Почему вода остывает быстрее чем песок

Почему вода нагревается быстро, а охлаждается так медленно?

Сегодня довести воду до кипения не представляет каких-либо трудностей. Для этого нужно всего лишь включить на кухне плиту и поставьте на нее чайник. Обычно кипячение воды занимает всего несколько минут. Но вы наверняка замечали, что после кипения вода охлаждается до своей первоначальной температуры гораздо дольше. Чтобы остыть до двадцати градусов по Цельсию может потребоваться несколько часов (в зависимости от конструкции чайника). Почему вода нагревается быстро, а охлаждается так медленно?

Быстрый нагрев и медленное охлаждение

Давайте рассмотрим это явление на примере металлического чайника, наполненного водой. Вода, которую нужно нагреть от нормальной комнатной температуры (около 20 градусов по Цельсию) до температуры кипения, должна преодолеть разницу в 80 градусов. При этом она поглотит определенное количество энергии, которая преобразуется в кинетическую энергию молекул воды.

Количества тепла, необходимое для нагрева тела определенной температурой, можно рассчитать с использованием следующего соотношения:

Q = масса тела * удельная теплоемкость * разница температур

Из этой простой формулы есть несколько интересных следствий. Чем больше масса тела, тем больше тепла оно потребляет. Разные вещества потребляют разное количество энергии. Чем выше желаемая температура, тем больше энергии нам потребуется на нагрев.

Охлаждение работает точно так же, но с одним небольшим отличием — тепло в этом случае передается от горячей воды во внешнее пространство вокруг чайника.

Температура варочной панели обычно составляет несколько сотен градусов Цельсия. Поэтому она может передавать значительное количество энергии в воду и быстро нагревать ее до температуры, при которой она начинает испаряться (100 °С) Для такого же быстрого охлаждения нам понадобится такая же большая разница температур – температура внешней среды должна быть минус несколько сотен градусов Цельсия. Безусловно, ничего подобного в природе не встречается, поскольку минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной -273,15°С (абсолютный ноль температуры). А наш хладагент (воздух вокруг чайника) имеет температуру около + 20 °C. Таким образом, охлаждение происходит намного медленнее, чем нагрев воды.

Тепло — вид энергии

Большинство людей недооценивает количество энергии, которую потребляет вода для ее нагрева. Для нагрева 1 кг воды на 1 градус требуется 4187 Дж. На первый взгляд это не очень интересно.

Но представьте, что мы приложим то же количество энергии не для нагрева 1 кг воды, а для ее ускорения (кинетическая энергия).

Источник

5 аномальных фактов о воде

Несмотря на простую химическую формулу, вода — вещество с очень необычными свойствами. Она таит в себе множество загадок, которые порой не под силу разгадать даже ученым.

Перед вами пять наиболее интересных фактов о воде.

1. Горячая вода замерзает быстрее холодной

Возьмем две емкости с водой: в одну нальем горячую, а в другую — холодную воду, и поместим их в морозильную камеру. Горячая вода замерзнет быстрее холодной, хотя по логике вещей, первой должна была превратиться в лед холодная вода: ведь горячей воде надо сначала остыть до температуры холодной, а потом уже превращаться в лед, в то время как холодной воде остывать не надо.

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.

Помните разговор про сверхохлажденную воду? Так вот, что бы вы ни делали, при температуре -38 °C даже самая чистая сверхохлажденная вода внезапно превратится в лед.

Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры?

При -120 °C с водой начинает происходить что-то странное: она становится сверхвязкой или тягучей, как патока, а при температуре ниже -135 °C она превращается в «стеклянную» или «стекловидную» воду – твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура.

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.

Оказалось, что на скорости одной аттосекунды (10 -18 секунд) имеет место необычный квантовый эффект, и химическая формула воды вместо H2O, становится H1.5O!

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.

Источник

Почему суша нагревается быстрее чем вода

На берегу кажется, что вода, словно парное молоко. Но при первых попытках окунуться, оказывается, что она гораздо холоднее, чем казалось. Всегда ли суша нагревается быстрее, чем вода? Какие факторы влияют на нагревание водоемов и берега?

Темные поверхности сильнее, чем отражающие, поглощают тепло. Помимо цвета на поглощение энергии влияет текстура – более текстурированные поверхности лучше поглощают тепло. Поэтому суша нагревается быстрее, чем вода.

Еще одна причина кроется в молекулярной структуре. Молекулы воды движутся, что порождает большую теплоемкость, по сравнению с почвой или песком, имеющими твердую структуру. Большая теплоемкость подразумевает, что требуется повышенное количество энергии для нагревания объекта. Кроме того, часть жидкости испаряется из водоема под воздействием солнца, и соответственно, расходуется часть теплоты.

Изменения температуры на суше происходит сильнее и резче, в то время как вода медленнее нагревается и остывает. При этом у суши нагревается только верхний слой, а более глубокие слои прогреваются через теплопроводность. В то же время солнечные лучи могут прогреть воду до 70 метров вглубь.

На процесс изменения температуры воды также влияют конвекционные потоки: наиболее плотные слои располагаются внизу, а самые легкие – наверху. В пруде или озере ближе к дну температура воды может составлять около 4 градусов, так как именно при этой температуре достигается наибольшая плотность воды.

Справедливым будет отметить, что вода в озере, реке, море будет нагреваться по-разному. То же самое можно сказать о береге, на его нагревание и остывание будет влиять тип суши: почва, песок, глина. Кроме того, значение имеет совокупность всех природных, климатических факторов и географическое положение.

Источник

Почему из скважины идёт вода с песком, что делать: советы специалиста

Одним из популярных решений добычи воды своими силами является строительство скважины. Со временем она может забиваться, что негативно сказывается на человеческом здоровье, приводит к быстрому выходу со строя насосного оборудования. Когда из скважины идет вода с песком, что делать в таком случае, как исправить ситуацию собственными силами?

Причины появления песка

• возникли проблемы с сеточным фильтром в обсадной трубе;
• разгерметизация обсадной трубы;
• проникает песок с поверхности грунта;
• произошло заиливание самого водоносного пласта.

Данные причины достаточно распространенные, если во время не предпринять соответствующих мер это приведет к выходу со строя насосного оборудования и самой конструкции скважины.

Проблемы с фильтром

Могут возникнуть в следующих случаях:

• в результате механического повреждения его конструкции;
• из-за неправильного либо несвоевременного технического обслуживания фильтра;
• виною может быть неправильная подборка фильтрующего элемента.

Обратите внимание, сколько времени проработала конструкция всего, были ли на нее нарекания. Когда происходило ее последнее обслуживание, кто именно делал чистку фильтра.

Заиленный источник

Это естественная причина загрязнения источника водоснабжения. Данная проблема часто встречается в мелких скважинах, построенных на песчаном грунте. На быстроту такого засорения сильно влияют следующие факторы:

• большие перерывы при пользовании скважиной неизбежно приведут к быстрому загрязнению;
• важно правильно подобрать фильтр механической очистки и разместить насосное оборудование на определенной высоте;
• целостность конструкции обсадной трубы и уровень заиливания водяного пласта.

Зачастую этому может способствовать сезонный фактор.

Проблемы с засыпкой

Важным моментом остается обустройство скважины.

Зачастую она засоряется через низ конструкции, песчинки попадают внутрь со дна. Во избежание этому необходимо:

• дно шахты засыпать гравием, который является фильтром и не позволяет песку подниматься;
• есть вариант сделать внизу герметичную пробку, а воду забирать через стенки трубы;
• чрезмерно мощный насос либо его неправильная установка способны втягивать песчинки вместе с водой.

Бывают случаи, когда песок попадает через верх конструкции. Причиной может быть неправильное поверхностное обустройство, нарушение в гидроизоляции.

Проблемы с обсадной трубой

Возможны механические повреждения обсадной трубы, которые могут заключаться в следующем:

• труба имеет механическое повреждение вследствие подвижности грунта;
• произошла коррозия металла и образовалась трещина.

Для исправления ситуации необходимо определить поврежденный участок и провести работы по его герметизации.

Как самостоятельно избавиться от песка в скважине

Понятно, что правильно будет обратиться к профессионалам. Однако можно предпринять и самостоятельные действия по очищении скважины от песка. Существует несколько вариантов.

Прокачка насосом

Одним из простых способов является прокачка воды при помощи насоса. Для этого необходимо:

• использовать вибрационный насос, который не боится песка и может извлечь его вместе с водой;
• лучше всего использовать два насоса, а именно один должен находиться в скважине и баламутить воду, другой в это время находится на поверхности и выкачивает образовавшуюся загрязненную воду;
• есть вариант приподнять нижний насос на 10-30 см и усилить внутренние процессы.

Использование двух насосов считается достаточно эффективным методом при извлечении песка из водозаборного столба.

Прочистка желонкой

Возможно использование желонки. Такая чистка считается трудоемкой, однако она одна из наиболее эффективных. Для этого необходимо:

• разобрать верхнюю часть скважины;
• установить над ней треногу с желонкой;
• при помощи резкого спускания снаряда происходит забор грунта и последующее его добыча наружу;
• таким образом восстанавливается вся шахта до ее водоносного слоя.

Это наиболее простой и эффективный способ, не требующий дополнительных финансовых вложений.

Рекомендации по очистке

При проведении данных работ необходимо прислушиваться к некоторым рекомендациям:

• начинать работу только после тщательного внешнего осмотра оголовка скважины и изучения ситуации;
• установить причину заиливания водозаборной трубы;
• первым делом попробовать очистку при помощи насосов;
• если положительный результат не достигнут — следует применять желонку.

Данный метод обязательно поможет очистить конструкцию от заиливания.

Постоянно следите за эффективностью работы скважины и правильности установки насоса, это будет способствовать добыванию чистой питьевой воды!

Вам была полезна эта статья? Ставьте палец вверх!
Подпишитесь пожалуйста на КАНАЛ — это необходимо для его развития, и давайте общаться в комментариях!

Источник