Vandens tankis yra vienas pagrindinių fizinių dydžių, nusakančių medžiagos masę tūrio vienete. Vandens tankis vidutiniškai yra apie 1000 kg/m³, tai reiškia, kad 1 kubinis metras (1 m³) vandens sveria apie 1000 kilogramų kambario temperatūroje. Tankis žymimas graikų raide ρ ir labai tiesiogiai priklauso nuo temperatūros, taip pat kitų veiksnių.
Vandens tankio kaita priklausomai nuo temperatūros
Vandens tankis keičiasi esant skirtingoms temperatūroms. Didžiausias vandens tankis yra esant 3,98 laipsnio Celsijaus (39,16 laipsnio Farenheito) temperatūrai, kuomet jis pasiekia 1 g/cm³ arba 1000 kg/m³. Esant tokiai temperatūrai vanduo yra sunkiausias, todėl jis nugrimzta į dugną. Toliau kylant temperatūrai arba krentant žemiau 3,98 C, vandens tankis mažėja. Pasiekus 0 °C temperatūrą, vanduo užšąla ir formuojasi ledas, kurio tankis yra mažesnis už skysto vandens, todėl ledas plaukia ant vandens paviršiaus.
Vandens tankis 20 °C temperatūroje yra lygi 0,9982 g/ml, šiek tiek mažesnis nei didžiausias tankis, pasiektas 3,98 °C.
Fiziniai tankio ir tūrio santykiai įvairioms medžiagoms
Tankis yra svarbus apskaičiuojant įvairių medžiagų fizines savybes. Pavyzdžiui, aliuminio plokštelė, kurios masė yra 40,5 g, o tūris 15 cm³, turi tankį 2,7 g/cm³, kuris yra tipinis aliuminiui. Kiti metalai, kaip geležis ar auksas, turi tankius atitinkamai apie 7,87 g/cm³ ir 19,3 g/cm³.
Vandens tankis dažnai naudojamas skaičiuojant vandens tūrį ir masę įvairiose praktinėse situacijose, pavyzdžiui, apskaičiuojant kiek svers 150 g ar 1000 g vandens tūris ar kiek talpina indas su gyvsidabriu, kurio tankis yra apie 13,55 g/cm³. Tokie skaičiavimai svarbūs ne tik laboratorių darbe, bet ir pramoninėje gamyboje.
Taip pat skaitykite: Kaip gauti kompensaciją už šildymą?
Vandens temperatūros reguliatoriai pramonėje
Šiuolaikinėje pramoninėje gamyboje vandens temperatūros reguliatoriai naudojami vis plačiau, nes jie leidžia tiksliai kontroliuoti vandens temperatūrą jį šildant arba vėsinant. Šių prietaisų veikimo principas pagrįstas šilumos perdavimu per šilumokaitį - įrangą, kurioje karštas vanduo perduoda šilumą šaltam vandeniui per spiralinį varinį vamzdį. Tokiu būdu karštas vanduo išgaruoja ant išorinio vamzdžio paviršiaus, o šaltas vanduo kondensuojasi viduje, pasiekiant veiksmingą šilumos mainą ir temperatūros kontrolę.
Temperatūros skalės: matavimas ir reikšmė
Temperatūra yra fizinis dydis, apibūdinantis kūno šiluminę būseną, matuojama įvairiomis skalėmis:
- Celsijaus skalė - pagrįsta ledo tirpimo (0 °C) ir vandens virimo normaliame atmosferos slėgyje (100 °C) taškais, intervalas padalytas į 100 lygių dalių.
- Farenheito skalė - naudojama JAV, kur ledo tirpimas yra 32 °F, o vandens virimas - 212 °F.
- Kelvino skalė - termodinaminė skalė, kurios atskaitos taškas yra absoliutusis nulis (0 K), atitinkantis -273,15 °C. Kelvino ir Celsijaus skalės susijusios formule: T (K) = t (°C) + 273,15.
Vandens virimo temperatūros priklausomybė nuo slėgio
Virimo temperatūra yra ta, kurioje skysčio garų slėgis tampa lygus aplinkos slėgiui. Normalios sąlygos (101325 Pa) vandens virimo temperatūra yra 100 °C. Sumažinus slėgį, vandens virimo temperatūra mažėja. Tai galima aprašyti lygtimi:
| Reikšmė | Simbolis |
|---|---|
| Slėgis | P |
| Temperatūra (Kelvinais) | T |
| Garinimo entalpija | ΔHvap |
| Universalioji dujų konstanta | R = 8,314 J/(mol·K) |
Ši priklausomybė reiškia, kad kuo žemesnis slėgis, tuo vandens virimas vyksta žemesnėje temperatūroje. Pavyzdžiui, Everesto kalno viršūnėje (8849 m aukštyje) atmosferos slėgis yra žymiai mažesnis, todėl vandens virimo temperatūra siekia vos apie 68 °C.
Vakuumo taikymas vandens virimo temperatūros mažinimui pramonėje
Vakuumas - tai erdvė su labai mažu slėgiu, dažnai naudojama tam, kad sumažintų medžiagų virimo temperatūrą. Ši technologija panaudojama:
Taip pat skaitykite: Šalto vandens kompensacijos: ar jums priklauso?
- Maisto pramonėje - džiovinant chemines medžiagas ar produktus žemesnėje temperatūroje išsaugant jų kokybę bei maistines savybes;
- Farmacijoje - gaminant šilumai jautrius preparatus;
- Chemijos pramonėje - distiliuojant skysčius ir vykdant reakcijas, kur reikia vengti oksidacijos;
- Moksle - atliekant eksperimentus, ypač medžiagų paviršiaus tyrimuose.
Tokiu būdu vandens virimo temperatūra vakuumo sąlygomis gali būti žymiai mažesnė nei 100 °C, pavyzdžiui, vakuuminė distiliacija ar liofilizacija (produkcijos džiovinimas užšaldant).
Įtaka vandens užšalimo temperatūrai ir nuolatinė priežiūra
Gryno vandens užšalimo temperatūra priklauso nuo slėgio, tačiau pokyčiai nėra ryškūs. Normaliose sąlygose vanduo užšąla 0 °C temperatūroje. Padidinus slėgį, užšalimo temperatūra kiek sumažėja. Net ir esant itin aukštam slėgiui (pvz., Marianų įduboje), vanduo turi būti žemesnės nei 0 °C temperatūros, kad užšaltų.
Be to, vandentiekio sistemos turi būti tinkamai prižiūrimos ir apsaugotos nuo šalčio, nes temperatūros svyravimai ir netinkama priežiūra gali lemti nepageidautinas problemas. Kitu atveju yra rizika užteršti vandenį bakterijomis, tokiomis kaip legionelės, kurios veisiasi 25-40 °C temperatūroje ir gali sukelti pavojingas ligas.
Matavimo ir kontrolės metodai pramonėje
Tiksliai kontroliuoti vandens temperatūrą pramonės procesuose padeda tokie prietaisai kaip vandens temperatūros reguliatoriai, kurių veikimas pagrįstas efektyviais šilumos mainais. Dėl šių reguliatorių vandens temperatūra yra stabiliai valdoma visų procesų metu, o tai svarbu produktų kokybei ir saugumui.
Pramonėje taip pat taikomi aukštos kokybės termometrai, manometrai ir vakuuminės sistemos, užtikrinančios tikslų temperatūros ir slėgio kontrolę, kas yra būtina tiksliems matavimams ir proceso valdymui.
Taip pat skaitykite: Šildymo kompensacijos tvarka
Vakum E degazavimo stotelė
tags: #vandens #tankio #priklausomybe #nuo #temperaturos