Фізичні властивості води

Вода може бути в трьох агрегатних станах (або фазах) – твердому (лід), рідинному (вода), газоподібному (водяна пара).

Зміну агрегатного стану речовин називають фазовими переходами, які супроводжуються виділенням або поглинанням енергії, яку називають теплотою фазового переходу (“схованою теплотою”).

При нормальному атмосферному тиску (760мм.рт.ст, 1,013·10⁵πа) точки замерзання води і кипіння відповідають за шкалою Цельсія 0⁰ і 100⁰С.

Густина води – головна фізична характеристика будь-якої речовини; це маса однорідної речовини, яка знаходиться в одиниці її об’єму:

р = (кг/м³)

Густина залежить від температури, солоності й тиску (а для природних вод ще і від вмісту розчинних зважених речовин) і стрибкоподібно змінюється під час фазових переходів.

Під час підвищення температури густина зменшується. Ця закономірність порушується під час плавлення льоду і нагрівання води в діапазоні від 0 до 4⁰С. Тут відзначаються дві важливі “аномалії” води: 1) густина в твердому стані (лід) менша, ніж в рідкому (вода); 2) в діапазоні температури води від 0 до 4⁰С ρ з підвищенням температури не зменшується, а збільшується. Ці дві аномалії мають велике значення: лід легший за воду і тому “плаває” на її поверхні, водойми не промерзають до дна, бо при охолодженні до 4⁰С вода стає більш густою і опускається на дно, а при подальшому охолодженні верхні шари її стають менш густими і залягають на поверхні.

Густина снігу – від 80-140 кг/м³ свіжовипавшого до 600-700 кг/м³ мокрого, в кінці танення. Пористий лід має малу густину. Свіжий сніг має густину 80-140 кг/м³, до початку танення снігу -140-300 кг/м³, на початку танення 240-350 кг/м³, в кінці танення - 300-450 кг/м³. Щільний мокрий сніг має густину до 600-700кг/м³, лавинний сніг - 500-650 кг/м³.

Щільність води залежить від вмісту розчинних речовин і збільшується з ростом солоності. Збільшення солоності призводить до зниження температури найбільшої густини.

До важливих особливостей змін агрегатного стану води відносять великі затрати тепла на плавлення, випаровування, сублімацію і велике виділення тепла в зворотних переходах. В порівнянні з іншими речовинами питома теплота плавлення льоду і питома теплота пароутворення аномально великі.

Питома теплота плавлення льоду L_пл - кількість теплоти, необхідної для перетворення одиниці маси льоду в воду при температурі плавлення і нормальному атмосферному тиску дорівнює 330 000Дж/кг. Стільки ж теплоти виділяється під час замерзання води.

Питома теплота пароутворення (випаровування), L_вип - кількість теплоти необхідної для перетворення одиниці маси води в пар (в Дж/кг) і залежить від температури:

L_вип = 2,5·10⁶ - 2,4·10³Т

При 0⁰ і 100⁰С L_вип відповідає 2,5·10⁶ і 2,26·10⁶ Дж/кг. Стільки ж теплоти виділяється під час конденсації водяної пари.

Питома вага випаровування складається з питомої ваги плавлення L_пл і питомої теплоти пароутворення L_вип :

L_возг = L_пл + L_вип

Теплоємкість води - це кількість теплоти необхідної для нагрівання одиниці маси води на 1⁰ (Дж/кг·⁰С). При 15⁰С вона дорівнює 4190Дж(кг⁰С).

Теплопровідність - передача енергії від частин з більшою енергією до частин з меншою енергією. Теплопровідність чистої води 0,6Вт/м·⁰С, льоду 2,24 Вт/м·⁰С, снігу 1,8Вт/м·⁰С. Меншу теплопровідність має тільки повітря.

Мала теплопровідність води сприяє її поступовому нагріванню і охолодженню.

Поверхневий натяг води у порівнянні з іншими рідинами великий, з підвищенням температури, дещо зменшується. З усіх рідин більш високий поверхневий натяг має тільки ртуть. Коефіцієнт поверхневого натягу води змінюється від 7,55·10^-2Н/м при 0⁰С до 5,71·10^-2Н/м при 100⁰С.

В'язкість води, або внутрішнє тертя - властивість води чинити опір при переміщенні однієї частини її щодо іншої. В'язкість води невелика і характеризується кінематичним коефіцієнтом в'язкості, який для води при температурі 0⁰С дорівнює 1,78·10^-6 м²/с, а при температурі 50⁰С - 0,55·10^-6м²/с.

Капілярність відіграє велику роль у багатьох процесах, які проходять на Землі. Капілярність обумовлює рух по порах і змочує грунти, які лежать значно вище рівня грунтових вод, забезпечуючи коріння рослин розчиненими у воді поживними речовинами.

Світло проникає у воду на невелику глибину. Так, у чистій воді на глибині 1м інтенсивність світла становить 90% інтенсивності світла на поверхні, на глибині 2м - 81%, на глибині 3м - 73%, а на глибині 100м зберігається лише біля 1% інтенсивності світла на поверхні.

Вода - добрий провідник звуку. Швидкість поширення звуку у воді становить 1400-1600м/с, тобто в 4-5 разів більша від швидкості поширення звуку у повітрі. Швидкість звуку у воді збільшується з підвищенням температури (приблизно на 3-3,5м/с на 1⁰С), збільшення солоності (приблизно на 1,0 - 1,3м/с на 1‰) і зростанням тиску (приблизно на 1,5 - 1,8м\с на 100м глибини).

Поиск по сайту: