Расширение воды от температуры таблица

Содержание

Тепловое расширение твердых и жидких тел

Тепловое расширение – это изменение размеров и формы тел при изменении температуры. Математически можно высчитать объемный коэффициент расширения, позволяющий спрогнозировать поведение газов и жидкостей в изменяющихся внешних условиях. Чтобы получить такие же результаты для твердых тел, необходимо учитывать коэффициент линейного расширения.

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость

Свойства воздуха: плотность воздуха, вязкость, энтропия, удельная теплоемкость воздуха

Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Предварительный расчет теплового расширения полипропиленовых труб

Расширение полипропиленовых труб – явление, которое возникает значительно чаще, чем у труб из стали. К тому же, у полипропилена такой эффект более выражен в длине. О расширении полипропиленовых труб для отопления, собственно, и пойдет речь в данной статье.

При укладке труб очень важно учитывать такое свойство как расширение, иначе через некоторое время случится деформация, а герметичность всей системы нарушится.

коэффициент линейного расширения полипропиленовых труб

Стоит отметить, что в системах с подачей холодной воды, где ее температура имеет низкие показатели, коэффициент теплового расширения не учитывается. Это актуально только для систем с подачей горячей воды и отопления, в значительной степени – для особо длинных магистралей.

Что необходимо знать о плотности горячей воды и ее свойствах?

Физические свойства воды мало интересуют людей в повседневной жизни. Однако, для сантехнического и отопительного оборудования они имеют важное значение.

Плотность горячей воды — непостоянная величина, поэтому эксплуатация систем ГВС и ЦО требует учета параметров.

Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O

Плотность воды, физические свойства воды и ее теплопроводность

Рассмотрены физические свойства воды: плотность воды, теплопроводность, удельная теплоемкость, вязкость, число Прандтля и другие. Свойства представлены при различных температурах в виде таблиц.

Какая температура замерзания воды под давлением и для чего это необходимо знать?

Многие помнят из курса школьной физики о том, что температура замерзания воды составляет 0°.

На самом деле это определение нуждается в уточнении – при условии воздействия нормального атмосферного давления. Последнее в значительной степени можно считать условной величиной.

О том, какова температура замерзания воды, находящейся под давлением, расскажем в статье.

Действительно ли вода расширяется при замерзании?

Да, вода расширяется при замерзании. Обратите внимание, что слово “расширяется” в этом предложении означает увеличение объема. Поэтому технически правильно было бы сказать так: объем воды увеличивается при замерзании.

Это утверждение является точным, и вы можете проверить его правомерность с помощью простого эксперимента: если вы снизите температуру воды, вы заметите, что объем воды уменьшается, поскольку она становится все более и более “нетронутой”.

Вы можете обратиться к следующей диаграмме, чтобы представить эту зависимость графически:

Обратите внимание, что объем воды начинает увеличиваться при понижении температуры ниже 4 градусов Цельсия.

Теперь давайте поговорим о том, почему увеличивается объем воды или почему она расширяется, когда замерзает и достигает твердой формы.

Зависимость структуры материала от воздействия температуры

Невзирая на то, изделия из полипропилена могут функционировать в условиях 170 ℃, размягчение материала происходит уже при достижении 140 ℃.

При монтировании таких труб в стены, с течением времени это может начать ее разрушать. Такого эффекта нет у труб из армированного материала, но последний имеет иной недостаток – труба может лопнуть.

Методика расчёта объёма расширительного мембранного бака для системы отопления:

Представленный ниже расчет предназначен для индивидуальных систем отопления и значительно упрощен. Его точность составляет 10%. Мы считаем, что этого вполне достаточно

1. Определим, какой тип жидкости Вы будете использовать в виде теплоносителя. Для примера расчета в качестве теплоносителя мы возьмем воду. Коэффициент температурного расширения воды принят равным 0,034 (это соответствует температуре 85 o С)

2. Определим объем воды в системе. Приблизительно его можно рассчитать в зависимости от мощности котла из расчета 15 литров на каждый киловатт мощности . Например, при мощности котла 40 кВт, объем воды в системе будет равен 600 литрам

3. Определим величину максимального допустимого давления в системе отопления. Она задана порогом срабатывания клапана безопасности в системе отопления

4. Также в расчетах используется величина первоначального давления воздуха в расширительном баке Ро. Давление Ро не должно быть меньше , чем гиростатическое давление системы отопления в точке расположения расширительного бака

5. Полный объем расширения V можно подсчитать по формуле:

6. Выбирать бак нужно, округляя расчетный объем в большую сторону (бак большего объема не повредит)

7. Теперь подберем бак, обеспечивающий компенсацию этого объема. Учитывая, что коэффициент заполнения водой расширительного бака с фиксированной несменной мембранной при этих условиях равен 0,5 (таблица), то для рассмотренной системы подойдет 80-литровый расширительный бак:

80 литров x 0,5 = 40 литров

Коэффициент заполнения (полезный объём) расширительного мембранного бака

Предельное
давление
в системе
Рmax,
бар
Первоначальное давление в баке , Ро бар
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
1 0,25
1,5 0,40 0,20
2,0 0,50 0,33 0,16
2,5 0,58 0,42 0,28 0,14
3,0 0,62 0,50 0,37 0,25 0,12
3,5 0,67 0,55 0,44 0,33 0,22
4,0 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20
4,5 0,63 0,54 0,45 0,36 0,27 0,18
5,0 0,58 0,50 0,41 0,33 0,25 0,16
5,5 0,62 0,54 0,47 0,38 0,30 0,23
6,0 0,57 0,50 0,42 0,35 0,28

Физическое определение

foto 24677-2

Согласно физическому определению, плотность — это отношение массы к объему.

То есть, эта величина показывает количество данного вещества, сосредоточенного в определенном объеме.

Если посмотреть на молекулярном уровне, плотность показывает, насколько близко друг к другу расположены молекулы того или иного материала.

Показателем, иллюстрирующим значение этого параметра, может стать соотношение веса 1 л разных жидкостей:

  • вода — 1 кг;
  • масло — 900 г;
  • спирт — 800 г и т.д.

То есть, в одинаковом объеме воды больше, чем масла или спирта. Для обозначения плотности в формулах используется греческая буква ρ (ро).

Сама формула в общем виде выглядит следующим образом:

  • m — масса;
  • V — объем.

С изменением температуры плотность веществ изменяется. Это происходит из-за ускорения движения атомов. У воды наблюдается особое соотношение этих параметров.

Почему объем воды увеличивается, когда она замерзает?

Это явление связано с химическим составом воды. Видите ли, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Расположение этих атомов совершенно уникально, что придает воде некоторые особые свойства, такие как высокая теплоемкость воды, поверхностное натяжение, адгезия и когезия.

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах

При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.

Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10 -6 м 2 /с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10 -6 м 2 /с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10 -6 Па·с.

При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха (в таблице даны значения вязкости, увеличенные в 10 6 раз)
t, °С μ·10 6 , Па·с ν·10 6 , м 2 /с t, °С μ·10 6 , Па·с ν·10 6 , м 2 /с t, °С μ·10 6 , Па·с ν·10 6 , м 2 /с
-50 14,6 9,23 70 20,6 20,02 350 31,4 55,46
-45 14,9 9,64 80 21,1 21,09 400 33 63,09
-40 15,2 10,04 90 21,5 22,1 450 34,6 69,28
-35 15,5 10,42 100 21,9 23,13 500 36,2 79,38
-30 15,7 10,8 110 22,4 24,3 550 37,7 88,14
-25 16 11,21 120 22,8 25,45 600 39,1 96,89
-20 16,2 11,61 130 23,3 26,63 650 40,5 106,15
-15 16,5 12,02 140 23,7 27,8 700 41,8 115,4
-10 16,7 12,43 150 24,1 28,95 750 43,1 125,1
-5 17 12,86 160 24,5 30,09 800 44,3 134,8
0 17,2 13,28 170 24,9 31,29 850 45,5 145
10 17,6 14,16 180 25,3 32,49 900 46,7 155,1
15 17,9 14,61 190 25,7 33,67 950 47,9 166,1
20 18,1 15,06 200 26 34,85 1000 49 177,1
30 18,6 16 225 26,7 37,73 1050 50,1 188,2
40 19,1 16,96 250 27,4 40,61 1100 51,2 199,3
50 19,6 17,95 300 29,7 48,33 1150 52,4 216,5
60 20,1 18,97 325 30,6 51,9 1200 53,5 233,7

Величины коэффициента теплового расширения

Стоит принимать во внимание, что армированные трубы имеют более высокий коэффициент теплового расширения в сравнении с неармированными изделиями.

Если не брать во внимание расширение ПП труб, вследствие воздействия высоких температур может сорвать крепежные клипсы, а на ровном отрезке магистрали может образоваться синусоидальное деформирование труб.

На таких участках скапливается воздух и уменьшается пропускная способность. В системах обогрева в таком случае снижается температура радиаторов, и разрушаются соединения.

тепловое расширение полипропиленовых труб

У неармированных полипропиленовых труб коэффициент теплового расширения равняется 0,1500 мм/мК, а у изделий с дополнительным стекловолоконным армированием – 0,03-0,05 мм/мК. Естественно, что разница явная, и пренебрегать ею во время проведения работ не стоит.

Как показывает практика, ПП труба длиной 5 м под воздействием тепла увеличивается где-то на 11-17 мм.

Мембранные расширительные баки для систем отопления Wester

Производитель: Wester Heating
Емкость: 8, 12, 24, 35, 50, 80, 100, 120, 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 5000, 10 000 литров
Преддавление в воздушной полости: 1,5 бар
Макс. давление: 5,0 бар
Рабочая температура: -10°C. +100°C

– Предназначены для компенсации температурных расширений теплоносителя в замкнутых системах отопления.
– Основные элементы бака – корпус из высококачественной стали, эластичная мембрана из каучука.
– Давление в воздушной полости для баков от 8 до 150 литров – 1,5 бара, от 200 до 10 000 литров – бара.
– Теплоноситель в системе отопления – вода с содержанием гликоля не выше 50%.
– Расширительные баки комплектуются сменной мембраной.
– Температурный режим работы – от -10 °С до +100 °С
– Срок службы – 100 000 циклов.
– Цвет корпуса – красный.

Жидкости расширяются значительно сильнее твердых тел. Они также расширяются во всех направлениях. Вследствие большой подвижности молекул жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится, причем следует учитывать и тепловое расширение сосуда. Расширение жидкости в трубках также представляет собой объемное расширение. Следовательно, верны формулы объемного расширения.

Является ли вода полярной или неполярной?

Химическая структура молекулы воды.

Такое расположение молекулы воды создает положительно заряженную сторону возле атомов водорода и отрицательно заряженную сторону возле атома кислорода.

Когда две молекулы воды сближаются, положительная сторона одной молекулы цепляется за отрицательную сторону другой молекулы. Когда это происходит в больших масштабах (т.е. с миллионами молекул воды), получается уникальная структура, которая объясняет некоторые химические свойства воды.

В жидком состоянии молекулы воды могут свободно перемещаться, образуя и разрывая водородные связи, что объясняет неправильную форму воды (или любой другой жидкости, если на то пошло). Некоторые молекулы воды часто “уложены” друг на друга, что объясняет более высокую плотность воды по сравнению со льдом.

Расположение молекул воды в жидком состоянии.

Однако по мере снижения температуры и охлаждения воды межмолекулярные силы увеличиваются, свобода движения молекул воды уменьшается, и они становятся все менее энергичными (с понижением температуры).

Когда вода достигает точки замерзания, движение ее молекул становится незначительным, и они приобретают более определенную форму, располагаясь в виде шестигранных решеток.

Ниже приведен упрощенный вариант расположения молекул воды в кристаллической форме во льду:

Расположение молекул воды в твердой форме.

Это кристаллическое расположение молекул воды менее плотное, поскольку оно не позволяет молекулам скапливаться (как это происходит в жидкой форме) из-за более сильных межмолекулярных сил.

Такое расстояние между молекулами и их фиксация в таком положении увеличивает объем воды, поэтому говорят, что вода расширяется при замерзании.

Коэффициент объемного расширения

Коэффициент объемного расширения β равен отношению относительного объемного расширения ΔV/V1 к разности температур Δt:

Теплофизические свойства воды на линии насыщения (100…370°С)

В таблице представлены теплофизические свойства воды H2O на линии насыщения в зависимости от температуры (в диапазоне от 100 до 370°С). Каждому значению температуры, при которой вода находится в состоянии насыщения, соответствует давление ее насыщенного пара. При этих параметрах жидкость и ее пар находятся в состоянии насыщения или термодинамического равновесия.

В таблице даны следующие теплофизические свойства воды в состоянии насыщенной жидкости:

  • давление насыщенного пара при указанной температуре p, Па;
  • плотность воды ρ, кг/м 3 ;
  • удельная энтальпия воды h, кДж/кг;
  • удельная (массовая) теплоемкость Cp, кДж/(кг·град);
  • теплопроводность λ, Вт/(м·град);
  • температуропроводность a, м 2 /с;
  • вязкость динамическая μ, Па·с;
  • вязкость кинематическая ν, м 2 /с;
  • коэффициент теплового объемного расширения β, К -1 ;
  • коэффициент поверхностного натяжения σ, Н/м;
  • число Прандтля Pr.

Свойства воды на линии насыщения имеют зависимость от температуры. Ее влияние особенно сказывается на вязкости воды — динамическая вязкость H2O при повышении температуры значительно снижается. Если, при температуре 100°С значение этого свойства воды в состоянии насыщения равно 282,5·10 -6 Па·с, то при температуре, равной, например 370°С, динамическая вязкость снижается до величины 56,9·10 -6 Па·с.

Другие свойства воды такие, как плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость, температуропроводность при росте ее температуры имеют тенденцию к снижению своих значений. Например, плотность воды уменьшается с 958,4 до 450,5 кг/м 3 при нагревании со 100 до 370°С.

Теплопроводность воды в состоянии насыщения при увеличении температуры также снижается (в отличие от нормальных условий и температуре до 100°С, при которых имеет место ее рост в процессе нагрева). Снижение теплопроводности связано с увеличением как температуры, так и давления насыщенной жидкости.

Следует отметить, что удельная энтальпия воды в зависимости от температуры значительно увеличивается при нагревании, как до температуры кипения, так и выше.

Физические свойства воды на линии насыщения и плотность воды кг/м3 - таблица значений

Как происходит процесс?

foto18847-3

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха

В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры. Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.

Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.

Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.

Физические свойства атмосферного воздуха — таблица
t, °С λ·10 2 , Вт/(м·град) а·10 6 , м 2 /с Pr t, °С λ·10 2 , Вт/(м·град) а·10 6 , м 2 /с Pr
-50 2,04 12,7 0,728 170 3,71 45,7 0,682
-40 2,12 13,8 0,728 180 3,78 47,5 0,681
-30 2,2 14,9 0,723 190 3,86 49,5 0,681
-20 2,28 16,2 0,716 200 3,93 51,4 0,68
-10 2,36 17,4 0,712 250 4,27 61 0,677
0 2,44 18,8 0,707 300 4,6 71,6 0,674
10 2,51 20 0,705 350 4,91 81,9 0,676
20 2,59 21,4 0,703 400 5,21 93,1 0,678
30 2,67 22,9 0,701 450 5,48 104,2 0,683
40 2,76 24,3 0,699 500 5,74 115,3 0,687
50 2,83 25,7 0,698 550 5,98 126,8 0,693
60 2,9 27,2 0,696 600 6,22 138,3 0,699
70 2,96 28,6 0,694 650 6,47 150,9 0,703
80 3,05 30,2 0,692 700 6,71 163,4 0,706
90 3,13 31,9 0,69 750 6,95 176,1 0,71
100 3,21 33,6 0,688 800 7,18 188,8 0,713
110 3,28 35,2 0,687 850 7,41 202,5 0,715
120 3,34 36,8 0,686 900 7,63 216,2 0,717
130 3,42 38,6 0,685 950 7,85 231,1 0,718
140 3,49 40,3 0,684 1000 8,07 245,9 0,719
150 3,57 42,1 0,683 1100 8,5 276,2 0,722
160 3,64 43,9 0,682 1200 9,15 316,5 0,724

Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 10 6 . Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.

Теплопроводность воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении

В таблице представлены значения теплопроводности воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении. Теплопроводность воды указана в зависимости от температуры в интервале от 0 до 100°С.

Вода при нагревании становиться более теплопроводной — ее коэффициент теплопроводности увеличивается. Например, при 10°С вода имеет теплопроводность 0,574 Вт/(м·град), а при росте температуры до 95°С величина теплопроводности воды увеличивается до значения 0,682 Вт/(м·град).

Теплопроводность воды в зависимости от температуры
t, °С 0 5 10 15 20 25 30 35 40 50
λ, Вт/(м·град) 0,569 0,572 0,574 0,587 0,599 0,609 0,618 0,627 0,635 0,648
t, °С 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
λ, Вт/(м·град) 0,654 0,659 0,664 0,668 0,671 0,674 0,677 0,68 0,682 0,683

Каково давление замерзающей жидкости?

Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение. Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.

Энтропия сухого воздуха

В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).

Энтропия воздуха - таблица

Источники:

Вычисление коэффициента

Коэффициент теплового расширения полипропиленовых труб для отопления определяется используемым материалом. Существуют специальные формулы для проведения расчетов и недопущения неудобств во время монтажа системы.

Чтобы высчитать возможную деформацию труб в сантиметрах, нужно узнать коэффициент их расширения и длину. Рабочей температурой считают комнатную.

Сперва узнают разницу температур, затем ее умножают на длину трубы. Результат умножают на коэффициент расширения.

Приблизительный расчет

Если после проведения расчетов коэффициент равняется 20 мм, то это значит, что в процессе функционирования отопительной системы расширение полипропиленовых труб армированных стекловолокном достигнет 2 см. То есть при прокладке магистрали эти показатели в любом случае потребуется учесть.

Избавиться от лишних сантиметров можно так:

  • осуществить монтаж под прямым углом;
  • можно добавить несколько петлеобразных деталей;
  • произвести укладку труб П-образным способом.

коэффициент теплового расширения полипропиленовых труб

Если вы сомневаетесь в правильности выбора материала, и в том, корректно ли произведены расчеты удлинения полипропиленовых труб при нагреве, можно доверить такую работу профессионалам.

удлинение полипропиленовых труб при нагреве

Полипропиленовые трубы с каждым днем становятся все популярнее. Они недорогие, их легко укладывать. Немаловажным фактором для создания качественной магистрали является бдительный выбор материала. Приобретаемый товар должен быть максимально качественным.

Не лишним будет перед покупкой посоветоваться со знакомым сантехником. Непосредственно при выборе труб осматривайте их на возможные повреждения и трещины. И не забывайте о типе выбираемых изделий.

Заключение

Изменения параметров в зависимости от степени нагрева не являются исключительным свойством воды. Особенности достаточно хорошо изучены, но в обыденной жизни они заметного влияния не оказывают.

Это иногда становится причиной ошибок, допущенных неподготовленными людьми. Необходимо иметь представление о свойствах и специфике воды, чтобы не создавать условий для возникновения аварий или поломок систем, оборудования, разрывов трубопроводов.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий