Подъём тёплой воды

Раздел: 
Русская Физика

69. Подъём тёплой воды

Тёплая вода, как и тёплый воздух, поднимается вверх.

Такое явление отчётливо наблюдается при нагреве воды на обычной газовой горелке. Кипящая вода буквально бурлит: её струи, насыщенные пузырьками пара, устремляются вверх и способствуют активному перемешиванию воды.

Если же нагревать воду не снизу, а сверху, то ничего подобного не наблюдается: нагретые верхние слои так и остаются наверху, и перемешивания от нагрева не происходит.

По этой причине вода в стоячих водоёмах в жаркие летние дни расслаивается по степени нагрева: сверху – тёплая, а на глубине – холодная.

Усилие подъёма тёплой воды F имеет ту же зависимость от уклона удельного давления воды u и от объёма дополнительного вакуума Δg, создаваемого нагревом:

Создаваемый нагревом вакуум рассосредоточен между частицами воды, и только при вскипании он образует пузырьки.

Объём теплового расширения имеет следующую зависимость от температуры:

где V – исходный объём воды;  T – температура нагрева; δ – коэффициент объёмного расширения.

Температура нагрева определяется как

где E – тепловая энергия; I – инерция нагреваемой воды; k – теплоёмкость воды.

Инерцию воды I выразим через её объём V и плотность ρ:

Объединяя последние три формулы, получим:

Комплексный коэффициент (k*ρ/δ) характеризует плотность энергии, вызывающей тепловое расширение воды; обозначим его как α:

В результате объём теплового расширения воды Δg будет иметь следующую зависимость от энергии нагрева E:

У воды плотность тепловой энергии, идущей на её объёмное расширение, равна

Сравним усилия выталкивания нагретых сред: воздуха и воды.

Согласно предыдущим расчётам, при подаче на воздух тепловой энергии E = 8,39*106дж воздушный шар на нулевой высоте создавал усилие подъёма F = 1000 сл.

У нагретой той же тепловой энергией воды усилие подъёма определится как

Это усилие оказывается в 1000/5,9 = 170 раз меньше, чем у воздуха.

К оглавлению                Назад        обсуждение        Далее                Следующий раздел или книга