Плотность воды, теплопроводность и физические свойства h2o

Геохимия

Соленость

Дополнительная информация: Соленость § Морская вода

Ежегодная минерализация средней поверхности моря выражается в практической Солености шкале для Мирового океана . Данные из Атласа Мирового океана

Хотя подавляющее большинство морской воды имеет соленость от 31 г / кг до 38 г / кг, то есть 3,1–3,8%, морская вода не всегда является соленой во всем мире. Там, где происходит смешивание со стоком пресной воды из устьев рек, вблизи тающих ледников или с большим количеством осадков (например, в сезон дождей ), морская вода может быть значительно менее соленой. Самым соленым открытым морем является Красное море , где высокая скорость испарения , небольшое количество осадков и низкий речной сток, а также ограниченная циркуляция приводят к образованию необычно соленой воды. Соленость в изолированных водоемах может быть еще больше — примерно в десять раз выше в случае Мертвого моря . Исторически сложилось так, что для определения абсолютной солености морской воды использовалось несколько шкал солености. Популярной шкалой была «Практическая шкала солености», где соленость измерялась в «практических единицах солености (psu)». Текущим стандартом солености является шкала «эталонной солености», где соленость выражается в единицах «г / кг».

Теплофизические свойства морской воды

Плотность поверхностных морской воды находится в диапазоне приблизительно от 1020 до 1029 кг / м 3 , в зависимости от температуры и солености. При температуре 25 ° C, солености 35 г / кг и давлении 1 атм плотность морской воды составляет 1023,6 кг / м 3 . Глубоко в океане под высоким давлением морская вода может достигать плотности 1050 кг / м 3 и выше. Плотность морской воды также изменяется с соленостью. Рассолы, производимые установками по опреснению морской воды, могут иметь соленость до 120 г / кг. Плотность типичного рассола морской воды с соленостью 120 г / кг при 25 ° C и атмосферном давлении составляет 1088 кг / м 3 . морской воды ограничен диапазоном от 7,5 до 8,4. Скорость звука в морской воде составляет около 1500 м / с ( в то время как скорость звука обычно составляет около 330 м / с на воздухе при температуре примерно 101.3kPa давления, 1 атмосфера) и изменяется в зависимости от температуры воды, солености и давления. Теплопроводность морской воды составляет 0,6 Вт / мК при 25 ° С и соленостью 35 г / кг. Теплопроводность уменьшается с увеличением солености и увеличивается с повышением температуры.

Где самая соленая вода

Еще со школьного курса географии многие помнят почему в морях вода соленая и какое из них на первом месте. Речь идет о Мертвом море, однако это не совсем так. Мертвое море солонее в 10 раз среднего показателя по океану (около 340 грамм на 1 литр, для расчета удельного веса морской воды используется формула), причин тому несколько: сильное испарение, редкие дожди и втекание в него только одной реки Иордан. В такой жидкости никто не может выжить, кроме нескольких видов бактерий. Человеку безопасно купаться в Мертвом море или использовать грязи для лечения. Наверняка все знают об интересном факте: утонуть в нем невозможно из-за высокой концентрации солей. Морская вода будто выталкивает тело человека, как бы он не старался опуститься на дно.

Второе место по солености занимает Красное море — на один литр приходится 41 грамм соли. Образовалось оно приблизительно 25 млн лет назад из-за передвижения ледников. Морская вода всегда теплая (даже в зимнее время года), обладает богатым животным миром.

Завершает тройку соленых морей Средиземное. В нем на один литр жидкости приходится 39,5 грамм соли, морская вода имеет температуру кипения в 100 градусов. Оно одно из самых теплых морей Мирового океана: летом температура достигает 25 градусов, а зимой — 12. В отличие от Мертвого моря здесь достаточно обитателей: акулы, скаты, морские черепахи, мидии и более пятисот видов рыб. К морям с повышенной концентрацией соли относят Белое, Баренцево, Чукотское, Японское. В них морские воды содержат от 30 до 38% соли.

Самое соленое место на Земле — озеро Дон-Жуан, расположенное на северо-востоке Антарктики. Оно имеет небольшую глубину (до 15 см), иногда его сравнивают с лужицей. При этом в нем настолько высокая концентрация солей, что жидкость не замерзает даже при температуре воздуха -50 градусов. Вода в озере Дон-Жуан солонее в 2 раза Мертвого моря и в 18 раз океанских вод.

Дон-Жуан открыто случайно в 61 году прошлого века. Вертолетчики военно-морского флота Соединенных Штатов Америки совершили первую экспедицию для изучения озера с морской водой. Одного из пилотов звали Дональд Роу, другого — Джон Хик, в честь них было назван самый соленый водоем «Дон-Хуан» (по-испански).

Антарктические Сухие Долины отличаются суровыми холодами и ветрами. Вода появились из-под земли, а соль является результатом испарения верхних слоев. В ней практически нет живых организмом (за исключением грибов, дрожжей, водорослей), в такой морской воде микрофлора так и приспособилась. Считается, если на Марсе когда-то обнаружат воду, то она будет такой же, как в этом озере.

Какова плотность воды

Основная масса воды во многом зависит сразу от трёх факторов — солёности (либо наличия других добавок, которые повышают массу и температуру), сколько градусов составляет она сама, а также наличия постоянного давления. Причем вычислить точный параметр можно только при условии неизменности третьего фактора.

Разные типы воды (угнетение составляет 1атм, а данные приводятся ориентировочно):

• пресная вода — 998 кг/м³;
• морская — 1027 кг/м³;
• кипящая — 958 кг/м³;
• дистиллированная (чистая) — 1000 кг/м³.

Помимо морской, в которой параметр завышается из-за солей, есть ещё один вид воды с высокой концентрацией. Объем воды, залегающей в грунте, составляет в среднем 1010-1210 кг/м³, величина относительная и зависит от минерализации.

Вода по этому параметру близка по значению многим продуктам питания. Но напитки и соки, как правило, имеют большую массу, которая приравнивается к морской воде. Другие вещества значительно уступают: спирты намного легче, как и плотность нефти (730-940 кг/м³) и другого топлива. Наибольшей считается плотность ртути — она достигает 13,5 кг при комнатной температуре.

Разная плотность жидких веществ различно их характеризует. Те вещества, чья концентрация выше, чем у воды, начинают тонуть и смешиваться в результате. Другие остаются на поверхности. Таким образом, ртуть тонет и растворяется в воде, а нефть остается при разливе на поверхности. Ещё один пример: айсберги именно плавают, а не остаются статичными. Несмотря на большую массу, их плотность значительно меньше соленой океанской воды, это удерживает их на поверхности и заставляет дрейфовать.

Проблемы Атлантики

К сожалению, сейчас ученых больше интересует не то, какой океан самый соленый, а то, как сохранить водные объекты. Деятельность человека наносит водам Атлантики огромный ущерб. С каждым годом уровень загрязнения возрастает, хоть мировое сообщество и принимает меры для снижения загрязнений.

В воды Атлантического океана попадают ядохимикаты с полей и фермерских угодий, сюда же сбрасываются промышленные отходы и стоки из канализаций. Кроме того, происходят аварии на нефтяных платформах и на танкерах, перевозящих нефть. Это приводит к серьезным разливам горючей жидкости, в которых гибнут флора и фауна океана. А ведь отсюда человечество получает почти 40% добычи рыбы. Как люди могут относиться с такой безответственностью к природным ресурсам, объяснить сложно.

Главное, что о проблемах уже перестали спорить и начали искать пути их решения. Это дает надежду, что воды самого соленого океана восстановят свою чистоту и сохранят своих обитателей для будущих поколений.

Так много таинственного и неизведанного таит в себе Атлантика! Возможно, когда-то люди больше узнают об этом океане и смогут разгадать его секреты, а пока мы только можем восхищаться его величием и красотой, довольствуясь лишь малой долей имеющихся знаний.

Плотность воды

Весьма общераспространенным и часто встречавшимся в повседневной жизнедеятельности жидкостным веществом считается вода. Рассматривая главные параметры плотности и вязкости данного вещества, получаем плотность в естественных условиях равной 1000 килограмм на метр кубический. Данная величина используется в дистиллированной воде. Для морской воды величина плотности немного больше, и составляет 1030 килограмм на метр кубический. Данное значение не представляться конечным и очень тесно взаимосвязано с температурным показателем. Совершенные данные возможно фиксировать при температуре примерно +4°C.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

При выполнении расчётов для кипячёной воды с температурой +100°C, плотность очень значительно уменьшится и будет равна 958 килограмм на метр кубический. Экспериментально доказано, что при выполнении нагревания различных жидкостных веществ, плотность данных веществ становиться значительно меньше. Плотность воды является существенно приближённой к некоторым популярным продуктам питания. Плотность воды сравнима с винными изделиями, уксусными растворами и некоторыми молочными изделиями.

Часть продуктов питания обладают большими значениями плотности, чем вода. Но большое количество продовольственных и непродовольственных изделий, а также напитков, значительно уступающих традиционной воде. В числе которых находятся спирты и нефтяные продукты, включительно мазуты и бензиновые смеси. Для расчётов плотность определённых газообразных веществ применяются формулы состояния идеальных газов. Данные расчёты требуются в ситуациях, когда функционирование конкретных газов значительно различается с функционированием идеальных газов и явления сжижения не наблюдается.

Объём газообразного вещества обыкновенно находится в зависимости от величин давления и температурных показателей. Разница давлений, которая создаёт значительные преобразования плотности газообразных веществ, появляется во время передвижения на высоких скоростях. Обыкновенно несжимаемые газообразные вещества выражаются на скоростях, превышающих 100 м/сек. Высчитывается отношение скорости передвижения жидкостного вещества со скоростью звука. Данное вычисление разрешает сопоставлять большое количество параметров при свидетельствовании плотности любого вещества.

Интересные факты

Мертвое море — самое соленое на Земле. Здесь показатели достигают 270 ‰. Водоем находится рядом с территориями Израиля и Иордании. Плотность жидкости равна 1,3–1,4 г/м³, что сводит возможность утонуть практически к нулю.

Пресной считается вода, соленость которой менее 1‰ . Наименее соленое море (7‰) — Балтийское.

Соленая вода может замерзнуть, только если она находится вблизи поверхности или немного ниже нее расположен более соленый слой. В северных морях рыбы не замерзают благодаря содержащимся в крови особым белкам, которые мешают превращению воды в лед.

Вода Каспийского моря тоже является соленой, но по своему составу сильно отличается от морской, однако пить ее тоже нельзя. Набор полезных минеральных веществ в ней тоже не такой большой. Водоем замкнутый и не слишком глубокий, поэтому его можно отнести к озерам. Здесь хорошо развито рыболовство и ведется добыча морепродуктов в промышленных масштабах.

Посещая соленые озера России, можно увидеть «космические» ландшафты берегов таких водоемов, на них практически отсутствует растительность. С помощью этой воды лечатся заболевания кожи и дыхательных путей. Большинство водоемов находится на границе с Казахстаном, в сильно засушливых местах.

Самые известные соленые озера на территории России:

• Баскунчак — расположено на северо-востоке Астраханской области, вода настолько насыщена солью, что на дно не может опуститься металлическая пластина толщиной в 3 мм;
• Чаны — самое большое, расположено в Новосибирской области;;
• Эльтон — находится на территории Волгоградской области, единственное из соленых озер, которое расположено ниже уровня моря на несколько десятков метров ;
• Булухта — лидирует по насыщенности минеральными веществами, тоже принадлежит Волгоградскому региону ;
• Развал — имеет не каменистый, а песчаный пляж, местонахождение озера — юго-восточная окраина Соль-Илецка в Оренбургской области .

Физические свойства воды при температуре от 0 до 100°С

В таблице представлены следующие физические свойства воды: плотность воды ρ, удельная энтальпия h, удельная теплоемкость Cp, теплопроводность воды λ, температуропроводность воды а, вязкость динамическая μ, вязкость кинематическая ν, коэффициент объемного теплового расширения β, коэффициент поверхностного натяжения σ, число Прандтля Pr. Физические свойства воды приведены в таблице при нормальном атмосферном давлении в интервале от 0 до 100°С.

Физические свойства воды существенно зависят от ее температуры. Наиболее сильно эта зависимость выражена у таких свойств, как удельная энтальпия и динамическая вязкость. При нагревании значение энтальпии воды значительно увеличивается, а вязкость существенно снижается. Другие физические свойства воды, например, коэффициент поверхностного натяжения, число Прандтля и плотность уменьшаются при росте ее температуры. К примеру, плотность воды при нормальных условиях (20°С) имеет значение 998,2 кг/м3, а при температуре кипения снижается до 958,4 кг/м3.

Такое свойство воды, как теплопроводность (или правильнее — коэффициент теплопроводности) при нагревании имеет тенденцию к увеличению. Теплопроводность воды при температуре кипения 100°С достигает значения 0,683 Вт/(м·град). Температуропроводность H2O также увеличивается при росте ее температуры.

Следует отметить нелинейное поведение кривой зависимости удельной теплоемкости этой жидкости от температуры. Ее значение снижается в интервале от 0 до 40°С, затем происходит постепенный рост теплоемкости до величины 4220 Дж/(кг·град) при 100°С. Физические свойства воды при атмосферном давлении — таблица

Примечание: Температуропроводность в таблице дана в степени 108 , вязкость в степени 106 и т. д. для других свойств. Размерность физических свойств воды выражена в единицах .

Как оценивается показатель

Вода, так же как все другие химические вещества, может находиться в различных агрегатных формах, количественные характеристики каждой из них имеют большое значение. Чаще всего возникает потребность в определении плотности воды в жидком состоянии. Проводить измерение можно с помощью следующих устройств и приспособлений:

• ареометр,
• специальный стеклянный сосуд – пикнометр.

Оба метода известны со времен зарождения научных исследований, правомерность использования и точность полученных значений как для пресной, так и для морской воды доказана многолетней общемировой практикой. Измерения позволяют оценить качество водной продукции, поступающей из центральных городских сетей, колодцев, скважин, выявить ее соответствие санитарным нормам. Плотность соленой воды морей – важная информация для экологов, океанологов, гидробиологов и кораблестроителей.

Быстрее и проще узнать значение плотности с помощью ареометра, который представляет собой поплавок с градуированной шкалой в верхней части. Его нужно поместить в жидкость, налитую в высокий стеклянный сосуд, например в мерный цилиндр, так, чтобы он свободно плавал, не прикасаясь к стенкам. Ареометр всплывет на некоторую высоту, после чего нужно записать значение шкалы, на уровне которого находится нижний край мениска.

Можно определить плотность воды, любой другой жидкости с помощью пикнометра. Так называется маленький сосуд со строго определенным объемом. Его нужно взвесить пустым, затем – с дистиллятом. На последнем этапе определить вес контрольной пробы. На основании трех полученных цифр проводят расчеты по формуле и получают конечный результат.

Индийский океан

Многие ученые считают самым солёным океаном в мире Индийский, потому что на некоторых его участках концентрация соли превышает её значение в Атлантическом. Но в целом солёность Индийского составляет 34,8 %, что меньше, чем Атлантического. Поэтому в нашем рейтинге он занимает почетное второе место.

Самая высокая соленость вод наблюдается в местах с самым большим количеством испарений и с минимальным числом осадков за год. Меньше всего соли растворено там, где воду опресняют тающие ледники. Зимой муссонное течение приносит в океан с северо-востока пресную воду. Из-за этого около экватора образуется язык с меньшей солёностью. Летом он исчезает.

Плотность и масса

В самолетах часто используют композиционные материалы вместо чистых металлов, так как в отличие от металлов, такие материалы имеют высокую упругость при малом весе. Воздушные винты этого самолета Bombardier Q400 изготовлены полностью из композиционных материалов.

В некоторых отраслях, например в авиации, необходимо использовать как можно более легкие материалы. Так как материалы низкой плотности также имеют низкую массу, в таких ситуациях стараются использовать материалы с наименьшей плотностью. Так, например, плотность алюминия всего 2,7 г/см³, в то время как плотность стали равна от 7,75 до 8,05 г/см³. Именно благодаря низкой плотности в 80% корпуса самолетов используют алюминий и его сплавы. Конечно, при этом стоит не забывать о прочности — сегодня мало кто делает самолеты из дерева, кожи, и других легких но малопрочных материалов.

В самолетах часто используют композиционные материалы вместо чистых металлов, так как в отличие от металлов, такие материалы имеют высокую упругость при малом весе. Воздушные винты этого самолета Bombardier Q400 изготовлены полностью из композиционных материалов.

Художественное изображение черной дыры, выполненное Американским ведомством НАСА.

Причины

Добыча подземных вод

Добыча подземных вод является основной причиной вторжения соленой воды. Подземные воды являются основным источником питьевой воды во многих прибрежных районах США, и их добыча со временем увеличилась. В исходных условиях протяженность соленой воды на суше ограничена более высоким давлением, оказываемым столбом пресной воды из-за его более высокой отметки. Добыча подземных вод может снизить уровень зеркала пресной воды , уменьшая давление, оказываемое столбом пресной воды, и позволяя более плотной соленой воде перемещаться вглубь суши. В Кейп-Мэй, штат Нью-Джерси , с 1940-х годов водозабор снизил уровень грунтовых вод до 30 метров, что привело к снижению уровня грунтовых вод до уровня ниже уровня моря и повсеместному проникновению и загрязнению водозаборных скважин.

Добыча подземных вод также может привести к загрязнению скважины, вызывая подъем или выход соленой воды из глубины водоносного горизонта. В исходных условиях клин соленой воды простирается вглубь суши под пресную воду из-за ее более высокой плотности. Колодцы водоснабжения, расположенные над или рядом с клином для соленой воды, могут подтягивать соленую воду вверх, создавая конус соленой воды, который может достигать и загрязнять скважину. Некоторые водоносные горизонты предрасположены к этому типу вторжений, например водоносный горизонт Нижнего Флоридана : хотя относительно непроницаемый слой горных пород или глины отделяет пресные грунтовые воды от соленой воды, отдельные трещины нарушают ограничивающий слой, способствуя движению морской воды вверх. Перекачивание грунтовых вод усиливает этот эффект, понижая уровень грунтовых вод, уменьшая приток пресной воды вниз.

Каналы и дренажные сети

Строительство каналов и дренажных сетей может привести к проникновению соленой воды. Каналы служат для транспортировки соленой воды внутрь суши, так же как и углубление существующих каналов для целей судоходства . В устье озера Сабин в Мексиканском заливе крупномасштабные водные пути позволили соленой воде проникать в озеро и вверх по течению в реки, питающие озеро. Кроме того, дноуглубление каналов в окружающих заболоченных землях для облегчения бурения нефтяных и газовых скважин привело к проседанию земли , что еще больше способствовало перемещению внутренней морской воды.

Дренажные сети, построенные для осушения плоских прибрежных территорий, могут привести к вторжению из-за понижения уровня пресной воды, уменьшая давление воды, оказываемое столбом пресной воды. Вторжение соленой воды на юго-восток Флориды произошло в основном в результате дренажных каналов, построенных между 1903 и 1980-ми годами для осушения Эверглейдс для сельскохозяйственного и городского развития. Основной причиной вторжения было понижение уровня грунтовых вод, хотя каналы также передавали морскую воду вглубь суши, пока не были построены водорегулирующие шлюзы.

Что такое плотность воды?

Вода уникальна тем, что это единственная материя, встречающаяся в трёх различных состояниях. Соответственно, в жидком она встречается повсеместно — это можно назвать исходной формой. Её твердое состояние — лёд, снег, а газообразное — водяной пар. Вещество в любой форме имеет одно химическое обозначение — H 2 O.

Каждая форма состояния воды имеет собственную характеристику:

• снег — мягкий, рыхлый, концентрация низкая;
• лёд — твердый, концентрация также ниже,
• вода — текучая: наиболее высокий показатель, достигаемый при 4°C;
• а водяные пары — не имеют формы, а плотность неизмерима.

Кроме того, твердая форма всегда имеет отрицательную температуру, то есть всегда холодная. Вода, в свою очередь, бывает любой температуры, но при высокой начинает испаряться — так, пар бывает только горячим. Впрочем, он остывает при смешивании с воздухом и растворяется, поднимаясь выше от источника.

Отличаются и другие характеристики: снег быстро растает, если его поместить в воду, а лёд будет какое-то время плавать. Снежную массу и воду можно окрашивать, а лёд и пар — нет. Конечно, получить цветные льдинки возможно, но для этого нужно замораживать окрашенную воду. Однако, следует учесть, что такое окрашивание может незначительно изменить параметр плотности из-за использованного красителя.

Плотность воды по-своему уникальна, поскольку замерзшей она имеет вес меньший, чем обычно. Соответственно, параметр также снижается. Иначе говоря, замерзшая вода на разных стадиях заморозки будет иметь вес всё меньше и меньше. Так, полностью заледеневшая вода имеет массу меньшую, чем снег. А водяной пар весит и того меньше, следовательно, его плотность также уменьшается и как её определить — неизвестно.

Параметр вычисляется массой, разделенной на единицы объема в кг на м³. Другие особенности:

1. Вода может иметь разную массу и, следовательно, концентрацию из-за количества примесей и добавок.
2. Плотность чистой воды зависит от температуры: снижается как при росте, так и при снижении до минуса.
3. Не все жидкости — вода. Так, к примеру, плотность воды и бензина различна, несмотря на общую характеристику равномерного понижения при нагреве.

Максимальный зарегистрированный параметр составил 1000кг на м³ при температуре в пределах 3-4°C. Увеличение и снижение показали схожие результаты на понижение плотности. Можно сделать вывод, что наибольшую плотность вода имеет в этом температурном диапазоне.

Похожие записи:

Уборка придомовой территории Монолитная фундаментная плита своими руками Анаэробный герметик Придомовая территория частного дома Глава iv уход за бетоном и контроль его качества Правила эксплуатации металлических резервуаров для нефти и нефтепродуктов и руководство по их ремонту