На сколько расширяется вода при нагревании: Увеличение объема воды при нагревании таблица – VashSlesar.ru

Содержание

Увеличение объема воды при нагревании таблица – VashSlesar.ru

Во многих регионах России устойчивая работа автономной системы теплоснабжения в осенне-зимний период обеспечивается применением теплоносителя с низкой температурой замерзания. В подавляющем большинстве случаев используются гликолевые смеси, физико-химические характеристики которых отличаются от параметров воды.

У же более полутораста лет назад в России стали широко применяться системы отопления с теплоносителем. В большинстве случаев это было водяное или паровое отопление. Еще примерно через сто лет начался переход от открытых систем отопления к закрытым, важным элементом которых стал расширительный бак (экспансомат), назначение которого состояло в компенсации температурного расширения теплоносителя (рис.1).

Рис. 1. Конструкция современных мембранных баков

В том случае, если автономная система теплоснабжения была изначально спроектирована в расчете на использование в качестве теплоносителя воды, исходя из ее физических параметров подбирался тип и главное объем расширительного бака. Однако гликолевые смеси имеют другой коэффициент объемного теплового расширения, кинематическую вязкость и теплоемкость (табл.1). Поэтому смена типа теплоносителя с переходом на гликолевые смеси требует и корректировки отопительной системы, в частности, проверки емкости расширительного бака и при необходимости ее коррекции (замены бака).

Для определения массового расхода (М) теплоносителя требуется рассчитать необходимое отопительной системой количества тепла. Затем расход определяется по формуле:

где ΣQi – требуемый тепловой поток , Вт; с – удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг•˚С, ∆t = t – t – разность температур теплоносителя на входе и выходе из системы, ˚С.

Объемный расход в м 3 /ч определяется делением полученного значения на удельный вес теплоносителя. При смене теплоносителя значение имеет увеличение объемного расхода относительно воды – Va/Vв, где Vа и Vв – соответственно, объемы гликолевой смеси и воды. Причем объем первой зависит также от типа гликоля и его концентрации, которые в свою очередь подбираются, исходя из условий эксплуатации. Например, при понижении температуры замерзания смеси на основе этиленгликоля от –20 до –67 ˚С объемные расходы возрастают на 6 и 12 %, соответственно (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость относительного объемного расширения от температуры теплоносителя:

а – вода; б – водный раствор моноэтиленгликоля 45 %

А в системах ГВС с бойлером косвенного нагрева можно применять только нетоксичный, но, увы, более дорогой пропиленглиголь. Коэффициент теплового расширения его растворов, значительно отличающийся от водяного, близок к соответствующим значениям моноэтиленгликолевых водных растворов (табл.2).

Опасный воздух

Переход на антифриз может приводить к завоздушиванию отопительных систем: ведь он имеет более высокий по сравнению с водой коэффициент объемного расширения и емкости расширительного бака, рассчитанного на ее использование, что может оказаться недостаточно. Поэтому при нагреве теплоносителя до рабочих температур (в среднем 85 ˚С) его излишек может быть сброшен через предохранительный клапан. Затем при снижении тепловой нагрузки потребуется подпитка системы, которая обычно осуществляется водой. Растворенные в ней газы выделятся при нагреве и приведут к образованию воздушных пробок, появление которых чревато уже серьезными авариями.

Минимально необходимый объем расширительного бака в закрытой системе отопления можно рассчитать по формуле:

где V1b – начальный объем теплоносителя в баке при холодной системе отопления, м 3 ; ∆Vr – значение расширения теплоносителя при нагреве до рабочей температуры, м 3 ; P2 – давление в расширительном баке при рабочей температуре, бар; P1 – давление в расширительном баке до заполнения системы теплоносителем, бар.

Значение ∆Vr рассчитывается как произведение общего объема теплоносителя в системе, среднего в рабочем температурном диапазоне коэффициента объемного расширения (k) и этого диапазона. Его значение обычно принимается равным 60 ˚С (∆t = tср – t = 80 – 20, ˚С).

При переходе с воды на антифриз важно соотношение V2b/V1b, где V2b и V1b –соответственно, объемы расширительного бака для низкотемпературного теплоносителя и воды. Замена ее на гликолевые растворы концентрацией 40–45 % и, соответственно, с температурой начала кристаллизации 30–35 ˚С в отопительных системах мощностью до 100 кВт потребует увеличения номинальных объемов расширительных баков на 5–15 %, в более производительных системах коррекцию лучше проводить, используя графики зависимости объема от мощности и типа теплоносителя (рис.3) или таблицы пересчета.

Рис. 3. Зависимость объема расширительного бака от мощности системы отопления:

а – вода; б – водный раствор моноэтиленгликоля 45 %

Важнейший параметр для антифризов – максимальные рабочие температуры. Кипеть при атмосферном давлении большинство гликолевых растворов начинает при 104–112 °C. Однако некоторые производители заявляют рабочие температуры значительно выше, до 150 ˚С и даже больше, вполне приемлемые для гелиосистем. Принципиальное значение этот параметр имеет потому, что в отличие от воды при превышении допустимой температуры происходит необратимое разложение гликолевых растворов.

Поэтому выбор расширительного бака с запасом на запредельное увеличение температуры смысла не имеет: даже небольшой локальный перегрев приводит к столь серьезным деструктивным изменениям, что должен в принципе потребовать замены всего гликолевого теплоносителя.

Очень важно то, что гликолевые смеси имеют повышенную по сравнению с водой проницаемость или текучесть. Причем вероятность возникновения протечек тем больше, чем больше в отопительной системе соединений. А течи часто обнаруживаются при ее остывании, когда возникают проницаемые для антифриза микроканалы. Поэтому все соединения, выполненные ранее при установке расширительного бака, должны быть доступны для ревизии, не скрыты под облицовкой или замоноличены.

Таблица. 1. Физические характеристики теплоносителей

Калькулятор расчёта объёма расширительного мембранного бака для системы отопления:

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

Мембранные расширительные баки для систем отопления Wester

Общий вид фронт Общий вид сзади Вид сверху Вид снизу
Все объемы

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.

V1 объем жидкости при температуре t1, метр 3
V2 объем жидкости при температуре t2, метр 3
ΔV изменение объема жидкости, метр 3
β коэффициент объемного расширения (объемный коэффициент теплового расширения), 1/K

Коэффициент объемного расширения

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

Вода как теплоноситель — ТеплоВики

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Наиболее важными свойствами воды являются:

Физические свойства воды

Удельная теплоемкость

Важным свойством любого теплоносителя является его теплоёмкость. Если выразить ее через массу и разность температур теплоносителя, то получится удельная теплоёмкость.

Она обозначается буквой c и имеет размерность кДж/(кг • K)

Удельная теплоемкость — это количество тепла, которое необходимо передать 1 кг вещества (например, воды), чтобы нагреть его на 1 °C. И наоборот, вещество отдает такое же количество энергии при охлаждении.

Среднее значение удельной теплоемкости воды в диапазоне между 0 °C и 100 °C составляет:

c = 4,19 кДж/(кг • K) или c = 1,16 Втч/(кг • K)

Количество поглощаемого или выделяемого тепла Q, выраженное в Дж или кДж, зависит от массы m,
выраженной в кг, удельной теплоемкости c и разности температур, выраженной в K.

В системах отопления — это разность температур в прямом и обратном трубопроводе. Полученная формула:

Q = m • c • Δϑ

m= V • ρ

V = Объем воды в м3

ρ = Плотность в кг/м3

Масса m — это объем воды V, выраженный в м3, умноженный на плотность ρ воды, выраженную в кг/м3. Таким образом, формулу можно представить в следующем виде:

Q = V • ρ • c ( ϑV — ϑR)

Известно, что плотность воды меняется в зависимости от ее температуры. Однако, чтобы упростить расчеты, используется = 1 кг/дм3 в диапазоне от 4 °C до 90 °C.

Физические термины «энергия», «работа» и «количество тепла» эквивалентны.

Следующая формула используется для преобразования джоулей в другие размерности:

1 Дж = 1 Нм = 1 Втс или 1 МДж = 0,278 кВтч

Увеличение и уменьшение объема

Изменение объема воды
Когда вода нагревается или охлаждается, ее плотность уменьшается.

Все природные материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Единственным исключением из этого правила является вода. Это уникальное ее свойство называется аномалией воды.

Вода имеет наибольшую плотность при +4 °C, при которой 1 дм3 = 1 л имеет массу 1 кг.
Если вода нагревается или охлаждается относительно этой точки, ее объем увеличивается, что означает уменьшение плотности, т. е. вода становится легче.

Это можно отчетливо наблюдать на примере резервуара с точкой перелива.

В резервуаре находится ровно 1000 см3 воды с температурой +4 °C. При нагревании воды некоторое количество выльется из резервуара в мерную емкость. Если нагреть воду до 90 °C, в мерную емкость выльется ровно 35,95 см3, что соответствует 34,7 г.

Характеристики кипения воды

Изменение агрегатного состояния при повышении температуры

Если воду нагревать в открытой емкости, она закипит при температуре 100 °C. Если измерять температуру кипящей воды, окажется, что она остается равной 100 °C пока не испарится последняя капля. Таким образом, постоянное потребление тепла используется для полного испарения воды, т. е. изменения ее агрегатного состояния. Эта энергия также называется латентной (скрытой) теплотой. Если подача тепла продолжается, температура образовавшегося пара снова начнет подниматься.

Описанный процесс приведен при давлении воздуха 101,3 кПа у поверхности воды. При любом другом давлении воздуха точка кипения воды сдвигается от 100 °C.

Если бы мы повторили описанный эксперимент на высоте 3000 м. — мы бы обнаружили, что вода там закипает уже при 90 °C. Причиной такого поведения является понижение атмосферного давления с высотой.

Чем ниже давление на поверхности воды, тем ниже будет температура кипения. И наоборот, температура кипения будет выше при повышении давления на поверхности воды. Это свойство используется, например, в скороварках.

График справа показывает зависимость температуры кипения воды от давления.

Температура кипения воды как функция давления

Давление в системах отопления намеренно повышается. Это помогает предотвратить образование пузырьков газа в критических рабочих режимах, а также предотвращает попадание наружного воздуха в систему.

Расширение воды при нагревании и защита от избыточного давления

Системы водяного отопления работают при температурах воды до 90 °C. Обычно система заполняется водой при температуре 15 °C, которая затем расширяется при нагревании. Нельзя допустить, чтобы это увеличение объема привело к возникновению избыточного давления и переливу жидкости.

Система отопления со встроенным предохранительным клапаном

Когда отопление отключается в летний период, объем воды возвращается к первоначальному значению. Таким образом, для обеспечения беспрепятственного расширения воды необходимо установить достаточно большой бак. Старые системы отопления имели открытые расширительные баки.
Они всегда располагались выше самого высокого участка трубопровода. При повышении температуры в системе, что приводило к расширению воды, уровень в баке также повышался. При снижении температуры он, соответственно, понижался.

Современные системы отопления используют мембранные расширительные баки (МРБ).

При повышении давления в системе нельзя допускать увеличения давления в трубопроводах и других элементах системы выше предельного значения. Поэтому обязательным условием для каждой системы отопления является наличие предохранительного клапана.

При повышении давления сверх нормы предохранительный клапан должен открываться и стравливать лишний объем воды, который не может вместить расширительный бак. Тем не менее, в тщательно спроектированной и обслуживаемой системе такое критическое состояние никогда не должно возникать.

Все эти рассуждения не учитывают тот факт, что циркуляционный насос еще больше увеличивает давление в системе.

Взаимосвязь между максимальной температурой воды, выбранным насосом, размером расширительного бака и давлением срабатывания предохранительного клапана должна быть установлена самым тщательным образом. Случайный выбор элементов системы — даже на основании их стоимости — в данном случае неприемлем.

Мембранный расширительный бак поставляется заполненным азотом. Начальное давление в расширительном мембранном баке должно быть отрегулировано в зависимости от системы отопления. Расширяющаяся вода из системы отопления поступает в бак и сжимает газовую камеру через диафрагму. Газы могут сжиматься, а жидкости — нет.

Компенсация изменения объема воды в системе отопления:

До заполнения системы водой
Система заполнена холодной водой
Система при макс. температуре воды

Давление

Определение давления

Давление — это статическое давление жидкостей и газов, измеренное в сосудах, трубопроводах относительно атмосферного
давления (Па, мбар, бар).

Статическое давление

Статическое давление — это давление неподвижной жидкости.

Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.

Динамическое давление

Динамическое давление — это давление движущегося потока жидкости.

Давление нагнетания насоса

Это давление на выходе центробежного насоса во время его работы.

Перепад давления

Давление, развиваемое центробежным насосом для преодоления общего сопротивления системы. Оно измеряется между входом и выходом центробежного насоса.

Рабочее давление

Давление, имеющееся в системе при работе насоса.

Допустимое рабочее давление

Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.

Кавитация

Кавитация — это образование пузырьков газа в результате появления локального давления ниже давления парообразования перекачиваемой жидкости на входе рабочего колеса. Это приводит к снижению производительности (напора) и КПД и вызывает шумы и разрушение материала внутренних деталей насоса.

Из-за схлопывания пузырьков воздуха в областях с более высоким давлением (например, на выходе рабочего колеса) микроскопические взрывы вызывают скачки давления, которые могут повредить или разрушить гидравлическую систему. Первым признаком этого служит шум в рабочем
колесе и его эрозия.

Важным параметром центробежного насоса является NPSH (высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса). Он определяет минимальное давление на входе насоса, требуемое данным типом насоса для работы без кавитации, т. е. дополнительное давление, необходимое для предотвращения появления пузырьков.

На значение NPSH влияют тип рабочего колеса и частота вращения насоса. Внешними факторами, влияющими на данный параметр, являются температура жидкости, атмосферное давление.

Предотвращение кавитации

Чтобы избежать кавитации, жидкость должна поступать на вход центробежного насоса при определенной минимальной высоте всасывания, которая зависит от температуры и атмосферного давления.

Другими способами предотвращения кавитации являются:

  • Повышение статического давления
  • Понижение температуры жидкости (снижение давления парообразования PD)
  • Выбор насоса с меньшим значением постоянного гидростатического напора (минимальная высота всасывания, NPSH)

Предложена новая теория, объясняющая, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры. Минимальный объем (и, соответственно, максимальную плотность) вода имеет при температуре 3,98°C. Рисунок с сайта n-t.ru

Японский физик Масакадзу Мацумото выдвинул теорию, которая объясняет, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается, вместо того чтобы расширяться. Согласно его модели, вода содержит микрообразования — «витриты», представляющие собой выпуклые пустотелые многогранники, в вершинах которых находятся молекулы воды, а ребрами служат водородные связи. При повышении температуры конкурируют между собой два явления: удлинение водородных связей между молекулами воды и деформация витритов, приводящая к уменьшению их полостей. В диапазоне температур от 0 до 3,98°C последнее явление доминирует над эффектом удлинения водородных связей, что в итоге и дает наблюдаемое сжатие воды. Экспериментального подтверждения модели Мацумото пока что нет — впрочем, как и других теорий, объясняющих сжатие воды.

В отличие от подавляющего большинства веществ, вода при нагревании способна уменьшать свой объем (рис. 1), то есть обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения. Впрочем, речь идет не обо всём температурном интервале, где вода существует в жидком состоянии, а лишь об узком участке  — от 0°C примерно до 4°C. При больших температурах вода, как и другие вещества, расширяется.

Между прочим, вода — не единственное вещество, имеющее свойство сжиматься при увеличении температуры (или расширяться при охлаждении). Подобным поведением могут «похвастать» еще висмут, галлий, кремний и сурьма. Тем не менее, в силу своей более сложной внутренней структуры, а также распространенности и важности в разнообразных процессах, именно вода приковывает внимание ученых (см. Продолжается изучение структуры воды, «Элементы», 09.10.2006).

Некоторое время назад общепринятой теорией, отвечающей на вопрос, почему вода увеличивает свой объем при понижении температуры (рис. 1), была модель смеси двух компонент — «нормальной» и «льдоподобной». Впервые эта теория была предложена в XIX веке Гарольдом Витингом и позднее была развита и усовершенствована многими учеными. Сравнительно недавно в рамках обнаруженного полиморфизма воды теория Витинга была переосмыслена. Отныне считается, что в переохлажденной воде существует два типа льдообразных нанодоменов: области, похожие на аморфный лед высокой и низкой плотности. Нагревание переохлажденной воды приводит к плавлению этих наноструктур и к появлению двух видов воды: с большей и меньшей плотностью. Хитрая температурная конкуренция между двумя «сортами» образовавшейся воды и порождает немонотонную зависимость плотности от температуры. Однако пока эта теория не подтверждена экспериментально.

С приведенным объяснением нужно быть осторожным. Не случайно здесь говорится лишь о структурах, которые напоминают аморфный лед. Дело в том, что наноскопические области аморфного льда и его макроскопические аналоги обладают разными физическими параметрами.

Японский физик Масакадзу Мацумото решил найти объяснение обсуждаемого здесь эффекта «с нуля», отбросив теорию двухкомпонентной смеси. Используя компьютерное моделирование, он рассмотрел физические свойства воды в широком диапазоне температур — от 200 до 360 К при нулевом давлении, чтобы в молекулярном масштабе выяснить истинные причины расширения воды при ее охлаждении. Его статья в журнале Physical Review Letters так и называется: Why Does Water Expand When It Cools? («Почему вода при охлаждении расширяется?»).

Изначально автор статьи задался вопросом: что влияет на коэффициент теплового расширения воды? Мацумото считает, что для этого достаточно выяснить влияние всего трех факторов: 1) изменения длины водородных связей между молекулами воды, 2) топологического индекса — числа связей на одну молекулу воды и 3) отклонения величины угла между связями от равновесного значения (углового искажения).

Рис. 2. Молекулам воды «удобнее» всего объединяться в кластеры с углом между водородными связями, равным 109,47 градуса. Такой угол называют тетраэдральным, поскольку это угол, соединяющий центр тетраэдра и две его вершины. Рисунок с сайта lsbu.ac.uk

Перед тем как рассказать о результатах, полученных японским физиком, сделаем важные замечания и разъяснения по поводу вышеупомянутых трех факторов. Прежде всего, привычная химическая формула воды H2O соответствует лишь парообразному ее состоянию. В жидкой форме молекулы воды посредством водородной связи объединяются в группы (H2O)x, где x — количество молекул. Наиболее энергетически выгодно объединение из пяти молекул воды (x = 5) с четырьмя водородными связями, в котором связи образуют равновесный, так называемый тетраэдральный угол, равный 109,47 градуса (см. рис. 2).

Проанализировав зависимость длины водородной связи между молекулами воды от температуры, Мацумото пришел к ожидаемому выводу: рост температуры рождает линейное удлинение водородных связей. А это, в свою очередь, приводит к увеличению объема воды, то есть к ее расширению. Сей факт противоречит наблюдаемым результатам, поэтому далее он рассмотрел влияние второго фактора. Как коэффициент теплового расширения зависит от топологического индекса?

Компьютерное моделирование дало следующий результат. При низких температурах наибольший объем воды в процентном отношении занимают кластеры воды, у которых на одну молекулу приходится 4 водородных связи (топологический индекс равен 4). Повышение температуры вызывает уменьшение количества ассоциатов с индексом 4, но при этом начинает возрастать число кластеров с индексами 3 и 5. Проведя численные расчеты, Мацумото обнаружил, что локальный объем кластеров с топологическим индексом 4 с повышением температуры практически не меняется, а изменение суммарного объема ассоциатов с индексами 3 и 5 при любой температуре взаимно компенсирует друг друга. Следовательно, изменение температуры не меняет общий объем воды, а значит, и топологический индекс никакого воздействия на сжатие воды при ее нагревании не оказывает.

Остается выяснить влияние углового искажения водородных связей. И вот здесь начинается самое интересное и важное. Как было сказано выше, молекулы воды стремятся объединиться так, чтобы угол между водородными связями был тетраэдральным. Однако тепловые колебания молекул воды и взаимодействия с другими молекулами, не входящими в кластер, не дают им этого сделать, отклоняя величину угла водородной связи от равновесного значения 109,47 градуса. Чтобы как-то количественно охарактеризовать этот процесс угловой деформации, Мацумото с коллегами, основываясь на своей предыдущей работе Topological building blocks of hydrogen bond network in water, опубликованной в 2007 году в Journal of Chemical Physics, выдвинули гипотезу о существовании в воде трехмерных микроструктур, напоминающих выпуклые полые многогранники. Позднее, в следующих публикациях, такие микроструктуры они назвали витритами (рис. 3). В них вершинами являются молекулы воды, роль ребер играют водородные связи, а угол между водородными связями — это угол между ребрами в витрите.

Согласно теории Мацумото, существует огромное разнообразие форм витритов, которые, как мозаичные элементы, составляют большую часть структуры воды и которые при этом равномерно заполняют весь ее объем.

Рис. 3. Шесть типичных витритов, образующих внутреннюю структуру воды. Шарики соответствуют молекулам воды, отрезки между шариками обозначают водородные связи. Витриты удовлетворяют известной теореме Эйлера для многогранников: суммарное количество вершин и граней минус количество ребер равно 2. Это означает, что витриты — выпуклые многогранники. Другие типы витритов можно посмотреть на сайте vitrite.chem.nagoya-u.ac.jp. Рис. из статьи Masakazu Matsumoto, Akinori Baba, and Iwao Ohminea «Network Motif of Water», опубликованной в журнале AIP Conf. Proc.

Молекулы воды стремятся создать в витритах тетраэдральные углы, поскольку витриты должны обладать минимально возможной энергией. Однако из-за тепловых движений и локальных взаимодействий с другими витритами некоторые микроструктуры не обладают геометрией с тетраэдральными углами (или углами, близкими к этому значению). Они принимают такие структурно неравновесные конфигурации (не являющиеся для них самыми выгодными с энергетической точки зрения), которые позволяют всему «семейству» витритов в целом получить наименьшее значение энергии среди возможных. Такие витриты, то есть витриты, которые как бы приносят себя в жертву «общим энергетическим интересам», называются фрустрированными. Если у нефрустрированных витритов объем полости максимален при данной температуре, то фрустрированные витриты, напротив, обладают минимально возможным объемом.

Компьютерное моделирование, проведенное Мацумото, показало, что средний объем полостей витритов с ростом температуры линейным образом уменьшается. При этом фрустрированные витриты значительно уменьшают свой объем, тогда как объем полости нефрустрированных витритов почти не меняется.

Итак, сжатие воды при увеличении температуры вызвано двумя конкурирующими эффектами — удлинением водородных связей, которое приводит к увеличению объема воды, и уменьшением объема полостей фрустрированных витритов. На температурном отрезке от от 0 до 4°C последнее явление, как показали расчеты, преобладает, что в итоге и приводит к наблюдаемому сжатию воды при повышении температуры.

Осталось дождаться экспериментального подтверждения существования витритов и такого их поведения. Но это, увы, очень непростая задача.

Источник: Masakazu Matsumoto. Why Does Water Expand When It Cools? // Phys. Rev. Lett. 103, 017801 (2009).

Юрий Ерин

Вода расширяется или сжимается при нагревании? — Наука и Техника — Каталог статей

Вода реагирует, как и любое другое соединение, на изменение температуры, но аномалия возникает в узком диапазоне вокруг точки плавления, и это изменение имеет большое значение. Когда вы нагреваете лед, молекулы приобретают кинетическую энергию, и лед расширяется, пока не растает. Но как только весь лед превратился в воду, и температура снова начинает расти, расширение прекращается. Между 32 и 40 градусами по Фаренгейту (от 0 до 4 градусов по Цельсию), расплавленная вода фактически сжимается при повышении температуры. После 40 F (4 C) он снова начинает расширяться. Это явление делает лед менее плотным, чем вода вокруг него, поэтому лед плавает.

Расширение льда, воды и пара

Как твердое тело, лед может расширяться только линейно, что означает, что длина и ширина кубика льда может изменяться. Коэффициент линейного расширения для льда, который измеряет дробное изменение длины и ширины на градус Кельвина, является постоянной величиной 50 x 10-6 ÷ K. Это означает, что лед расширяется в одинаковом количестве с каждой степенью тепла, которую вы к нему добавляете.

Когда лед становится жидкой водой, он больше не имеет фиксированных линейных размеров, но имеет объем. Ученые используют другой тепловой коэффициент — коэффициент объемного расширения — чтобы измерить реакцию жидкой воды на температуру. Этот коэффициент, который измеряет дробные изменения объема на градус Кельвина, не является фиксированным. Он увеличивается с повышением температуры до тех пор, пока вода не закипит. Другими словами, жидкая вода расширяется с возрастающей скоростью при повышении температуры.

Когда вода превращается в пар, она расширяется по закону идеального газа: PV = nRT. Если давление (P) и количество молей пара (n) остаются постоянными, объем пара (V) линейно увеличивается с температурой (T). В этом уравнении R — постоянная, называемая постоянной идеального газа.

Критическая аномалия

В точке плавления вода демонстрирует характеристику, не имеющую других аналогов. Вместо того, чтобы продолжать расширяться в жидком состоянии, он сжимается, и его плотность увеличивается, пока не достигнет максимума при 40 F (4 C). От точки плавления до этой критической точки коэффициент расширения отрицателен, а в точке максимальной плотности коэффициент расширения равен 0. Если температура продолжает расти, коэффициент расширения снова становится положительным.

Если вы измените температурный градиент и охладите воду до точки замерзания, она начнет расширяться при 40 F (4 C) и продолжит расширяться до замерзания. Это причина, по которой водопроводные трубы лопаются в морозную погоду, и почему вы никогда не должны ставить стеклянную бутылку с водой в морозильник.

Что происходит с водой при нагревании 🚩 Естественные науки

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.

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.

Вода при замерзании расширяется или сжимается: простая физика

Многие юные почемучки задаются вопросом: при замерзании вода расширяется или сжимается? Ответ следующий: с приходом зимы вода начинает свой процесс расширения. Почему это происходит? Это свойство выделяет воду из списка всех остальных жидкостей и газов, которые, наоборот, сжимаются при охлаждении. В чем заключается причина такого поведения этой необычной жидкости?

Физика 3 класса: вода при замерзании расширяется или сжимается?

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Глыбы замерзшей воды в океане

Одним из наиболее ярких примеров расширения и сжимания газа является воздух в воздушном шаре. Когда мы выносим воздушный шар на улицу в минусовую погоду, то шар сразу уменьшается в размерах. Если мы шар вносим в отапливаемое помещение, то он сразу же увеличивается. А вот если мы внесем воздушный шар в баню — он лопнет.

Молекулы воды требуют больше места

Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?

Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.

Конденсация воды

Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного — кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот — отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.

Воде нужно больше места при ее охлаждении

В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.

Во время процесса охлаждения воды начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.

Что происходит с водой при замерзании?

При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.

Интересный феномен

Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.

Почему вода бывает легче самой воды?!

Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается


Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается, обыкновенная вода может менять свой объем и весить то больше, то меньше. При испарении воды, ее нагревании и охлаждении происходят поистине удивительные вещи, о которых мы и узнаем сегодня.
Мюриэль Мэнделл в своей занимательной книге «Phycisc Experiments for Children» излагает интереснейшие мысли о свойствах воды, на основе которых не только юные физики могут узнать немало нового, но и взрослые освежат свои знания, которые давненько не приходилось применять, поэтому они оказались слегка забытыми.Сегодня речь пойдет об объеме и весе воды. Оказывается, один и тот же объем воды не всегда весит одинаково. И если налить воду в стакан и она не прольется через край — это еще не значит, что она поместится в нем при любых обстоятельствах.



Почему вода бывает легче самой воды?!


1. При нагревании вода увеличивается в объеме

Поставьте наполненную водой банку в кастрюлю, наполненную сантиметров на пять кипящей водой, и на слабом огне поддерживайте кипение. Вода из банки начнет переливаться через край. Это происходит потому, что при нагревании вода, подобно другим жидкостям, начинает занимать больше пространства. Молекулы отталкиваются друг от друга с большей интенсивностью и это ведет к увеличению объема воды.


2. При охлаждении вода сжимается

Дайте воде в банке остыть при комнатной температуре, или налейте новую воду, и поставьте ее в холодильник. Через некоторое время вы обнаружите, что полная прежде банка уже не полна. При охлаждении до температуры 3,89 градусов по Цельсию вода уменьшает свой объем по мере снижения температуры. Причиной тому стало снижение скорости движения молекул и их сближение друг с другом под воздействием охлаждения. Казалось бы, все очень просто: чем холоднее вода, тем меньший объем она занимает, но…


3. …объем воды вновь возрастает при замерзании

Наполните банку водой до краев и накройте куском картона. Поставьте ее в морозилку и дождитесь замерзания. Вы обнаружите, что картонную «крышку» вытолкнуло. На температурном интервале между 3,89 и 0 градусов по Цельсию, то есть на подходе к точке своего замерзания, вода вновь начинает расширяться. Она является одним из немногих известных веществ, обладающих подобным свойством. Если использовать плотную крышку, то лед просто разнесет банку. Приходилось ли вам слышать о том, что даже водопроводные трубы может разорвать льдом?


4. Лед легче воды

Поместите пару кубиков льда в стакан с водой. Лед будет плавать на поверхности. Вода при замерзании увеличивается в объеме. И, вследствие этого, лед легче воды: его объем составляет около 91% соответствующего объема воды. 
Это свойство воды существует в природе не зря. У него есть вполне определенное предназначение. Говорят, что зимой реки замерзают. Но на самом деле это не совсем верно. Обычно замерзает лишь небольшой верхний слой. Это ледяной покров не тонет, поскольку он легче жидкой воды. Он замедляет замерзание воды на глубине реки и служит своеобразным одеялом, оберегая рыб и другую речную да озерную живность от лютых зимних морозов. Изучая физику, начинаешь понимать, что очень многое в природе устроено целесообразно.


5. Водопроводная вода содержит минералы

Влейте в небольшую стеклянную миску 5 столовых ложек обычной водопроводной воды. Когда вода испарится, на миске останется белая кайма. Эта кайма сформирована минералами, которые были растворены в воде, когда она проходила слои грунта. Посмотрите внутрь своего чайника и вы увидите там минеральный налет. Такой же налет образуется и на отверстии для стока воды в ванне. Попробуйте испарить дождевую воду, чтобы самостоятельно проверить, содержит ли она минералы.

Почему вода расширяется при охлаждении? Новое объяснение

water
Капли воды. Изображение: Wikimedia Commons.

(PhysOrg.com) — Большинство из нас, посещая первые уроки естествознания, узнают, что когда все остывает, они сжимаются. (Когда они нагреваются, мы узнаем, они обычно расширяются). Однако вода кажется исключением из правил. Эта обычная жидкость не сжимается при охлаждении, а расширяется. Чтобы объяснить это явление, некоторые ученые приняли модель «смеси», которая предполагает, что из-за охлаждения преобладают ледяные компоненты низкой плотности.Масакадзу Мацумото из Исследовательского центра материаловедения Университета Нагоя в Японии придерживается иной идеи. Он описывает свои выводы в Physical Review Letters : «Почему вода расширяется при охлаждении?»

«Теоретики часто описывают, что подобная льду локальная структура возникает в переохлажденной жидкой воде в результате охлаждения, и увеличение такой неоднородной области с низкой плотностью вызывает аномалии плотности», — сообщает PhysOrg Мацумото.com . «Такое объяснение легко представить и выглядит правдоподобным. Экспериментаторы склонны верить красивой и простой модели теоретика и интерпретировать свои данные на основе этого ».

Однако такая неоднородность, которая должна иметь место в этой смешанной модели, не была действительно экспериментально доказана. Мацумото намеревался смоделировать переохлажденную воду и посмотреть, сможет ли он открыть механизм расширения воды в условиях, которые должны заставить ее сжиматься. В предыдущей работе (М. Мацумото, А.Baba, and I. Ohmine, J. Chem. Phys. 127, 134504 (2007)), Мацумото предложил новый метод анализа структуры сети водородных связей, обнаруженной в переохлажденной жидкой воде. «Я обнаружил, что структура переохлажденной воды может быть разбита на множество многогранников, витритов, — говорит он. «Я подумал, что проблема будет хорошей возможностью проверить мой метод».

«Вода — это сеткообразующее вещество. Вы можете представить структуру сети в виде кухонной губки, — продолжает Мацумото.«Губчатая структура изначально представляет собой пену, но мембраны теряются, и остаются только балки — соединения. И в сети из воды, и в кухонной губке четыре связи встречаются в точке или узле, образуя трехмерно связанную случайную сеть. Как указывал Плато в 19 веке, четыре пучка пены пересекаются в узле с правильным тетраэдрическим углом — углом Маральди — подобным сети водородных связей воды ».

Мацумото использовал компьютерное моделирование, чтобы изучить три способа изменения объема ячеек пены: удлинение связей, изменение вмещающего угла между связями и изменение топологии сети.«Разделяя три вклада, механизм стал очень ясным. Один способствует тепловому расширению, другой способствует тепловому сжатию, а последний — нет. Максимум плотности — результат этих конкурирующих вкладов », — объясняет он.

«Я обнаружил, что тепловое сокращение объема происходит из-за отклонения валентных углов от правильного тетраэдрического угла», — говорит Мацумото.Он также применил свою прежнюю идею витритов для классификации местных структур. «Любая локальная структура сжимается, когда валентный угол искажается от правильного тетраэдрического угла. Другими словами, местное структурное разнообразие не является главным фактором теплового сжатия. Вода равномерно сжимается за счет термической угловой деформации независимо от местного структурного разнообразия ».

Однако сейчас экспериментальное воспроизведение результатов моделирования Мацумото является довольно сложной задачей.«По-прежнему очень трудно наблюдать микроскопическую неоднородность экспериментально». Однако он надеется, что его моделирование, по крайней мере, заставит теоретиков и экспериментаторов задуматься об альтернативах идее ледяного домена с низкой плотностью, растущего в жидкой воде посредством охлаждения. «Мое открытие повлияет на интерпретацию экспериментальных данных о переохлажденной воде, а также о воде вблизи стенок, растворенных веществах и биомолекулах».

Двигаясь вперед, Мацумото надеется использовать компьютерное моделирование для решения проблемы полиаморфизма воды.«Есть несколько материалов, которые вызывают сосуществование жидкости и жидкости. Наиболее очевидный случай наблюдается в люминофоре, и предполагается, что такие материалы с тетраэдрической сеткой, такие как вода, кремний, кремний и германий, также имеют место », — настаивает он. «С помощью компьютерного моделирования многие люди также воспроизвели сосуществование жидкости и жидкости. Однако никто так и не объяснил, как и почему две жидкие фазы одного компонента могут иметь общий интерфейс ».

Похоже, что вода намного интереснее, чем многие из нас могли себе представить.

Дополнительная информация:

Масакадзу Мацумото, «Почему вода расширяется при охлаждении?» Physical Review Letters (2009). Доступно в Интернете: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.017801.

М. Мацумото, А. Баба, И. Омин, «Сетевой мотив воды». Журнал химической физики (2007). Доступно на сайте: theochem.chem.nagoya-u.ac.jp/w… rk + motif + of + water # p0.

Авторские права 2009 PhysOrg.com.

Все права защищены.Этот материал нельзя публиковать, транслировать, переписывать или распространять полностью или частично без письменного разрешения PhysOrg.com.


Ученые наблюдают за жидкой водой ниже нуля


Ссылка :
Почему вода расширяется при охлаждении? Новое объяснение (17 июля 2009 г.)
получено 8 августа 2020
с https: // физ.орг / Новости / 2009-07-остывает-explanation.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

,

Долгосрочное аварийное хранение воды

Один из наиболее часто задаваемых вопросов о долгосрочном хранении воды — , сколько вам нужно для хранения . Мне нравится, что вы можете найти точные цифры в галлонах, рекомендованные во всем Интернете.

Как будто у нас у всех одинаковые потребности в воде!

Многие люди не осознают, насколько наша система водоснабжения подвержена стихийным бедствиям.

Даже во время небольших чрезвычайных ситуаций, таких как шторм или метель, может отключиться электричество — это означает, что очистные сооружения перестают работать.

Во время крупных бедствий подача воды полностью прекращается. Вот почему так важно иметь план аварийного хранения воды.

Что «власти» говорят о хранении запасов воды

Если вы посмотрите в Интернете, вы найдете следующие рекомендации о том, сколько воды для чрезвычайных ситуаций следует хранить:

  • Ready.gov рекомендует накапливать 1 галлон в день в течение 3 дней.
  • National Terror Alert рекомендует 1 галлон в день в течение 3 дней.
  • FEMA рекомендует 1 галлон в день в течение 2 недель.

Если следовать высшей рекомендации, получается 14 галлонов аварийной воды на человека или 56 галлонов на семью из четырех человек.

Воспользуйтесь нашим калькулятором аварийной воды, чтобы определить, сколько воды необходимо вашей семье для накопления.

Это количество, безусловно, лучше, чем отсутствие аварийной воды, и его достаточно для большинства небольших стихийных бедствий, таких как метели.

Однако любой, кто пережил ураган Катрина, скажет вам, что рекомендация в 56 галлонов явно недостаточна.

Вам нужно Как минимум запас воды на 30 дней

Спасатели загружают воду для пострадавших от урагана Катрина

Наиболее распространенные чрезвычайные ситуации, с которыми мы сталкиваемся — например, отключение электроэнергии из-за шторма — длятся всего несколько дней. Вот почему такие организации, как Ready.gov, говорят, что трех дней воды достаточно.

Как EPA говорит о трехдневной рекомендации в своем отчете по аварийному водоснабжению,

Временные рамки, в течение которых жители, как разумно ожидать, будут обеспечивать себя собственным водоснабжением.

Тем не менее, в отчетах EPA говорится, что крупномасштабные бедствия могут вывести из строя водоснабжение на срок, превышающий 21 день. Мы уже видели подобные бедствия.

Только подумайте, что случилось во время урагана Катрина, когда массы людей выстроились в очередь, чтобы раздать воду.

Гаити — 6 лет без воды!

Массы борются за припасы после землетрясения 2010 года на Гаити

За рубежом ситуация после стихийных бедствий еще хуже. Люди на Гаити все еще остаются без воды более 6 лет после разрушительного землетрясения.

Мы также можем посмотреть на землетрясение и цунами, обрушившиеся на Индийский океан в 2004 году. Потребовались недели, чтобы доставить припасы для пострадавших.

Да, США намного более развиты, чем эти регионы, и могут быстрее восстановиться. Однако, если случится крупная катастрофа (например, атака ЭМИ), она может превратить США в подобие страны третьего мира.

Послание таково: не думайте, что вы застрахованы от бедствий только потому, что живете в такой развитой стране, как США!

Начните с накопления 3-дневного запаса воды, а затем проработайте до 2 недель.Однако, чтобы быть полностью готовым к стихийным бедствиям любого уровня, вы должны стремиться иметь запасы воды (и продуктов питания) на 30 дней.

Надеюсь, через 30 дней инфраструктура будет отремонтирована. Если нет, то пришло время начать добывать воду из собственного источника или эвакуироваться в место с более безопасным источником воды.

Расчет количества аварийной воды в день

Все основные организации согласны с тем, что вам необходимо запасать 1 галлон воды в день.

Они аргументируют это тем, что вам необходимо:

  • ½ галлона для питья
  • ½ галлона для приготовления пищи и очистки

* Не забывайте о воде для домашних животных! Чтобы рассчитать, сколько воды нужно вашей кошке или собаке: возьмите вес животного в фунтах и ​​разделите его на 8. Это количество воды, которое им необходимо в день в чашках.

Если вы когда-нибудь были в походе или походе в горы, то рекомендация по 1 галлону воды соответствует тому, что использовали бы люди, не подключенные к электросети.Однако если вы посмотрите, сколько воды обычно используют домовладельцы, вы увидите огромное расхождение.

По данным EPA, средняя семья из четырех человек в США использует 300 галлонов воды в день! Часть этой воды действительно попадает на улицу, например, для полива двора, но подавляющее ее количество (70%) используется внутри помещений.

Если исключить воду на открытом воздухе, это означает…

Американцы используют в среднем 70 галлонов воды в день на человека!

Не существует абсолютно реального способа хранить 2100 галлонов аварийной воды на человека (70 галлонов в день x 30 дней).

Где бы вы хранили всю эту воду? Очевидное решение состоит в том, что вам нужно научиться сокращать потребление воды.

Научитесь экономить воду СЕЙЧАС!

Не ждите, пока случится авария, чтобы узнать, как сэкономить воду!

Если вы дождетесь аварийной ситуации и у вас нет другого выбора, кроме как полагаться на свои запасы воды, вы, вероятно, обнаружите, что израсходуете их намного быстрее, чем вы рассчитывали.

Конечно, вы не будете принимать очень длительный душ во время полномасштабного бедствия, и вы не забудете выключить кран при чистке зубов (потому что из крана не будет выходить вода).

Но каждый умный выживальщик должен иметь представление о том, сколько воды он / она действительно будет использовать во время бедствия.

Емкости для хранения воды

Выбор емкостей для аварийной воды на самом деле сложнее, чем вы думаете. Неправильное решение может в конечном итоге обойтись вам в целое состояние или привести к вытеканию воды по всему полу!

Вариант 1. Хранение воды в пластиковых бутылках

Самым простым решением для накопления воды является покупка воды в бутылках.Более дешевая альтернатива — наливать водопроводную воду в пластиковые бутылки. Кувшины для молока и бутылки из-под газировки являются популярным выбором.

Сначала необходимо тщательно вымыть бутылки. Обратите особое внимание на крышки (особенно у молочников), потому что там часто застревает корка. Он попадет в воду и вызовет рост бактерий. Чтобы убедиться, что ваши пластиковые бутылки действительно чистые, вы можете промыть их небольшим количеством отбеливателя.

Однако есть одна серьезная проблема при использовании пластиковых бутылок и молочных кувшинов для хранения воды:

Бутылки со временем начнут протекать.

Пластиковые бутылки протекают

Сегодня почти все пластиковые контейнеры являются биоразлагаемыми. Пройдут годы, прежде чем эти контейнеры полностью разложатся, но это займет всего несколько месяцев или лет, прежде чем в биоразлагаемых пластиковых бутылках начнут образовываться крошечные дыры.

Оставьте аварийную воду в кувшинах для молока на год, и вы обнаружите, что она протекает по всему полу!

Вы все еще можете использовать пластиковые бутылки для хранения воды. Однако каждые 6-18 месяцев вам придется избавляться от всех бутылочек.

Срок службы бутылок действительно зависит от типа используемого пластика, а также от того, где вы их храните. Например, свет и тепло заставят бутылки быстрее разрушаться.

Другая проблема, связанная с хранением воды в пластиковых бутылках, заключается в том, что в конечном итоге химические вещества, содержащиеся в пластике, попадут в воду. Дешевый пластик также немного проницаем, поэтому ваша вода действительно может воспринимать вкус внешнего мира — например, в конечном итоге на вкус как ваш затхлый подвал.

Это не вызывает серьезных опасений во время стихийного бедствия (вода с плохим вкусом лучше, чем без воды!), Но их следует учитывать при долгосрочном хранении.

Расчетный срок службы пластиковых бутылок
  • Кувшины для молока — от 6 до 12 месяцев
  • Вода, приобретенная в магазине — 12 месяцев
  • Бутылки содовой — 12 месяцев
  • Бутылки Gatorade (или другой толстый пластик бутылка) — 24 месяца

Конечно, пластиковые бутылки могут начать протекать только спустя долгое время после этого расчетного срока службы.

Однако лучше быть осторожным и избавиться от бутылок до того, как они потекут.

У вас не только закончится аварийная вода, но и полы будут повреждены водой.

Вариант 2: Хранение воды в «кирпичах»

Вращение воды может быть довольно неприятной задачей. Вместо этого вы можете подумать о хранении воды для чрезвычайных ситуаций в специальных контейнерах.

Контейнеры этого типа можно найти в кемпингах и автофургонах.

Водяные кирпичи — это инвестиция, но они не разлагаются, как дешевый пластик. Вы можете увидеть наш обзор водяного кирпича здесь.

Примечание:

Вам все равно нужно будет вращать воду, потому что в ней могут расти плесень и бактерии. Хорошая новость в том, что вы только вращаете воду, а не подбрасываете емкости при каждом обороте.

Рекомендуется менять воду в кирпичах не реже одного раза в год. Одно из решений, позволяющих продлить срок службы воды, — это купить капли для сохранения воды.”

Вы просто кладете капли в воду, и вам не нужно будет вращать ее в течение пяти лет.

Купить в Интернете

Вариант 3: Хранение воды в кувшинах

Другой вариант — хранить воду для аварийных нужд в стеклянных банках. Банки не портятся, как пластмассы, и не нужно беспокоиться о вымывании химикатов в воду. Некоторые люди кладут в банки несколько капель отбеливателя, чтобы продезинфицировать воду и продержаться.

Тем не менее, рекомендуется менять воду каждый год.

Основная проблема использования банок для хранения воды заключается в том, что они хрупкие.

Землетрясение или ураган могут уничтожить весь ваш склад, что приведет к поражению точки.

Тщательно подумайте о типах бедствий, к которым вы готовитесь, и о целесообразности использования стекла.

Где хранить воду

Место хранения пищи очень важно, потому что солнечный свет, тепло и влага могут легко разрушить продукты. При хранении воды местоположение не так важно, но его не следует упускать из виду.

Вот некоторые моменты, которые следует учитывать:

  • Доступность: Сможете ли вы добраться до воды во время чрезвычайной ситуации? Например, если ваша вода хранится в подвале, наводнение может сделать невозможным добраться до нее без риска поражения электрическим током или контакта с опасной водой.
  • Замораживание: Вода расширяется при замерзании, поэтому ваши контейнеры могут треснуть или разбиться, если воде дать замерзнуть, например, при хранении в гараже.
  • Тепло: Тепло приводит к более быстрому износу пластиковых бутылок.Если вы храните пластиковые бутылки в жарком месте, например, в гараже или на чердаке, вам придется чаще их переворачивать.

Уход за водой и вращение

Вода никогда не портится. Но пластиковая бутылка с водой может испортиться ! Вот почему вам необходимо чередовать запас воды.

Со временем из пластиковой бутылки начнут выделяться химические вещества. Эти химические вещества из пластика не обязательно убьют вас, поэтому вы все равно можете пить очень старую воду в чрезвычайной ситуации.Однако вода не будет вкусной.

Чтобы обеспечить правильную ротацию воды:

  • Водопроводную воду следует менять каждые 6 месяцев, а воду из магазина — каждые 12 месяцев.
  • Используйте систему маркировки, чтобы написать дату воды на бутылке.
  • Регулярно используйте и пополняйте запасы воды, чтобы они постоянно менялись.
  • Храните аварийную воду в прохладном месте вдали от прямых солнечных лучей. В противном случае химические вещества из пластика могут вымыться быстрее.

Выполнение аварийной дрели для воды

Выполнение аварийной дрели для воды просто означает, что вы обходитесь без проточной воды в течение определенного периода времени. В это время вы используете только накопленную воду.

В конце учения вы подсчитываете, сколько воды вы прошли.

Это даст вам хорошую оценку того, сколько воды в день вам действительно необходимо для обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям.

Советы по запуску аварийной водяной дрели:

  • Тренировка должна длиться не менее 3 дней.Меньше этого, и вы не получите точной оценки того, сколько воды вам действительно нужно, чтобы пережить чрезвычайную ситуацию.
  • Запланируйте тренировку на длинные выходные или период, когда вы будете в основном дома. Если вы используете воду вне дома, это повлияет на точность ваших расчетов. Если вам нужно уйти из дома, возьмите с собой воду.
  • Рассмотрите возможность выполнения дрели «Off Grid» одновременно с гидробуром. Во время тренировки вне сети вы не будете использовать электричество из сети.Это даст вам лучшее представление о том, как на самом деле вы будете использовать воду во время чрезвычайной ситуации, а также поможет лучше подготовиться к катастрофе.
  • Если вам нужно использовать воду из-под крана во время работы дрели, сначала налейте ее в галлоновые бутылки и обязательно запишите количество. Вы хотите убедиться, что ваши расчеты точны!

Если ваша дрель показывает, что вы действительно потребляете только 1 галлон воды в день, поздравляем!

Однако большинство из нас обнаружит, что мы потребляем МНОГО воды в день.Вся эта вода для небольших задач, таких как мытье рук и мытье посуды, действительно складывается.

Альтернативный способ подсчитать, сколько воды вы потребляете в день, — это просто посмотреть на счет за воду или счетчик воды. Однако очевидно, что во время чрезвычайных ситуаций мы используем воду иначе, чем в повседневной жизни.

Например, вы не будете долго принимать душ, когда принимаете душ с пластиковой бутылкой!

Таким образом, действительно важно, чтобы вы выполняли водную дрель в режиме моделирования «по сетке», а не оценивали потребности в воде на основе вашей обычной повседневной жизни.

Сколько воды у вас есть на складе? Вы думаете, этого будет достаточно? Дайте нам знать об этом в комментариях.

+ Изображение предоставлено

.

заметок об аномальном расширении воды | Дополнительные ссылки> Наука> Давление

Как правило, объем веществ увеличивается при нагревании и уменьшается при охлаждении. Но когда вода нагревается от 0 градусов Цельсия до 4 градусов Цельсия, ее объем уменьшается и увеличивается только после 4 градусов Цельсия. Это необычное поведение воды от 0 до 4 градусов Цельсия известно как аномальное расширение воды.

Так как плотность обратно пропорциональна объему, плотность воды увеличивается с 0 до 4 градусов Цельсия.

При температуре 4 градуса Цельсия вода имеет минимальный объем и максимальную плотность.

Графическое представление объема и плотности воды с температурой приведено ниже:

Применение аномального расширения воды:

В холодных странах, когда температура опускается ниже 0 градусов по Цельсию, водные организмы могут выжить благодаря аномальному расширению воды.

Когда температура окружающей среды достигает 4 градусов по Цельсию, верхняя поверхность пруда будет иметь максимальную плотность и опускаться на дно пруда.Когда температура падает до 3 градусов Цельсия, он расширяется и его объем увеличивается, но плотность уменьшается, чем 4 градуса Цельсия. Итак, вода с температурой 3 градуса Цельсия находится над водой с температурой 4 градуса Цельсия. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура воды не достигнет 0 градусов Цельсия. Лед имеет меньшую плотность, чем вода. Итак, он плавает на верхней поверхности водоема, так как лед плохо проводит тепло, он не позволяет теплу выходить из водоема. Следовательно, водные организмы могут выжить, когда температура опускается ниже 0 градусов Цельсия,

.

Как известно, минимальный объем воды составляет 4 градуса Цельсия.Итак, из-за аномального расширения воды, независимо от того, нагревается она или охлаждается, ее объем увеличивается, и поэтому она перетекает из стакана.

В холодильнике, когда температура опускается ниже 4–0 градусов Цельсия из-за аномального расширения воды, вода в бутылке расширяется. Так как в бутылке нет места для расширения воды, она оказывает большее усилие на стенки бутылки и лопается.

Бутылки безалкогольных напитков хранятся в холодильнике для охлаждения воды, температура в холодильнике опускается с 4 градусов Цельсия до 0 градусов Цельсия, вода в бутылке безалкогольного напитка расширяется из-за аномального расширения воды, и это пустое пространство заполняется водой которые предотвращают разрыв бутылки.

В холодных странах расширяются водопроводные трубы. Поскольку нет места для расширения, вода оказывает большое усилие на стенку трубы, и она лопается.

,

Сколько воды нужно пить в день?

Тело примерно на 60% состоит из воды, плюс-минус.

Вы постоянно теряете воду из своего тела, в основном с мочой и потом. Чтобы предотвратить обезвоживание, вам нужно пить достаточное количество воды.

Существует множество разных мнений о том, сколько воды нужно пить каждый день.

Органы здравоохранения обычно рекомендуют восемь стаканов на 8 унций, что соответствует примерно 2 литрам или половине галлона. Это называется правилом 8 × 8, и его очень легко запомнить.

Однако некоторые гуру здоровья считают, что вам нужно постоянно пить воду в течение дня, даже если вы не испытываете жажды.

Как и в большинстве случаев, это зависит от человека. Многие факторы (как внутренние, так и внешние) в конечном итоге влияют на вашу потребность в воде.

В этой статье рассматриваются некоторые исследования потребления воды, чтобы отделить факты от вымысла, и объясняет, как легко согласовать потребление воды с вашими индивидуальными потребностями.

Влияет ли потребление воды на уровень энергии и работу мозга?

Многие люди утверждают, что если вы не будете пить в течение дня, ваш энергетический уровень и работа мозга начнут ухудшаться.

И есть много исследований, подтверждающих это.

Одно исследование с участием женщин показало, что потеря жидкости на 1,36% после упражнений ухудшает настроение и концентрацию и увеличивает частоту головных болей (1).

Другие исследования показывают, что легкое обезвоживание (1-3% веса тела), вызванное физическими упражнениями или теплом, может нанести вред многим другим аспектам функции мозга (2, 3, 4).

Имейте в виду, что всего 1% массы тела — это довольно значительная величина. Это происходит в первую очередь, когда вы сильно потеете.

Легкое обезвоживание также может отрицательно повлиять на физическую работоспособность, приводя к снижению выносливости (5, 6, 7).

РЕЗЮМЕ

Легкое обезвоживание, вызванное упражнениями или жарой, может отрицательно сказаться как на вашей физической, так и на умственной работоспособности.

Помогает ли употребление большого количества воды похудеть?

Есть много утверждений о том, что увеличение потребления воды может снизить массу тела за счет увеличения метаболизма и снижения аппетита.

Согласно двум исследованиям, употребление 17 унций (500 мл) воды может временно повысить метаболизм на 24–30% (8).

На изображении ниже показан этот эффект. В верхней строке показано, как 17 унций (500 мл) воды увеличивают метаболизм. Обратите внимание, как этот эффект уменьшается до 90-минутной отметки (9):

Исследователи подсчитали, что употребление 68 унций (2 литров) за один день увеличивает расход энергии примерно на 96 калорий в день.

Кроме того, может быть полезно пить холодную воду, потому что вашему организму потребуется больше калорий, чтобы нагреть воду до температуры тела.

Питьевая вода примерно за полчаса до еды также может снизить количество потребляемых калорий, особенно у пожилых людей (10, 11).

Одно исследование показало, что люди, сидящие на диете, которые выпивали 17 унций (500 мл) воды перед каждым приемом пищи, теряли на 44% больше веса за 12 недель по сравнению с теми, кто этого не делал (12).

В целом кажется, что употребление достаточного количества воды, особенно перед едой, может иметь значительное преимущество в похудании, особенно в сочетании со здоровой диетой.

Более того, адекватное потребление воды имеет ряд других преимуществ для здоровья.

РЕЗЮМЕ

Питьевая вода может вызвать умеренное временное ускорение метаболизма, а употребление ее примерно за полчаса до каждого приема пищи может автоматически привести к уменьшению количества калорий.Оба эти эффекта способствуют снижению веса.

Помогает ли больше воды предотвратить проблемы со здоровьем?

Некоторые проблемы со здоровьем предположительно хорошо поддаются увеличению потребления воды:

  • Запор: Увеличение потребления воды может помочь при запоре, очень распространенной проблеме (13, 14, 15).
  • Рак: Некоторые исследования показывают, что у тех, кто пьет больше воды, более низкий риск рака мочевого пузыря и колоректального рака, хотя другие исследования не обнаружили никакого эффекта (16, 17, 18, 19).
  • Камни в почках: Повышенное потребление воды может снизить риск образования камней в почках (20, 21).
  • Угри и увлажнение кожи: Существует множество анекдотических сообщений о том, как вода может помочь увлажнить кожу и уменьшить угри. Пока никакие исследования не подтвердили или не опровергли это.

РЕЗЮМЕ

Употребление большего количества воды может помочь при некоторых проблемах со здоровьем, таких как запор и камни в почках, но необходимы дополнительные исследования.

Учитываются ли другие жидкости в вашей сумме?

Обычная вода — не единственный напиток, который способствует поддержанию баланса жидкости.Другие напитки и продукты могут оказать значительное влияние.

Один из мифов состоит в том, что напитки с кофеином, такие как кофе или чай, не помогают гидратации, потому что кофеин является мочегонным средством.

Фактически, исследования показывают, что мочегонное действие этих напитков очень слабое (22).

Большинство продуктов содержат воду. Мясо, рыба, яйца и особенно фрукты и овощи содержат значительное количество воды.

Дополнительные идеи можно найти в этой статье о 19 продуктах, богатых водой.

Вместе кофе или чай и продукты, богатые водой, могут помочь поддерживать баланс жидкости.

РЕЗЮМЕ

Другие напитки, в том числе кофе и чай, могут способствовать поддержанию баланса жидкости. Большинство продуктов также содержат воду.

Доверяйте своей жажде — она ​​существует не случайно

Поддержание водного баланса необходимо для вашего выживания.

По этой причине в вашем организме есть сложная система, регулирующая, когда и сколько вы пьете.

Когда общее содержание воды опускается ниже определенного уровня, возникает жажда.

Это контролируется механизмами, подобными дыханию — вам не нужно думать об этом сознательно.

Для большинства людей, вероятно, не нужно беспокоиться о потреблении воды. Инстинкт жажды очень надежен (23).

Действительно, за правилом 8 × 8 нет науки. Это совершенно произвольно (24).

Тем не менее, определенные обстоятельства могут потребовать увеличения потребления воды.

Самая важная из них может быть во время повышенного потоотделения.Сюда входят упражнения и жаркая погода, особенно в засушливом климате.

Если вы сильно потеете, обязательно восполните потерю жидкости водой. Спортсменам, выполняющим очень длительные и интенсивные упражнения, также может потребоваться пополнение электролитов вместе с водой.

Потребность в воде также увеличивается во время кормления грудью, а также при некоторых болезненных состояниях, таких как рвота и диарея.

Кроме того, пожилым людям может потребоваться сознательно следить за потреблением воды, потому что механизмы жажды могут начать работать со сбоями в пожилом возрасте (25).

РЕЗЮМЕ

Большинству людей не нужно сознательно думать о потреблении воды, поскольку механизм жажды в мозгу очень эффективен. Однако определенные обстоятельства требуют повышенного внимания к потреблению воды.

Сколько воды лучше?

В конце концов, никто не может сказать вам, сколько именно воды вам нужно. Это зависит от человека.

Попробуйте поэкспериментировать, чтобы увидеть, что лучше всего подходит для вас. Некоторые люди могут лучше себя чувствовать с большим количеством воды, чем обычно, в то время как для других это приводит только к более частым походам в ванную.

Если вы хотите, чтобы все было просто, эти рекомендации должны применяться к большинству людей:

  1. Когда вы хотите пить, пейте.
  2. Когда вы больше не хотите пить, остановитесь.
  3. Во время сильной жары и физических упражнений не забывайте пить достаточно, чтобы восполнить потерю жидкости.
  4. Вот и все!

Прочтите эту статью на испанском языке.

.