какая вода плотнее холодная или горячая
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).
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 |
| 0 | 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:
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.
Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O
Рассмотрены физические свойства воды: плотность воды, теплопроводность, удельная теплоемкость, вязкость, число Прандтля и другие. Свойства представлены при различных температурах в виде таблиц.
Плотность воды в зависимости от температуры
Вода существует как отдельная жидкость в диапазоне температуры от 0 до максимальной 374,12°С — это ее критическая температура, при которой исчезает граница раздела между жидкостью и водяным паром. Значения плотность воды при этих температурах можно узнать в таблице ниже. Данные о плотности воды представлены в размерности кг/м 3 и г/мл.
В таблице приведены значения плотности воды в кг/м 3 и в г/мл (г/см 3 ), допускается интерполяция данных. Например, плотность воды при температуре 25°С можно определить, как среднее значение от величин ее плотности при 24 и 26°С. Таким образом, при температуре 25°С вода имеет плотность 997,1 кг/м 3 или 0,9971 г/мл.
| t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 999,8 | 0,9998 | 62 | 982,1 | 0,9821 | 200 | 864,7 | 0,8647 |
| 0,1 | 999,8 | 0,9998 | 64 | 981,1 | 0,9811 | 210 | 852,8 | 0,8528 |
| 2 | 999,9 | 0,9999 | 66 | 980 | 0,98 | 220 | 840,3 | 0,8403 |
| 4 | 1000 | 1 | 68 | 978,9 | 0,9789 | 230 | 827,3 | 0,8273 |
| 6 | 999,9 | 0,9999 | 70 | 977,8 | 0,9778 | 240 | 813,6 | 0,8136 |
| 8 | 999,9 | 0,9999 | 72 | 976,6 | 0,9766 | 250 | 799,2 | 0,7992 |
| 10 | 999,7 | 0,9997 | 74 | 975,4 | 0,9754 | 260 | 783,9 | 0,7839 |
| 12 | 999,5 | 0,9995 | 76 | 974,2 | 0,9742 | 270 | 767,8 | 0,7678 |
| 14 | 999,2 | 0,9992 | 78 | 973 | 0,973 | 280 | 750,5 | 0,7505 |
| 16 | 999 | 0,999 | 80 | 971,8 | 0,9718 | 290 | 732,1 | 0,7321 |
| 18 | 998,6 | 0,9986 | 82 | 970,5 | 0,9705 | 300 | 712,2 | 0,7122 |
| 20 | 998,2 | 0,9982 | 84 | 969,3 | 0,9693 | 305 | 701,7 | 0,7017 |
| 22 | 997,8 | 0,9978 | 86 | 967,8 | 0,9678 | 310 | 690,6 | 0,6906 |
| 24 | 997,3 | 0,9973 | 88 | 966,6 | 0,9666 | 315 | 679,1 | 0,6791 |
| 26 | 996,8 | 0,9968 | 90 | 965,3 | 0,9653 | 320 | 666,9 | 0,6669 |
| 28 | 996,2 | 0,9962 | 92 | 963,9 | 0,9639 | 325 | 654,1 | 0,6541 |
| 30 | 995,7 | 0,9957 | 94 | 962,6 | 0,9626 | 330 | 640,5 | 0,6405 |
| 32 | 995 | 0,995 | 96 | 961,2 | 0,9612 | 335 | 625,9 | 0,6259 |
| 34 | 994,4 | 0,9944 | 98 | 959,8 | 0,9598 | 340 | 610,1 | 0,6101 |
| 36 | 993,7 | 0,9937 | 100 | 958,4 | 0,9584 | 345 | 593,2 | 0,5932 |
| 38 | 993 | 0,993 | 105 | 954,5 | 0,9545 | 350 | 574,5 | 0,5745 |
| 40 | 992,2 | 0,9922 | 110 | 950,7 | 0,9507 | 355 | 553,3 | 0,5533 |
| 42 | 991,4 | 0,9914 | 115 | 946,8 | 0,9468 | 360 | 528,3 | 0,5283 |
| 44 | 990,6 | 0,9906 | 120 | 942,9 | 0,9429 | 362 | 516,6 | 0,5166 |
| 46 | 989,8 | 0,9898 | 125 | 938,8 | 0,9388 | 364 | 503,5 | 0,5035 |
| 48 | 988,9 | 0,9889 | 130 | 934,6 | 0,9346 | 366 | 488,5 | 0,4885 |
| 50 | 988 | 0,988 | 140 | 925,8 | 0,9258 | 368 | 470,6 | 0,4706 |
| 52 | 987,1 | 0,9871 | 150 | 916,8 | 0,9168 | 370 | 448,4 | 0,4484 |
| 54 | 986,2 | 0,9862 | 160 | 907,3 | 0,9073 | 371 | 435,2 | 0,4352 |
| 56 | 985,2 | 0,9852 | 170 | 897,3 | 0,8973 | 372 | 418,1 | 0,4181 |
| 58 | 984,2 | 0,9842 | 180 | 886,9 | 0,8869 | 373 | 396,2 | 0,3962 |
| 60 | 983,2 | 0,9832 | 190 | 876 | 0,876 | 374,12 | 317,8 | 0,3178 |
Кроме того, вы также можете ознакомиться с таблицей плотности веществ и материалов.
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.
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.
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:
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.
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).
| 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 |
Теплопроводность воды в зависимости от температуры и давления
В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 1 до 500 атм.
Как известно, вода при атмосферном давлении закипает и переходит в пар при температуре 100°С. Коэффициент теплопроводности воды в этих условиях равен 0,683 Вт/(м·град). При увеличении давления растет и температура кипения воды (закон Клапейрона — Клаузиуса). По данным таблицы видно, при давлении в 100 раз выше атмосферного (100 бар) вода находится в виде пара при температуре от 310°С и имеет теплопроводность 0,523 Вт/(м·град).
Таким образом, следует отметить, что изменение давления влияет как на температуру кипения воды, так и на величину ее теплопроводности. Высокая теплопроводность воды достигается за счет роста давления — при повышении давления коэффициент теплопроводности воды увеличивается. Например, при давлении 1 бар и температуре 20°С вода имеет теплопроводность, равную 0,603 Вт/(м·град). При росте давления до 500 бар теплопроводность воды становится равной 0,64 Вт/(м·град) при этой же температуре.
5 аномальных фактов о воде
Перед вами пять наиболее интересных фактов о воде.
1. Горячая вода замерзает быстрее холодной
Почему же так происходит?
В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним.
К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.
Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба». Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.
Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.
2. Сверхохлаждение и «мгновенное» замерзание
Все знают, что вода всегда превращается в лед при охлаждении до 0 °C … за исключением некоторых случаев! Таким случаем, например, является сверхохлаждение, которое представляет собой свойство очень чистой воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания.
Это явление становится возможным благодаря тому, что окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. И поэтому вода остается в жидкой форме, даже будучи охлажденной до температуры ниже нуля градусов по Цельсию.
Процесс кристаллизации может быть спровоцирован, например, пузырьками газа, примесями (загрязнениями), неровной поверхностью емкости. Без них вода будет оставаться в жидком состоянии. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.
Заметьте, что «сверхнагретая» вода также остается жидкой, даже будучи нагретой до температуры выше точки закипания.
3. «Стеклянная» вода
Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.
Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры?
4. Квантовые свойства воды
На молекулярном уровне вода удивляет ещё больше. В 1995 году проводимый учеными эксперимент по рассеянию нейтронов дал неожиданный результат: физики обнаружили, что нейтроны, направленные на молекулы воды, «видят» на 25% меньше протонов водорода, чем ожидалось.
5. Есть ли у воды память?
Альтернативная официальной медицине гомеопатия утверждает, что разбавленный раствор лекарственного препарата может оказывать лечебный эффект на организм, даже если коэффициент разбавления настолько велик, что в растворе уже не осталось ничего, кроме молекул воды.
Сторонники гомеопатии объясняют этот парадокс концепцией под названием «память воды», согласно которой вода на молекулярном уровне обладает «памятью» о веществе, некогда в ней растворенном и сохраняет свойства раствора первоначальной концентрации после того, как в нём не остается ни одной молекулы ингредиента.
Международная группа ученых во главе с профессором Мэдлин Эннис (Madeleine Ennis) из Королевского университета в Белфасте (Queen’s University of Belfast), критиковавшая принципы гомеопатии, в 2002 году провела эксперимент, чтобы раз и навсегда опровергнуть эту концепцию.
Результат оказался обратным. После чего, ученые заявили, что им удалось доказать реальность эффекта «памяти воды». Однако опыты, проведенные под наблюдением независимых экспертов, результатов не принесли. Споры о существовании феномена «памяти воды» продолжаются.
Вода обладает множеством других необычных свойств, о которых мы не рассказали в этой статье. Например, плотность воды меняется в зависимости от температуры (плотность льда меньше плотности воды); вода обладает довольно большой величиной поверхностного натяжения; в жидком состоянии вода представляет собой сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров, и именно поведение кластеров влияет на структуру воды и т.д.
Масса литра холодной воды и литра кипятка одинакова
Казалось бы, что по-другому и быть не может — вода в чайнике до и после нагрева весит совершенно одинаково. И у нас есть все основания так думать, ведь на практике мы никогда не сталкивались с тем, что горячая вода оказывалась тяжелее холодной.
Но если вспомнить выведенную Эйнштейном взаимосвязь энергии и материи (выражаемую знаменитой формулой Е = тс 2 ), то становится очевидным, что горячая вода должна быть тяжелее холодной!
Но формула Е = тс 2 не только говорит об эквивалентности энергии и массы, но и приводит к другим интересным выводам. Например, если каким-либо способом увеличить энергию тела, то и масса этого тела должна стать больше. Разгон тела или разогрев — вот самые простые средства добиться увеличения количества энергии, которая, прибавившись к энергии покоя, вызовет эквивалентное увеличение массы.
Так насколько потяжелеет литр воды при нагреве от 0 до 100 °С? Ненамного, потому что такой нагрев не связан с большими энергетическими затратами — увеличение массы не будет обнаружено даже самыми чувствительными приборами. А вот тонна воды уже даст показатель, находящийся на грани инструментальной погрешности, — 1000 кг воды, доведенные до кипения, станут тяжелее всего на пять миллионных долей грамма!
Да, в обычной жизни мы можем говорить об одинаковой массе литра холодной воды и литра кипятка, однако, с физической точки зрения, это неверно — любое изменение количества энергии в теле неизбежно ведет и к изменению его массы. Простая формула Е = тс 2 за свое вековое существование еще ни разу не подвела.
В чем разница между холодной и горячей водой из-под крана?
Вода – это источник жизни не только для человека, но и для всего живого, что есть на этой Земле. Данное правило знают все еще со школьной скамьи. В наше время водопровод в каждом доме и квартире – это уже норма жизни, к которой все давно привыкли. Больше того, нормой является и то, что водопровод подает не только холодную, но и горячую воду.
Многие не задумываются над этим, но между горячей и холодной водопроводной водой все-таки есть определенная разница. Какая? Давайте разбираться вместе.
Разница между горячей и холодной водопроводной водой
Конечно, между холодной и горячей водой есть серьезная разница, и она заключается не только в температуре. Согласно всем правил считается, что холодная водопроводная вода очищается от всех вредных компонентов. Если говорить о горячей водопроводной воде, то перед тем, как она поступает к пользователю, ее подогревают на тепловых электростанциях или в специализированных котельных. Естественно, что до этого ее тоже подвергают тщательной очистке.
Но здесь нужно учесть, что в горячую воду обычно добавляют специальные химические компоненты, чтобы предупредить коррозийный процесс внутри труб водопровода. По всем правилам количество этих веществ не должно превышать установленных норм в плане концентрации. Следовательно, вода с таким составом не должна быть вредной для здоровья человека. Вообще считается, что любая вода, текущая из водопроводного крана пригодна для питья и приготовления пищи.
Но вот на практике все совсем иначе. Ведь состояние системы водопровода в большинстве случаев оставляет желать лучшего, поэтому количество антикоррозийных веществ, которые добавляют в горячую воду, приходится увеличивать. Кроме того, иногда это приходится делать и по другим технологическим причинам. Стоит добавить, что химические компоненты в горячей воде все-таки не могут полностью защитить трубы от коррозии. Поэтому в нее попадают еще и частички тяжелых металлов. Тем более, что горячая вода отличается лучшей способностью растворять различные компоненты. Ввиду этого горячая вода, протекая по изношенным трубопроводам, накапливает еще и все те вещества, которые «живут» внутри труб.
Отдельно стоит сказать о горячей воде, которая подается в систему отопления. К сожалению, в некоторых домах горячей воды нет, но есть трубы отопления, которые заполняются горячей водой. Многие жители приделывают к батареям краники для того, чтобы сливать с них кипяток для личного пользования. Однако такие люди подвергают себя серьезной опасности. Все потому, что вода, подающаяся в систему отопления, вообще не подвергается очистке и обеззараживанию. Поэтому в ней содержатся вредные примеси, а иногда и болезнетворные бактерии. Кроме того, такой слив является незаконным.
Какую воду можно использовать для приготовления пищи и питья
Часто люди задаются вопросом относительно того, можно ли использовать горячую воду для приготовления пищи и питья? Для питья и приготовления пищи не стоит использовать ни холодную, ни горячую воду из-под крана. Однако если уж выбирать, то предпочтение лучше отдать именно холодной воде.
Основная причина кроется в том, что вода в трубы уже поступает горячей и постоянно циркулирует по системе. Вследствие такой циркуляции горячая вода «впитывает» в себя большее количество вредных веществ, чем холодная. Тем более, что повышенная температура воды только способствует растворению химикатов в трубах. Поэтому любой специалист скажет, что такая вода не подходит ни для питья, ни для приготовления пищи.
Если же говорить более серьезно, то из-под крана воду вообще пить не рекомендуется. Водопроводные системы настолько изношены, что даже после очистки и обеззараживания вода, проходя по таким трубам, становится совершенно непригодной для питья и приготовления пищи. Поэтому на внутренний водопровод лучше оборудовать специальными многоступенчатыми фильтрами для очистки. Если такой вариант тоже не приемлем, то можно использовать бутилированную воду. Однако такой выход не менее затратный, чем установка системы фильтров. К слову для горячей воды фильтры следует выбирать совсем другие, не такие, как для холодной воды.
Какие фильтры подходят для горячей воды
Фильтры для холодной воды являются проточными. Для горячей воды такие очистные системы не подходят. Для таких случаев понадобятся фильтры магистрального типа, которые в процессе установки врезаются непосредственно в трубу, обеспечивая дом и бытовую технику чистой горячей воды.
Изготавливают фильтры для горячей воды из таких материалов, как металл или пластик. Естественно, материалы должны быть устойчивыми к воздействию коррозийных процессов, происходящих под воздействием высоких температур. Вообще фильтры для горячей воды делятся на несколько видов:
Картриджные фильтры очищают горячую воду механическим методом, предотвращая поломку бытовой техники, протекание смесителей и так далее. Промывной фильтр – это улучшенный вариант картриджного. Если фильтр засорится, то его не придется промывать вручную. Нужно будет просто открыть промывочный клапан.
Что касается фильтров с системами автоматической очистки, то они вообще не нуждаются в обслуживании. Такие конструкции оснащены таймерами и редукторами, контролирующие перепады давления воды в системе. При этом сам фильтр будет промываться автоматически.
Автор: Розина Луиза, дата публикации: 01.03.2018
Перепечатка без активной ссылки запрещена
Вы можете приложить к своему отзыву картинки.