розподілі тенденції підвищення рівня моря.

Щільність води залежить від температури

Таблиця щільності води при температурах в діапазоні 0 – 100 градусів С при нормальному тиску.

Густина – це відношення маси обраної кількості речовини до об’єму, який вона займає. Вода – це рідина зі змінною густиною. Його концентрація або розрідження тісно пов’язані з температурою і тиском, але не залежать від сили тяжіння.

Максимальна щільність води досягається, коли вона досягає температури 4º Цельсія. Вище і нижче цього рівня щільність H₂O буде нижчою. Висота тиску також має велике значення – при нормальних умовах і значеннях 1013,25 гПа щільність води становить рівно 1000 кг на м³. Цей важливий факт дозволяє швидко розрахувати вагу цієї рідини – кожен її літр важить близько 1 кг. Щільність разом з в’язкістю води є одними з найважливіших характеристик цієї рідини.

Щільність води зазвичай позначають літерою d або грецьким символом ρ. Розраховується за формулою d = m/V, де d — щільність води, m — маса зразка, V — об’єм, який займає досліджувана рідина. Одиницею щільності в СІ є кілограм на кубічний метр (кг/м³). Його також можна назвати кілограмом на літр (кг/л) і грамом на кубічний сантиметр (г/см³). Приклад густини води при 25 градусах становить 997,07 кг/м3 , а при 20 градусах — 998,23 кг/м3.

Щільність води – табл

Нижче наводимо таблицю (таблицю), в якій представлені зміни щільності води в залежності від температури. Температуру виражають у градусах Цельсія, а щільність – у кілограмах на кубічний метр.

Таблиця щільності води

температура


Щільність


температура


Щільність [кг/м 3 ]
-10998,1535994,06
-9998,4336993,71
-8998,6937993,36
-7998,9238992,99
-6999,1239992,63
-5999,3040992,24
-4999,4541991,86
-3999,5842991,47
-2999,7043991,07
-1999,7944990,66
0999,8745990,25
1999,9346989,82
2999,9747989,40
3999,9948988,96
41000,0049988,52
5999,9950988,07
6999,9751987,61
7999,9352987,15
8999,8853986,69
9999,8154986,21
10999,7355985,73
11999,6360983,24
12999,5265980,59
13999,4070977,81
14999,2775974,89
15999,1380971,83
16998,9785968,65
17998,8090965,34
18998,6295961,92
19998,43100958,38
20998,23110951,00
21998,02120943,40
22997,80130935,20
23997,56140926,40
24997,32150917,30
25997,07160907,50
26996,81170897,30
27996,54180886,60
28996,26190875,00
29995,97200862,80
30995,67210850,00
31995,37220837,00
32995,05230823,00
33994,73240809,00
34994,40250794,00

Щільність води залежить від температури. Таблиця.

У таблиці наведено значення щільності води в г/мл для різних температур в інтервалі від 0 до 100 °С.

температура, °Сщільність,


г/мл
температура, °Сщільність,


г/мл
00.99987520.9872
20.99997540.9862
41.00000560.9853
60.99997580.9843
80.99988600.9832
100.99973620.9822
120.99953640.9811
140.99927660.9801
160.99897680.9789
180.99862700.9778
200.99823720.9767
220.99780740.9755
240.99733760.9743
260.99681780.9731
280.99626800.9718
300.99568820.9706
320.99506840.9693
340.99440860.9680
360.99372880.9667
380.99300900.9653
400,99225920.9640
420,99147940.9626
440.9907960.9612
460.9898980.9598
480.98901000.9584
500.9881  

Щільність дистильованої води з різних джерел при 4 с

ДжерелоЩільність, г/млДжерелоЩільність, г/мл
Сніг0,9999977Тварини1,0000012
Дощ0,9999990Рослини1,0000017
Річки1Кристалізаційна вода мінералів1,0000024
Океан1,0000015

У той же час очевидно, що склад молекул води Н 2 Про не залежить від способу отримання (ставлення числа атомів Н до атомів Про завжди 2 : 1).

Отже, закон сталості складу суворо виконується лише молекул !

приклад 2.3. Обчисліть значення масових часток елементів у сірчистій кислоті.

Рішення. Масова частка елемента в речовині може бути обчислена за такою формулою:

Вода - Яка щільність води?

,

де (Е) – кількість даного елемента в 1 моль речовини.

Молярна маса сірчаної кислоти:

M(H 2 SO 4 ) = 2М(H) + М(S) + 4М(O) = 2 + 32 + 64 = 98 (г/моль).

Масові частки елементів у сірчаній кислоті:

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

= 0,02, або 2%; = 0,33, чи 33%; = 0,65, чи 65%.

Приклад 2.4. Визначте найпростішу формулу одного з оксидів сірки, якщо масова частка кисню у ньому дорівнює 50%.

Рішення. Масова частка сірки в оксиді:

(S) = 100 – 50 = 50%.

Знайдемо відношення кількостей сірки та кисню 1 :

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

(S) : (O) = : = : = 1,56 : 3,13 = 1 : 2.

Отже, найпростіша формула оксиду – SO2 .

2.3. Закон об’ємних відносин. Закон Авогадро

Закон об’ємних відносин газів було відкрито Ж. Л. Гей-Люссаком. Вже 1805 р. Гей-Люссак і А. фон Гумбольдт, вивчаючи відносини обсягів реагуючих газів, встановили, що обсяг кисню з’єднується з двома обсягами водню. Ця робота була тісно пов’язана з подальшими дослідженнями газових реакцій Гей-Люссаком. Результати своїх робіт він опублікував у 1808 р. у статті “Про з’єднання газоподібних тіл один з одним”. Він хотів «довести, що газоподібні тіла з’єднуються один з одним у дуже простих відносинах і що зменшення обсягу, яке спостерігається під час реакцій, підпорядковується певному закону».

Сформульоване Гей-Люссаком узагальнення відоме під назвою закону простих об’ємних відносинабо «хімічного» закону Гей-Люссака:

Обсяги вступають у реакцію газів за однакових умов (температурі та тиску) відносяться один до одного і до обсягів газоподібних продуктів реакції як прості цілі числа.

Наприклад, у реакції

2 + Cl 2 = 2HCl V(H 2 ) : V(Cl 2 ) : V(HCl) = 1 : 1 : 2.

У 1810 р. у другій частині своєї роботи “Нова система хімічної філософії” Дальтон рішуче виступив проти відкритого Гей-Люссаком закону, побачивши в ньому не підтвердження, а загрозу атомістичній гіпотезі. Дальтон багато міркував на цю тему. Спочатку він навіть припускав, що в одному обсязі кисню міститься стільки ж атомів, скільки і в одному об’ємі водню. «Однак пізніше я став дотримуватись іншої думки, і до цього привів мене такий аргумент: один атом оксиду азоту складається з одного атома азоту та одного атома кисню. Тепер, якщо в однакових обсягах міститься однакове число атомів, то при взаємодії одного об’єму азоту з одним об’ємом кисню повинен утворитися один об’єм оксиду азоту, але, згідно з даними Генрі, утворюються приблизно два обсяги; тому оксид азоту у тому обсязі може містити лише половину атомів (проти азотом і киснем)».

Деякі інші дані, здавалося, також суперечили атомістичній гіпотезі. Наприклад, згідно з уявленнями Дальтона, щільність монооксиду вуглецю як речовини, що складається з двох атомів, повинна бути більшою за щільність кисню як речовини, що складається з одного атома, проте насправді вона менша. Так само щільність парів води виявилася меншою за щільність кисню.

Ні Дальтону, ні Гей-Люссаку не вдалося пояснити протиріччя між атомістичною гіпотезою та газовими законами.

Ці протиріччя було усунуто 1811 р. А. Авогадро. У роботі «Нарис методу визначення відносних мас елементарних молекул тіл і пропорцій, згідно з якими вони входять до сполук», він пояснив прості відносини між обсягами газів, що спостерігаються при хімічних реакціях, сформулювавши закон, названий згодом його ім’ям:

У рівних обсягах різних газів за однакових умов (температури та тиску) міститься рівне число молекул.

Із закону Авогадро випливають важливі наслідки:

1. За однакових умов 1 моль будь-якого газу займає однаковий об’єм. Так, за нормальних умов (Т = 273,15 К, p = 101325 Па):

m (газу) = 22,4 л/моль (н. у.).

2. Молярна маса речовини в газоподібному стані дорівнює його подвоєної щільності водню.

Відносна щільність газу – це число, що показує, у скільки разів один газ важчий за інший.

Наприклад, відносна щільність газу Х газу Y:

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

DY ( Х) = = .

Найчастіше щільність газів визначають по відношенню до водню або повітря (подумайте, чому):

Вода - Яка щільність води?

-Відносна щільність газу Х по водню;

Вода - Яка щільність води?

-відносна щільність газу Х повітрям,

Вода - Яка щільність води?

де – середня молярна маса.

За відносними щільностями можна розраховувати молярні маси речовин. Так:

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

, Отже, M(Cl 2 ) = 2· .

приклад 2.5. Який обсяг кисню потрібний для спалювання 4 м 3 етану? Який обсяг вуглекислого газу утворюється при цьому?

Рішення: запишемо рівняння реакції горіння етану:

2С 2 Н 6 + 7О 2 = 4СО 2 + 6Н 2 О

Гази, що беруть участь у реакції, знаходяться за однакових умов, тому для розрахунку їх обсягів не обов’язково знаходити кількість речовин, а можна застосувати закон Гей-Люссака та перше слідство із закону Авогадро.

По рівнянню реакції:

для спалювання 2 обсягів З 2 Н 6 необхідно 7 обсягів О 2

а спалювання 4 м 3 З 2 Н 6 – V м 3 Про 2 .

V(O 2 ) = 4 ∙ 7 / 2 = 14 (м 3 ).

Аналогічно розраховуємо обсяг вуглекислого газу, що отримується в реакції:

при спалюванні 2 обсягів 2 Н 6 утворюється 4 обсяги 2 ,

а при спалюванні 4 м 3 З 2 Н 6 – V м 3 СО 2 .

V(СО 2 ) = 4 ∙ 4 / 2 = 8 (м 3 ).

приклад 2.6. Щільність оксиду азоту воднем дорівнює 23. Чому дорівнює щільність цього газу повітрям?

Рішення. Знаючи щільність оксиду азоту воднем, можна розрахувати його молярну масу:

Вода - Яка щільність води?

М(N x O y ) = (N x O y ) ∙ М(H 2 ); М(N x O y ) = 23 ∙ 2 = 46 (г/моль ) .

Щільність цього газу повітрям дорівнює:

Вода - Яка щільність води?

= 1,6.

приклад 2.7. Знайдіть середню молярну масу та щільність (при н. у.) повітря, що має об’ємний склад: 20,0% О 2 ; 79,0% N 2 , 1% Ar.

Рішення. Оскільки обсяги газів пропорційні до їх кількості (закон Авогадро), то середню молярну масу суміші газів можна виражати не тільки через кількості, а й через обсяги:

Вода - Яка щільність води?

.

Візьмемо 100 л суміші та обчислимо об’єм кожного компонента за формулою:

V(газу) = (газу) ∙ V(суміші),

де  – об’ємна частка, виражена у частках одиниці.

V(O 2 ) = 0,20 ∙ 100 = 20 (л); V(N 2 ) = 0,79 ∙ 100 = 79 (л); V(Ar) = 0,01 ∙ 100 = 1 (л).

Підставляючи ці значення формулу, отримаємо:

Вода - Яка щільність води?

= 28,9 (г/моль).

Щільність за нормальних умов дорівнює молярній масі, поділеній на молярний об’єм:

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

 = ; (повітря) = = 1,29 (г/л) = 1,29∙10 –3 (г/см 3 ).

приклад 2.8. Щільність суміші кисню та озону по водню дорівнює 17. Визначте масову та об’ємну частку кисню у суміші.

Рішення. Середня молярна маса цієї суміші газів:

Вода - Яка щільність води?

М? (суміші) = ∙ М (Н 2 ); М? (суміші) = 17 ∙ 2 = 34 (г/моль).

Нехай у суміші міститься х моль О 2 і моль О 3 . Співвідношення між х і у можна знайти через середню молярну масу:

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

; = 34 (г/моль).

З отриманого виразу знаходимо х = 7у.

Таким чином, співвідношення кількостей кисню та озону в суміші:

(О 2 ) = 7 ∙ (О 3 ).

За законом Авогадро обсяги газів прямо пропорційні їх кількості, тому об’ємна частка газу в суміші завжди дорівнює його мольній частці:

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

(Про 2 ) = = ;

Вода - Яка щільність води?

(О 2 ) = = 0,875 (або 87,5%).

Знайдемо масову частку кисню у суміші:

m(O 2 ) = (О 2 ) ∙ M(O 2 ); m(O 2 ) = 32х = 32 ∙ 7у = 224у;

m(O 3 ) = (О 3 ) ∙ M(O 3 ); m(O 3 ) = 48у.

Вода - Яка щільність води?

Вода - Яка щільність води?

(О 2 ) = ;(О 2 ) = = 0,824 (або 82,4%).