Меню

Почему нагретая вода поднимается вверх

Разбираем вопрос: горячая вода тяжелее холодной или нет?

Вес воды при различных температурах заметно отличается. Бытует мнение, что горячая тяжелее холодной. Но данное утверждение неверно. В обычной жизни имеет значение применение знаний о массе прохладной и горячей воды.

В статье найдем ответ на вопрос: что же весит больше?

У какой вес больше?

Ненагретая тяжелее горячей. Показательной является ее плотность при разных температурных показателях. Под ней понимается соотношение массы и объема.

Больше всего вода весит (1000 кг/м 3 ) при температурном значении в 4 0 С. При диапазоне от 5 до 20 0 С плотность несколько уменьшается (с 999.99 до 998.23).

С повышением градусов водная среда будет менее плотной. Она будет становиться легче. При значении в 40 0 С показатель составляет уже 992.25 кг/м 3 , а при 70 0 С – 977.8.

Сколько кг/м 3 при различных температурах?

Ее вес при разных температурных режимах заметно отличается. Это наглядно показывает представленная таблица:

Температурный показатель, 0 С Массо-объемная величина, кг/м 3
999.87
2 999.97
4 1000
6 999.97
8 999.88
10 999.73
14 999.27
18 998.62
24 997.33
30 995.68
36 993.72
44 990.7
50 988.1
60 983.2
70 977.8
80 971.8
90 965.3
100 958.4

Почему у прохладной вес больше, чем у теплой?

Масса у прохладной воды больше, чем у разогретой, по той причине, что при нагревании ускоряется процесс движения молекул.

Они активнее взаимодействуют друг с другом, постоянно сталкиваясь и разлетаясь в противоположные направления.

Из-за этого расстояние между водными молекулами становится больше, и их самих меньше. Все это сказывается на уменьшении плотности.

В прохладной молекулярные частицы не особо подвижны. От этого она более плотная. Межмолекулярное расстояние небольшое. Они мало взаимодействуют друг с другом.

Некоторые люди полагают, что теплая весит больше прохладной. Это ошибочное утверждение. Кто-то считает, что поскольку нагретая вода занимает больший объем, чем ненагретая, то и весит от этого больше.

Но горячая только лишь распределяется по всему объему емкости и поднимается вверх. При этом она делается менее плотной.

Применение знаний о массе нагретой и холодной H2O в жизни

Приведем список ситуаций, где эта информация важна и ее знания применяются на практике:

  1. В жизни познания о весовой характеристике H2O разной температуры приходится применять в ситуациях, когда необходимо устанавливать смесители в системах водоснабжения.
  2. Ненагретая вода при смешении с разогретой выталкивает наверх последнюю, полезно учитывать при использовании водонагревательных бойлеров.
  3. При смешивании различных красителей и веществ в ходе приготовления напитков или в процессе изготовления хозяйственных растворов необходимо учитывать, что их охлажденные водосодержащие компоненты будут оседать на дне, а разогретые растворяться по всему объему.

Заключение

Меньший вес теплой воды объясняется активным движением молекулярных частиц внутри. Из-за увеличения расстояния между ними водная среда делается несколько легче.

В остуженной воде молекулы мало взаимодействуют друг с другом. Это позволяет оставаться ей более плотной.

Источник

IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Каким образом тепло распространяется в жидкостях?

Нагревание любой среды, например, воды или воздуха, заставляет ее расширяться и становиться легче. И наоборот, охлаждение — заставляет ее сжиматься и становиться тяжелее. Комбинация этих разнонаправленных физических воздействий формирует явление, называющееся конвекцией и представляющее собой один из процессов передачи теплоты в больших объемах жидкостей и газов.

Когда сосуд с водой расположен над работающей горелкой, вода над пламенем поглощает энергию. Эта энергия заставляет молекулы воды отодвигаться друг от друга, в результате чего она становится менее плотной. Нагретая вода поднимается вверх; на рисунке серая краска на дне сосуда делает это движение видимым. В то же самое время более холодная и плотная вода опускается вниз, чтобы занять место поднявшейся вверх теплой воды. Когда теплая вода поднимается, она отдает часть своей энергии окружающей воде и немного охлаждается. Тем временем более теплая вода продолжает подниматься, отодвигая в стороны слои остывшей воды. Конвекция прекратится только тогда, когда пламя погаснет и вся вода примет одинаковую температуру.

Конвекция при подведении теплоты

Нагревание дна пробирки увеличивает температуру нижних слоев воды. В результате теплая вода поднимается вверх, а более тяжелая холодная вода опускается вниз и также нагревается. Со временем вся вода становится горячей. Нагревание верхней части пробирки приводит к повышению температуры только верхних слоев воды, так как более легкая горячая вода остается над холодной.

Конвективное движение воды

Поднимаясь со дна стоящего на огне сосуда, нагретая вода постепенно теряет теплоту. Оказавшись на поверхности, эта вода расходится в стороны под действием поднимающегося столба более теплой воды. Охлаждаясь, вода становится более плотной и опускается вниз.

Конвекция в газовой среде

Струйки дыма позволяют проследить формирование конвективных токов в воздухе комнаты (рисунки вверху). Процесс начинается с подъема вверх теплого воздуха (левый рисунок). Достигнув потолка (средний рисунок), этот воздух расходится в стороны под действием поднимающихся более теплых воздушных струй, после чего, потеряв теплоту, опускается вниз к полу и под действием спускающихся сверху струй охлажденного воздуха (рисунок справа) снова перемещается к источнику теплоты, нагревается и поднимается вверх.

Нагревание и охлаждение воздуха в комнате

Воздушный кондиционер охлаждает комнату наиболее эффективно при размещении около потолка (верхний рисунок под текстом), так как охлажденный воздух (на рисунке синий) опускается вниз и затем распространяется по комнате в результате конвекции. И наоборот, воздухонагреватель работает лучше всего, когда размещен у пола (нижний рисунок). Теплый воздух (на рисунке оранжевый) поднимается вверх и затем циркулирует по комнате.

Читайте также:  Газированная вода для горла

Источник

Что происходит с водой при нагревании

Содержание статьи

  • Что происходит с водой при нагревании
  • Почему испаряется вода
  • Почему вода закипает

Удивительные свойства воды

Воде присущи поразительные свойства, которые сильно отличают ее от прочих жидкостей. Но это и хорошо, иначе, обладай вода «обычными» свойствами, планета Земля была бы абсолютно другой.

Для подавляющего большинства веществ характерно при нагревании расширяться. Что довольно легко объяснить с позиции механической теории теплоты. Согласно ей, при нагревании атомы и молекулы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах колебания атомов достигают большей амплитуды, и им необходимо больше свободного пространства. Как результат – происходит расширение тела.

Тот же самый процесс происходит и с жидкостями, и с газами. То есть, за счет повышения температуры увеличивается скорость теплового движения свободных молекул, и тело расширяется. При охлаждении же, соответственно, происходит сжатие тела. Это свойственно практически для всех веществ. За исключением воды.

При охлаждении в интервале от 0 до 4оС вода расширяется. И сжимается – при нагревании. Когда отметка температуры воды достигает 4оС, в этот момент вода имеет максимальную плотность, которая равна 1000 кг/м3. Если температура ниже или выше этой отметки, то плотность всегда немного меньше.

Благодаря этому свойству при понижении температуры воздуха осенью и зимой в глубоких водоемах происходит интересный процесс. Когда вода охлаждается, она опускается ниже, на дно, однако лишь до того момента, пока ее температура не станет +4оС. Именно по этой причине в больших водоемах более холодная вода находится ближе к поверхности, а более теплая – опускается на дно. Так что когда зимой поверхность воды замерзает, более глубокие слои продолжают сохранять температуру 4оС. Благодаря этому моменту рыба может спокойно зимовать в глубинах покрывшихся льдом водоемов.

Влияние расширения воды на климат

Исключительные свойства воды при нагревании серьезным образом влияют на климат Земли, поскольку около 79% поверхности нашей планеты покрыто водой. За счет солнечных лучей происходит нагревание верхних слоев, которые затем опускаются ниже, а на их месте оказываются холодные слои. Те тоже, в свою очередь, постепенно нагреваются и опускаются ближе ко дну.

Таким образом, слои воды непрерывно меняются, что приводит к равномерному прогреванию, пока не достигается температура, соответствующая максимальной плотности. Затем, нагреваясь, верхние слои становятся менее плотными и уже не опускаются вниз, а остаются наверху и просто постепенно становятся теплее. За счет этого процесса огромные толщи воды довольно легко прогреваются солнечными лучами.

Источник

Может ли вода течь вверх?

ВВЕДЕНИЕ.

Что такое вода?

Этот вопрос совсем не так неразумен, как это может показаться. В самом деле, разве вода — это только та бесцветная жидкость, что налита в стакан? Океан, покрывающий почти всю нашу планету, всю нашу чудесную Землю, в котором миллионы лет назад зародилась жизнь, — это вода. Тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности, — это ведь тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты, — и это вода. Прекрасно, невоспроизводимо бесконечное многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов; торжественны и нежны краски небосвода при восходе солнца. Этот великий художник природы — вода. Кроме того, разве все секреты воды открыты учеными? На этот вопрос сможет ответить только время. Почему нас заинтересовала вода?

Мы хотим узнать, может ли вода течь вверх?

Гипотеза: вода может течь вверх.

Цель исследования: исследовать, может ли вода течь вверх.

Задачи:

1. Изучить информацию о свойствах воды, используя научно–популярную литературу;
2. Провести физические опыты по исследованию свойств воды;
3. Выяснить, когда и при каких условиях вода поднимается вверх;
4. Сформулировать выводы.

При подготовке работы была изучена различная литература, изучены материалы Интернет–сайтов, применены знания, полученные на уроках окружающего мира и на кружке “Калейдоскоп наук”, проведен ряд опытов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Действие силы тяжести

Если вы выпустите книгу из рук, она неизбежно упадет на пол. “Виновата” в этом сила тяжести, которая притягивает все без исключения объекты к центру Земли. А подняв упавшую книгу, вы заметите, что ее внешний вид нисколько не изменился. Она – твердая, а твердые предметы сохраняют свою первоначальную форму. Если, конечно, не прикладывать к ним какую – либо специальную силу.

Теперь представьте себе, что упала не книга, а стакан с водой. Вода выплеснется и в беспорядке растечется. В самом деле, жидкость собственной формы не имеет. Она лишь занимает тот объем, ту форму, в которую налита. Все та же сила тяжести заставляет ее стремиться к самой низкой точке. Одним словом, где вода — там самое низкое место. Почему реки впадают в море? Просто уровень воды в морях ниже. Любая река как бы наклонена к тому морю, в которое она впадает. Ярким доказательством тому, что вода притягивается к Земле и стремится занять самый низкий уровень, являются водопады.

Сообщающиеся сосуды

Конечно, в обычном состоянии вода не сможет подниматься по склону, тем не менее, инженерам удалось заставить ее пересекать горные перевалы. Для этого оказалось достаточным. поместить воду в трубы. Именно так! Вода, бегущая в трубе со склона, давит на массы воды в трубе, поднимающейся в гору. И они, эти тысячи тонн воды, текут вверх! Правда, выше головы не прыгнешь: вода не поднимется выше своего первоначального уровня – высоты первой горы, с которой стекает. Но человек всегда найдет возможность сделать ту точку, из которой вытекает вода, самой высокой, и тогда никакие перевалы ему не страшны!

Читайте также:  Кто производит тяжелую воду

ЧЕГО НЕ ЗНАЛИ ДРЕВНИЕ?

Жители современного Рима до сих пор пользуются остатками водопровода, построенного еще древними: солидно возводили римские рабы водопроводные сооружения.

Не то приходится сказать о познаниях римских инженеров, руководивших этими работами; они явно недостаточно были знакомы с основами физики. Взгляните на прилагаемый рисунок, воспроизведенный с картины Германского музея в Мюнхене. Вы видите, что римский водопровод прокладывался не в земле, а над ней, на высоких каменных столбах. Для чего это делалось? Разве не проще было прокладывать в земле трубы, как делается теперь? Конечно, проще, но римские инженеры того времени имели весьма смутное представление о законах сообщающихся сосудов. Они опасались, что в водоемах, соединенных очень длинной трубой, вода не установится на одинаковом уровне. Если трубы проложены в земле, следуя уклонам почвы, то в некоторых участках вода должна течь вверх, — и вот римляне боялись, что вода вверх не потечет. Поэтому они обычно придавали водопроводным трубам равномерный уклон вниз на всем их пути (а для этого требовалось нередко либо вести воду в обход, либо возводить высокие арочные подпоры). Одна из римских труб, Аква Марциа, имеет в длину 100 км, между тем как прямое расстояние между ее концами вдвое меньше. Полсотни километров каменной кладки пришлось проложить из–за незнания элементарного закона физики!

ЧЕГО НЕ ЗНАЛИ МЫ?

Исследуя проблему воды, мы столкнулись с задачей. Перед нами было два кофейника одинаковой ширины: один высокий, другой — низкий. Какой из них вместительнее? В какой из этих кофейников можно налить больше жидкости?

Мы, не подумав, решили, что высокий кофейник вместительнее низкого. Однако когда стал лить жидкость в высокий кофейник, то налили его только до уровня отверстия его носика — дальше вода начала выливаться. А так как отверстия носика у обоих кофейников на одной высоте, то низкий кофейник оказался столь же вместительным, как и высокий с коротким носиком.

Это и понятно: в кофейнике и в трубке носика, как во всяких сообщающихся сосудах, жидкость должна стоять на одинаковом уровне, несмотря на то, что жидкость в носике весит гораздо меньше, чем в остальной части кофейника. Если же носик недостаточно высок, вы никак не нальете кофейник доверху: вода будет выливаться. Обычно носик устраивается даже выше краев кофейника, чтобы сосуд можно было немного наклонять, не выливая содержимого.

Капиллярные явления

При определенных обстоятельствах вода способна самопроизвольно подниматься вверх. Если поместить достаточно тонкую трубку (например, соломинку) в сосуд с водой, уровень воды в трубке поднимается выше уровня воды в сосуде. Разница между уровнями воды в сосуде и в трубке будет тем больше, чем меньше внутренний диаметр трубки. Способность воды подниматься в трубке с достаточно узким каналом – один из примеров, так называемых капиллярных явлений, благодаря которым растения способны доставлять воду из почвы к ветвям и листьям. Эти же явления помогают крови циркулировать в человеческом теле, особенно в капиллярах – мельчайших кровеносных и лимфатических сосудах. Кроме того, это происходит всегда и повсеместно. Сама поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вода вверх по капиллярным сосудам дерева и помогает растению доставлять растворенные питательные вещества на большую высоту — от глубоко скрытых в земле корней к листьям и плодам. Сама движется вода вверх в порах промокательной бумаги, когда нам приходится высушивать кляксу, или в ткани полотенца, когда вытираем лицо.

Атмосферное давление

В старину – в 17–18 веках – вельможи забавлялись следующей поучительной игрушкой: изготовляли кувшин, в верхней части которой имелись крупные узорчатые вырезы. Такой кувшин, налитый вином, предлагали незнатному гостю, над которым можно было безнаказанно посмеяться. Как пить из нее? Наклонить нельзя: вино польется из множества отверстий, а до рта не достигнет ни капли. Случится, как в сказке:

Мед, пиво пил,
Да усы лишь обмочил.
–Как выпить содержимое?

Надо заткнуть отверстие В, взять в рот носик и втянуть в себя жидкость, не наклоняя сосуда. Вино поднимется через отверстие Е по каналу внутри ручки, далее по его продолжению С внутри верхнего края кувшина и достигнет носика.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для выяснения того, как вода может течь вверх, мы провели ряд опытов.

Свои наблюдения мы занесли в таблицу:

Опыт 1 – с фонтаном

Для наблюдения используется опытный макет фонтана (два сообщающихся сосуда, соединенных резиновой трубкой). В один из сосудов (резервуар) наливается вода. Другой сосуд имеет отверстие, из которого “бьет фонтан”. Резервуар с водой опускается вниз и поднимается вверх. Вода в сообщающихся сосудах устанавливается на одинаковом уровне. Если резервуар поднимать, то вода сама поднимается вверх (из фонтана).

Опыт 2 – с цветком

Для опыта отбираются несколько цветков на стебле. В воде растворяется марганцево–кислый калий. Вода подкрашивается для того, чтобы можно было наблюдать за поднятием жидкости по стеблю. В подкрашенную воду опускаются цветы. Через некоторое время становится заметно, что подкрашенная вода сама поднимается вверх по стеблю. Ей помогает в этом атмосферное давление. При этом наблюдаются капиллярные явления. Через продолжительное время подкрашенная вода проникает даже в цветы.

Читайте также:  Бутылки чтобы пить воду

Опыт 3 – с пробиркой

Для опыта используется: пробирка химическая, сосуд с горячей водой, сосуд с холодной подкрашенной водой.

Пробирка опускается в горячую воду так, чтобы открытый конец был вверху. Воздух в пробирке некоторое время прогревается. Затем открытый конец пробирки закрывается пластилином или большим пальцем. Пробирка очень быстро переворачивается и опускается в сосуд с холодной водой. Холодная вода сама начинает подниматься вверх. В этом воде помогает атмосферное давление.

В горячей воде воздух в пробирке прогревается, расширяется, частично выходит из пробирки. В холодной воде воздух сжимается. Атмосферное давление подталкивает воду в пробирку.

Опыт 4 – со шприцем

Для опыта используется: шприц демонстрационный или медицинский и сосуд с подкрашенной водой.

Вначале опыта поршень шприца до упора продвигается к отверстию шприца. После этого отверстие шприца опускается в подкрашенную воду. Поршень подтягивается вверх. Вода сама начинает подниматься вверх за поршнем.

В этом воде помогает атмосферное давление, которое подталкивает воду в разреженное пространство.

Опыт 5 – с сообщающимися сосудами

Для проведения опыта используются: электрическая плитка, теплоприемник, манометр, резиновая трубка, подкрашенная жидкость.

В сообщающиеся сосуды манометра наливается подкрашенная вода. Вода устанавливается на одинаковом уровне в обоих сосудах. Один из сообщающихся сосудов соединяется с теплоприемником резиновой трубкой. Разогретая электрическая плитка располагается напротив теплоприемника. Вода в одной из трубок сама начинает подниматься.

От разогретой плитки к теплоприемнику доходят тепловые лучи. Воздух в теплоприемнике нагревается, расширяется, давит на воздух над жидкостью в том сосуде, который соединен резиновой трубкой с теплоприемником. В этой трубочке вода начинает опускаться, а в другой трубке вода начинает подниматься.

Опыт 6 – с термометром

При проведении опыта сначала нужно рассмотреть шкалу термометра и определить температуру воздуха. Резервуар термометра удерживать некоторое время в ладони или опустить в горячую воду. Жидкость сама поднимается вверх по столбику. Резервуар термометра опустить в лед. Жидкость сама опускается.

При нагревании жидкость расширяется и поднимается по столбику. При охлаждении объем жидкости уменьшается, и жидкость опускается вниз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все ли свойства воды понятны ученым!

Конечно, нет! Вода — загадочное вещество.

Недавно было обнаружено новое необыкновенное явление. Оказалось, что вода на Земле изменяет свою природу в зависимости от того, что происходит на Солнце и в космосе. Было замечено, что космические причины влияют на характер протекания в воде некоторых химических процессов, например на скорость появления осадков. Почему — неизвестно.

Многие наблюдения и факты говорят о том, что талая вода обладает особыми свойствами — она более благоприятна для развития живых организмов. Почему — тоже неизвестно.

Но для себя мы поняли, что:

— вода может двигаться вверх;
— вода может подниматься благодаря атмосферному давлению, например, в сообщающихся сосудах или капиллярах.

Можно не сомневаться, что все загадки будут успешно разрешены наукой. Будет открыто еще немало новых, более удивительных загадочных свойств воды — самого необыкновенного вещества в мире.

Литература

1. Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей.– М.: Слово, 1994.
2. Перельман Я. И. Занимательная физика. Книга 2.– М.: Наука, 1979.

Интернет–ресурсы

Работу выполнили:

1. Камьянов Иван, 2–а класс
2. Митина Мария, 2–а класс

Руководители:

1. Беляевская Т.Я., учитель начальных классов
2. Дубас С.П., учитель физики

МОУ СОШ № 12 ЗАТО Шиханы Саратовской области

  • Administrator 4 сентября 2011, 21:48

    Термин «течь» в названии работы, на мой взгляд, не совсем корректен. На самом деле, речь идет о случаях, когда вода поднимается вверх по тем или иным причинам. Назвать течением, допустим, движение воды по каппилярам вверх рука совсем не поднимается.

Хотя, с другой стороны, создать таким термином («течь» вместо «подниматься») интригу для школьников гораздо проще. Но, повторюсь, в печатной работе надо быть аккуратнее.

  • Иван 5 сентября 2011, 12:02

    одним словом молодцы!

  • Беляевская Татьяна 5 сентября 2011, 19:31

    Уважаемый администратор!
    Не забывайте, что это ученики второго класса. И именно «создать интригу» необходимо, чтобы привлечь ребятишек к исследовательской деятельности. Конечно, теорию можно было подработать, но тогда это будет не детская работа!

  • наталья 6 апреля 2012, 10:59

    Ребятишки молодцы. Сама занимаюсь исследовательской деятельностью. И всегда восхищаюсь младшими школьнками. Спасибо.

  • Григорий 13 июля 2013, 00:52

    Здорово! Отличная работа!

  • яна 14 ноября 2013, 00:49

    Спасибо. У нас завтра опыт показывают. Зато я теперь буду знать какой а то нам учитель не говорил

  • Удав Анаконда 11 марта 2014, 08:39

    Строго рассуждая, опыт со цветком ничего не доказывает. Вдруг у цветка есть насосики. )) Лучше обычная узкая трубочка, а потом цветок.
    И 10 метровое дерево капиллярным явлением не напоишь.
    Глупые римские инженеры? Сомневаюсь. скорее они обеспечили равномерный поток воды по всему пути. Представьте, 50 км-я масса воды встречает изгиб на дне оврага. Да его латать сил не оберешься.

  • Игорь 23 сентября 2015, 14:33

    Завидую детям. У меня не было такой увлекательной физики в школе.

  • 1 16 мая 2017, 15:35

    В защиту римлян. Я так понимаю, что Вы имеете в виду следующую задачу: 2 горы и надо подать воду захваченную водопроводом на высокой горе через более низкую?

    Вы пишите: . и вот римляне боялись, что вода вверх не потечет. Полсотни километров каменной кладки пришлось проложить из–за незнания элементарного закона физики.

    Источник

  • Adblock
    detector