Колонка не греет воду причины: причины, что делать, если газовая колонка плохо греет воду

Из-за недостаточной мощности горелки не достигается нужная температура в теплообменнике. В случае, когда пламя на горелке слабое, это значит, что мембрана неисправна и шток плохо давит на газовый клапан. Если мембрана деформирована или повреждена – она подлежит замене. Когда же с мембраной все в порядке, нужно искать проблему в штоке, который должен быть чистым, а проход через сальник плавным.

Лотки с несколькими сливными стаканами и, следовательно, с несколькими проходами для жидкости, могут иметь несколько геометрических форм. Сливные стаканы могут проходить параллельно от стены к стене, или они могут поворачиваться на 90 или 180 градусов на последовательных лотках. Схема расположения сливного стакана определяет расположение канала потока жидкости и направление потока жидкости в зоне контакта тарелок.

Задание предпочтительного направления пару, протекающему через отверстия в пластине, побудит жидкость течь в том же направлении. Таким образом, можно управлять расходом и направлением потока жидкости, а также высотой жидкости. Наличие перегородок , сетка сита или матов туманоуловителя , неплотно или ограниченно сбрасываемого уплотнения и / или добавление других устройств в зоне контакта может быть полезным для улучшения контактных характеристик лотка, и, следовательно, его эффективность разделения.

Самым важным параметром тарелки является ее эффективность разделения, и четыре критерия важны при проектировании и работе тарелочной колонны. Для обеспечения требуемого разделения:

1.

Уровень эффективности лотка в нормальном рабочем диапазоне.

2.

Скорость парообразования на «верхнем пределе», то есть максимальной паровой нагрузке.

3.

Скорость пара на «нижнем пределе», т.е.е., минимальная паровая нагрузка.

4.

Падение давления в тарелке.

Эффективность разделения тарелки является основой производительности колонны в целом. Основная функция дистилляционной колонны — разделение потока сырья на (по меньшей мере) один поток верхнего продукта и один поток нижнего продукта. О качестве разделения, выполняемого в колонне, можно судить по чистоте верхнего и нижнего потоков продукта. Спецификация уровней примесей в верхнем и нижнем потоках и степень извлечения чистых продуктов устанавливают критерии успешной работы дистилляционной колонны.

Очевидно, что на эффективность лотка в первую очередь влияет конкретный рассматриваемый компонент. Это особенно актуально для многокомпонентных систем, в которых эффективность может быть разной для каждого компонента из-за его различной диффузионной способности, диффузионных взаимодействий и различных факторов срыва. Скорость потока пара также является фактором эффективности тарелки. Обычно увеличение скорости потока увеличивает эффективную скорость массопереноса, одновременно уменьшая время контакта.Эти противодействующие эффекты приводят к примерно постоянному значению эффективности лотка в его нормальном рабочем диапазоне. При приближении к нижнему рабочему пределу лоток начинает плакать и теряет эффективность.

4.2.3.b Колонны с насадками

Насадочные колонны похожи на реакторы с тонким струйным слоем, где пленка жидкости стекает вниз по поверхности насадки, контактируя с восходящим потоком газа. Небольшой фрагмент геометрии насадки можно точно проанализировать, предполагая периодические граничные условия.Это позволяет калибровать модель пористой среды для большого сегмента насадки.

Насадка в дистилляционной колонне создает поверхность для растекания жидкости. Это обеспечивает большую площадь поверхности для массообмена между жидкостью и паром.

Тепло, температура и проводимость | Глава 2: Состояния материи

Примечание. Энергия также может передаваться посредством излучения и конвекции, но в этой главе речь идет только о передаче тепла посредством теплопроводности.

Температура и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

The U.Геологическая служба США (USGS) уже более века измеряет, сколько воды течет в реках, определяет уровень грунтовых вод и собирает пробы воды для описания качества этих вод. Были сделаны миллионы измерений и анализов, на которые повлияла температура воды.

Значение температуры воды

Температура оказывает большое влияние на биологическую активность и рост. Температура определяет виды организмов, которые могут жить в реках и озерах.Рыбы, насекомые, зоопланктон, фитопланктон и другие водные виды имеют предпочтительный температурный диапазон. По мере того, как температура становится слишком большой выше или ниже этого предпочтительного диапазона, количество особей вида уменьшается, пока, наконец, не останется ни одной.

Температура также важна из-за ее влияния на химический состав воды. Скорость химических реакций обычно увеличивается при более высокой температуре. Вода, особенно грунтовая вода , с более высокими температурами может растворять больше минералов из окружающей породы и, следовательно, будет иметь более высокую электропроводность .И наоборот, если рассматривать газ, такой как кислород, растворенный в воде. Подумайте, насколько холодная газировка «пузырится» по сравнению с теплой. Холодная сода может удерживать больше пузырьков углекислого газа, растворенных в жидкости, чем теплая, из-за чего она кажется более шипучей, когда вы ее пьете.

Теплая вода ручья может повлиять на водную жизнь в ручье. Теплая вода содержит на меньше растворенного кислорода , чем холодная вода, и может не содержать достаточно растворенного кислорода для выживания различных видов водных организмов.Некоторые соединения также более токсичны для водных организмов при более высоких температурах.

Непроницаемые поверхности способствуют попаданию горячей воды в ручьи

Горячая парковка может вызвать попадание нагретых стоков в ручьи.

Возможно, вы не думаете, что температура воды считается важным показателем качества воды. В конце концов, температура не является химическим веществом и не имеет физических свойств, которые вы можете увидеть. Но если вы спросите рыбу, важна ли температура воды, в которой она живет, она закричит: «Да» (если бы она могла говорить)! В естественной среде температура не слишком важна для водной флоры и фауны, поскольку животные и растения в воде эволюционировали, чтобы лучше всего выжить в этой среде.Когда температура водоема изменяется в результате естественного или антропогенного воздействия, рыбы покрываются потом и начинают беспокоиться.

На этом снимке показана типичная парковка после сильного летнего дождя. Автостоянки и дороги, которые являются примерами непроницаемых поверхностей , где вода стекает в местные ручьи, а не впитывается в землю , как в естественной среде, действуют как «быстрые полосы» для дождя, попадающего в ручьи.Дождь, который падает на стоянку, которая весь день пекла на солнце в течение лета, нагревает до и затем стекает в ручьи. Эта нагретая вода может нанести удар по водным организмам в ручье и, таким образом, нанести вред качеству воды в ручье.

Наряду с жарой, сток с парковок может содержать загрязняющие вещества, такие как вытекшее моторное масло, углеводороды из выхлопных газов, остатки удобрений и обычный мусор. Некоторые сообщества экспериментируют с использованием проницаемого покрытия на стоянке и в водных садах, а также с впитывающими растениями рядом с участком, чтобы увидеть, уменьшит ли это вредный сток с участков в ручьи.На правом снимке парковочные поверхности наклонены так, что они стекают в естественную зону, что позволяет стокам проникать в землю. Здесь также выращивают водолюбивые растения. Значительное количество стока должно быть захвачено этими участками, и к тому времени, когда часть стока достигнет ручья, температура воды должна быть ближе к нормальной температуре потока.

Сезонные изменения озер и водохранилищ

Температура также важна в озерах и водохранилищах .Это связано с концентрацией растворенного кислорода в воде, что очень важно для всех водных организмов. Многие озера испытывают «поворот» слоев воды при смене времен года. Летом верхняя часть озера становится теплее нижних слоев. Вы, наверное, замечали это, купаясь в озере летом: ваши плечи словно в теплой ванне, а ноги мерзнут. Поскольку теплая вода менее плотная , чем более холодная вода, она остается на поверхности озера.Но зимой некоторые поверхности озер могут сильно похолодать. Когда это происходит, поверхностная вода становится более плотной, чем более глубокая вода с более постоянной круглогодичной температурой (которая теперь теплее, чем поверхность), и озеро «переворачивается», когда более холодная поверхностная вода опускается на дно озера.

Сезонные температурные характеристики в Ледяном озере, штат Миннесота.

То, как температура в озерах меняется в зависимости от сезона, зависит от того, где они расположены. В теплом климате поверхность никогда не может стать настолько холодной, чтобы озеро «повернулось».«Но в климате с холодной зимой происходят температурные стратификации и повороты. Эта диаграмма является иллюстрацией профилей температуры для озера в Миннесоте, США (где зимой становится очень холодно). Вы можете видеть, что в мае поверхность начинает нагреваться (зеленый цвет), но потепление опускается только до глубины примерно 5 м. Несмотря на то, что поверхность продолжает нагреваться все лето, менее плотная вода все еще остается на вершине озера. Даже летом нижняя половина озера все еще остается почти таким же холодным, как и зимой.Летом менее плотная более теплая вода остается поверх более холодной; смешивания воды не происходит. Обратите внимание, что в октябре, когда температура ночью начинает постоянно опускаться до нуля, поверхностная вода охлаждается, становится немного холоднее и немного плотнее, чем вода на дне озера, и, таким образом, опускается, вызывая смешивание. Озеро «перевернулось». После октября температура во всем вертикальном столбе воды примерно такая же, как и холодная, пока лед не растает, и солнце снова не сможет согреть вершину озера.

Плотина Кугуар на реке Маккензи, Орегон

Кредит: Боб Хеймс, Инженерный корпус армии США

Температурные эффекты при эксплуатации плотин

Я уверен, что рыбы жили в реке Маккензи в Орегоне много тысяч лет — задолго до того, как там жили многие люди, и определенно до того, как была построена плотина Кугуар. На протяжении веков рыбы приспособились жить и размножаться в реке, обладая определенными экологическими характеристиками, которые не менялись быстро.Но после строительства плотины Кугар для рыб действительно изменилась одна вещь — это характер температуры воды под плотиной в определенное время года. Река Маккензи поддерживает самую большую оставшуюся дикую популяцию чавычи в верхнем бассейне реки Уилламетт, а река Саут-Форк Маккензи является хорошей средой для нереста. Было обнаружено, что изменение температурного режима ниже по течению от плотины Кугар создало проблемы в отношении сроков миграции, нереста и вылупления яиц для рыб. (Источник: Caissie, D., 2006, Термальный режим рек — обзор: Freshwater Biology, т. 51, стр. 1389-1406)

Это пагубное воздействие на окружающую среду было осознано в середине 2000-х годов, и для восстановления пригодности этого участка для нереста лосося Инженерный корпус армии США добавил узел раздвижных ворот к водозаборной конструкции на плотине Кугар. Температуры воды под плотиной в последнее время стали больше похожи на естественные, в результате чего стало много улыбающегося лосося.На приведенной ниже диаграмме показаны различия в температурных режимах для участков выше и ниже плотины до того, как были внесены какие-либо корректировки для исправления ситуации.

Водохранилища могут изменять естественные температурные режимы реки

На этой диаграмме сравнивается годовой график температур для участков мониторинга на реке Саут-Форк Маккензи выше и ниже по течению от плотины Кугар. Цель состоит в том, чтобы показать, как из-за определенных аспектов строительства плотины, что сезонные температурные режимы под плотиной были серьезно изменены после того, как плотина стала работать.Изменение температурного режима оказало неблагоприятное воздействие на популяции рыб под плотиной.

Светло-серая линия показывает для участка выше по течению закономерность, как и следовало ожидать: температура повышается в конце весны и повышается летом, а осень вызывает более низкие температуры. На нем изображена нормальная колоколообразная кривая, которая точно соответствует сезонным колебаниям температуры воздуха. Рыбы, обитающие в этом районе реки, будут адаптированы к этим нормальным температурным режимам.

Плотина Кугар контролирует поток и сильно влияет на температуру в реке Саут-Форк Маккензи ниже по течению от плотины.Летом резервуар кугуара становится термически стратифицированным, с более теплой и менее плотной водой у поверхности и более холодной и более плотной водой на дне. Теплая и солнечная летняя погода Западного Орегона добавляет тепла поверхности водохранилища, стабилизируя его стратификацию в течение всего лета. Поскольку плотина была построена так, чтобы ее основная точка сброса находилась на относительно низкой высоте, плотина исторически сбрасывала относительно холодную воду со дна водохранилища в середине лета. Поскольку осенью водохранилище было опущено, чтобы освободить место для накопителя для защиты от наводнений, тепло, которое было собрано в верхнем слое водохранилища в течение лета, было выпущено вниз по течению.В результате сезонная картина температуры (более темная линия на графике) ниже по течению от плотины Кугар в течение 2001 г. сильно отличалась от модели вверх по течению от водохранилища Кугар.

Аэрофотоснимок электростанции Бивер-Вэлли в Пенсильвании, на котором видно испарение из больших градирен.

Электростанции должны охлаждать использованную воду

Определенные отрасли промышленности должны очень заботиться о температуре воды. Лучшим примером этого является термоэлектрическая промышленность , которая производит большую часть электроэнергии, используемой нацией.Одно из основных применений воды в электроэнергетике — охлаждение энергетического оборудования. Вода, используемая для этой цели, охлаждает оборудование, но в то же время горячее оборудование нагревает охлаждающую воду. Слишком горячая вода не может быть выпущена обратно в окружающую среду — рыба ниже по течению от электростанции, выпускающей горячую воду, будет протестовать. Итак, использованную воду предварительно нужно охладить. Один из способов сделать это — построить очень большие градирни и распылять воду внутри них. Происходит испарение , и вода охлаждается.Именно поэтому крупные энергетические объекты часто располагаются вблизи рек.

Хотите проверить качество воды в вашем районе?

доступны в рамках международной образовательной и информационно-просветительской программы World Water Monitoring Challenge (WWMC), направленной на повышение осведомленности общественности и ее участие в защите водных ресурсов во всем мире. Учителя и любители наук о воде: Хотите ли вы проводить базовые тесты качества воды в местных водах? WWMC предлагает недорогие тестовые наборы, чтобы вы могли проводить свои собственные тесты для температуры , pH , мутности и растворенного кислорода .

Температура воды — Системы измерения окружающей среды

Что такое температура воды?

Температура воды — это физическое свойство, показывающее, насколько горячая или холодная вода. Поскольку термины «горячий» и «холодный» являются произвольными, температуру можно дополнительно определить как измерение средней тепловой энергии вещества ⁵ . Тепловая энергия — это кинетическая энергия атомов и молекул, поэтому температура, в свою очередь, измеряет среднюю кинетическую энергию атомов и молекул ⁵ .Эта энергия может передаваться между веществами в виде потока тепла. Передача тепла, будь то воздух, солнечный свет, другой источник воды или тепловое загрязнение, может изменить температуру воды.

Температура воды была определена Дж. Р. Бреттом как «главный абиотический фактор» из-за ее воздействия на водные организмы ¹⁵ .Что это значит для озер, рек и океанов?

Почему важна температура воды

Температура — важный фактор, который следует учитывать при оценке качества воды. Помимо собственных эффектов, температура влияет на несколько других параметров и может изменять физические и химические свойства воды. В связи с этим при определении температуры воды следует учитывать ⁷ :

— Скорость метаболизма и производство фотосинтеза
— Токсичность соединения
— Концентрация растворенного кислорода и других растворенных газов
— Электропроводность и соленость
— Потенциал снижения окисления (ОВП)
— pH
— Плотность воды

Температура воды и водная жизнь

Сама по себе температура воды может влиять на скорость метаболизма и биологическую активность водных организмов ¹⁴ . Таким образом, он влияет на выбранные среды обитания различных водных организмов ⁸ . Некоторые организмы, особенно водные растения, процветают при более высоких температурах, в то время как некоторые рыбы, такие как форель или лосось, предпочитают более холодные ручьи ⁸ .

Исследования показали прямую зависимость между скоростью метаболизма и температурой воды. Это происходит, поскольку многие клеточные ферменты более активны при более высоких температурах ¹⁸ .Для большинства рыб повышение температуры воды на 10 ° C примерно удваивает скорость физиологической функции ¹⁶ . Некоторые виды могут справиться с повышением скорости метаболизма лучше, чем другие. Повышенная метаболическая функция может быть замечена по частоте дыхания и пищеварительной реакции у большинства видов. Повышенная частота дыхания при более высоких температурах приводит к повышенному потреблению кислорода, что может иметь пагубные последствия, если частота дыхания остается повышенной в течение длительного периода времени. Кроме того, температура выше 35 ° C может привести к денатурированию или разрушению ферментов, снижая метаболическую функцию ¹⁸ .

Колебания температуры также могут влиять на выбор поведения водных организмов, например, переход в более теплую или более прохладную воду после кормления, реакции хищников и жертв и режимы отдыха или миграции ¹⁶ . Некоторые виды акул и скатов даже ищут более теплые воды во время беременности ¹⁶ .

Растения также подвержены влиянию температуры воды. В то время как некоторые водные растения переносят более прохладную воду, большинство предпочитает более теплые температуры ¹⁷ .В частности, тропические растения будут демонстрировать ограниченный рост и период покоя при температуре воды ниже 21 ° C ¹⁷ . В то время как покой подходит для выживания в холодную зиму, для процветания большинства растений требуются более высокие температуры.

Температура также может подавлять дыхание и фотосинтез растений ¹⁴ . В целом фотосинтез водорослей будет увеличиваться с повышением температуры, хотя разные виды будут иметь разные пиковые температуры для оптимальной фотосинтетической активности ¹⁴ .Выше и ниже этой температуры фотосинтез будет снижен.

Токсичность соединения и температура воды

Помимо воздействия на водные организмы, высокие температуры воды могут увеличивать растворимость и, следовательно, токсичность некоторых соединений. ¹ . Эти элементы включают тяжелые металлы, такие как кадмий, цинк и свинец, а также такие соединения, как аммиак ^19,20 .Температура воды может не только увеличить растворимость токсичных соединений, но также может влиять на предел переносимости организма ¹⁹ . Смертность цинка значительно выше при температуре выше 25 ° C, чем при температуре ниже 20 ° C ¹⁹ . Это происходит потому, что проницаемость тканей, скорость метаболизма и потребление кислорода увеличиваются с повышением температуры воды ¹⁹ . В одном исследовании на рыбе labeo bata 24-часовая 50% летальная концентрация (LC50) при 15 ° C составила 540 мг / л, а при 30 ° C LC50 упала до 210 мг / л ¹⁹ .

Аммиак известен своей токсичностью при высоких уровнях pH, но температура также может влиять на критические концентрации при острых и хронических заболеваниях ²¹ . При низких температурах и нейтральном pH следующее уравнение остается смещенным влево, образуя нетоксичный ион аммония:

Nh4 + h3O <=> Nh5 + + OH-

Однако на каждые 10 ° C повышения температуры соотношение из неионизированного аммиака в двойники аммония ²¹ .В 2013 году EPA определило, что максимальная концентрация критерия для пресноводных видов составляет 17 мг / л общего аммиака-азота (включая как Nh4, так и Nh5 +) из-за его потенциального скачка токсичности при более высоком pH и температуре ²¹ .

Температура растворенного кислорода и воды

Растворимость кислорода и других газов будет уменьшаться при повышении температуры ⁹ . Это означает, что более холодные озера и ручьи могут содержать больше растворенного кислорода, чем более теплые воды. Если вода слишком теплая, она не будет содержать достаточно кислорода для выживания водных организмов.

Электропроводность и температура воды

Температура воды может влиять на проводимость двумя способами. Поскольку проводимость измеряется электрическим потенциалом ионов в растворе, на нее влияют концентрация, заряд и подвижность этих ионов ¹¹ .

Ионная подвижность зависит от вязкости, которая, в свою очередь, зависит от температуры ¹³ . Вязкость означает способность жидкости сопротивляться потоку ²³ .Чем он более вязкий, тем менее жидкий; патока и ртуть более вязкие, чем вода. Обратная зависимость между температурой и вязкостью означает, что повышение температуры приведет к уменьшению вязкости ¹⁴ . Уменьшение вязкости воды увеличивает подвижность ионов в воде. Таким образом, повышение температуры увеличивает проводимость ¹¹ .

Электропроводность увеличивается примерно на 2-3% при повышении температуры на 1 ° C, хотя в чистой воде она увеличивается примерно на 5% на 1 ° C. ¹¹ .Этот вариант является причиной того, что многие профессионалы используют стандартизированное сравнение проводимости, известное как удельная проводимость, то есть с поправкой на температуру до 25 ° C ¹⁰ .

Второй способ влияния температуры на проводимость — концентрация ионов. Многие соли более растворимы при более высоких температурах ²² . Когда соль растворяется, она распадается на соответствующие ионы. Так как теплая вода растворяет несколько минералов и солей легче, чем холодная вода, концентрация ионов часто выше ⁹ .Повышенное содержание минералов и ионов можно заметить в природных горячих источниках, которые рекламируют свои «целебные» свойства ⁵⁰ . Эти растворенные вещества часто называют общим количеством растворенных твердых веществ или TDS ¹² . TDS относится ко всем ионным частицам в растворе, размер которых меньше 2 микрон ²⁴ . Эти соли и минералы попадают в воду из горных пород и наносов, контактирующих с ними. По мере их растворения и увеличения концентрации ионов увеличивается и проводимость воды.

Скорость увеличения проводимости зависит от солей, присутствующих в растворе ²² .Растворимость KCl увеличится с 28 г KCl / 100 г h3O при 0 ° C до 56 г KCl / 100 г h30 при 100 ° C, в то время как растворимость NaCl увеличится только с 35,6 г до 38,9 г NaCl / 100 г h30 в том же диапазоне температур. . Кроме того, есть несколько солей, которые становятся менее растворимыми при более высоких температурах и, таким образом, отрицательно влияют на проводимость ²² .

Потенциал окисления и температура воды

Окислительно-восстановительный потенциал, известный как ОВП, также зависит от температуры. Влияние температуры на значения ОВП зависит от химических веществ (атомов, молекул и ионов), присутствующих в растворе ²⁵ . Графики температурной зависимости обычно доступны для калибровочных растворов, но не для полевых образцов ²⁵ .

Этот недостаток данных связан с трудностью идентификации и измерения всех окислительно-восстановительных видов, которые могут присутствовать в любом данном источнике воды.Поскольку эти виды трудно узнать и количественно определить в исследованиях окружающей среды, большинство электродов ОВП не будут автоматически компенсировать температуру. Однако температура по-прежнему может изменять показания, и ее следует регистрировать при каждом измерении, учитываемом при анализе данных ²⁶ .

pH и температура воды

pH рассчитывается по количеству ионов водорода в растворе.При pH 7 ионы водорода и гидроксила имеют равные концентрации, 1 x 10-7 М, сохраняя раствор нейтральным ²⁷ . Однако эти концентрации сохраняются только при 25 ° C. При повышении или понижении температуры концентрации ионов также будут сдвигаться, что приведет к смещению значения pH ²⁷ . Этот ответ объясняется принципом Ле Шателье. Любое изменение в системе в состоянии равновесия, такое как добавление реагента или изменение температуры, будет сдвигать систему до тех пор, пока она снова не достигнет равновесия ²⁸ .
Уравнение:

h30 H + + OH-

представляет собой экзотермическую реакцию ²⁸ . Это означает, что если температура воды увеличится, уравнение сместится влево, чтобы снова достичь равновесия. Сдвиг влево уменьшает количество ионов в воде, увеличивая pH. Точно так же, если бы температура снизилась, уравнение сместилось бы вправо, увеличивая концентрацию ионов и уменьшая pH.

Однако это не означает, что изменение температуры сделает раствор более кислым или щелочным. Поскольку соотношение ионов водорода и гидроксила остается неизменным, кислотность воды не меняется с температурой ²⁸ . Вместо этого изменяется весь диапазон pH, так что нейтральная вода будет иметь значение, отличное от 7. Чистая вода останется нейтральной при 0 ° C (pH 7,47), 25 ° C. (pH 7,00) или 100 ° C. (pH 6,14).

Плотность и температура воды

Температура воды и плотность воды напрямую связаны.При повышении или понижении температуры воды изменяется ее плотность. Это уникальное соотношение: в отличие от большинства материалов, плотность чистой воды уменьшается примерно на 9%, когда она замерзает. ²⁹ . Вот почему лед расширяется и плавает по воде. Чистая вода также уникальна тем, что достигает максимальной плотности 1,00 г / мл при 4 ° C ²⁹ . Вода с температурой выше и ниже этой, включая перегретую и переохлажденную воду, будет плавать в воде с температурой 4 ° C.

Точки температуры пресной воды

Точка максимальной плотности особенно важна в пресной воде. Если бы вода была наиболее плотной при температуре замерзания (0 ° C), то она опускалась бы на дно, замораживая водоем снизу вверх, убивая все живущие в нем организмы ²⁹ . Вместо этого это свойство гарантирует, что температура дна водоема останется не менее 4 ° C и, следовательно, незамерзшей. ³⁰ .Соотношение температуры и плотности, таким образом, создает картину конвекции воды при ее охлаждении. Когда температура поверхностной воды приближается к температуре максимальной плотности, она опускается и заменяется более теплой и легкой водой ⁴² . Этот процесс продолжается до тех пор, пока вода не остынет равномерно. Любая вода, которая холоднее этой точки, будет плавать поверх более плотной воды. Такой режим конвекции позволяет смешивать воду как теплее, так и холоднее 4 ° C (и при потенциально различных концентрациях растворенного кислорода) ³⁰ .Этот процесс происходит сезонно в голомиктических (смешивающихся) озерах, когда температура воды (и, следовательно, другие параметры) достигают равновесия ¹⁴ .

Точки температуры соленой воды

Важно отметить, что соленость не только влияет на плотность воды, но и может изменить максимальную плотность и точки замерзания воды. По мере увеличения концентрации соли максимальная плотность и температура замерзания будут уменьшаться. ¹⁴ .Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу) и смещенную максимальную плотность -3,5 ° C ¹⁴ . Это более чем на 7 ° отличается от пресной воды и ниже точки замерзания морской воды, равной 1,9 ° C. ¹⁴ . Однако эта максимальная плотность никогда не достигается ³⁹ . Вместо этого в процессе конвекции охлаждающая вода просто циркулирует до тех пор, пока весь столб воды на поверхности не достигнет точки замерзания ⁴² . Поскольку фазовая граница между жидкостью и твердым телом требует надлежащего давления, а также температуры, лед образуется только на поверхности ³⁰ .

Самая низкая зарегистрированная температура естественной морской воды составляла -2,6 ° C, зарегистрированная под антарктическим ледником ³⁸ . Аналогичным образом, самые холодные зарегистрированные океанические течения составляли -2,2 ° C на глубине 500 м. В обоих случаях гидростатическое давление позволяло воде оставаться жидкой при таких низких температурах ³⁸ .

Образование льда

Общеизвестно, что пресная вода начинает замерзать при 0 ° C. Однако у соленой воды температура замерзания ниже.Вот почему соль используется зимой для удаления льда с дорог и тротуаров. Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу), что сдвигает точку замерзания до -1,9 ° C ¹⁴ .

Плотность чистого водяного льда при 0 ° C составляет 0,9168 г / мл, что почти на 9% легче, чем жидкая вода при 0 ° C, которая имеет плотность 0,99987 г / мл ¹⁴ . Это не кажется большой разницей, но этого достаточно, чтобы лед плавал поверх воды и позволял водным организмам пережить зиму.Это падение плотности происходит из-за того, что водородные связи в воде создают открытую гексагональную решетку, оставляя пространство между молекулами ⁴² .

Лед, образующийся в морской воде, даже менее плотен, чем пресноводный лед ⁴⁰ . Когда морская вода начинает замерзать, молекулы воды начинают образовывать кристаллическую решетку (как в пресной воде). Эти кристаллы включают только молекулы воды, а не ионы солей, и образование известно как исключение рассола ⁴³ .По мере роста структуры льда очаги концентрированной соленой воды могут быть захвачены внутри льда, но не включены в его структуру. Захваченная вода со временем может стечь, оставив во льду небольшой пузырь воздуха. Оставленные пузырьки воздуха значительно снижают плотность льда — до 0,8-0,9 г / мл ⁴⁰ .

Новый морской лед может иметь соленый привкус из-за захваченного рассола, который еще не вышел. В более старых ледяных структурах, называемых многолетним льдом, не остается рассола, и они достаточно свежие, чтобы их можно было пить после таяния ⁴¹ .

Соотношение температура / плотность также способствует стратификации.

Термическая стратификация

Стратификация — это разделение водяного столба на слои или слои воды с различными свойствами. Эти деления обычно определяются по температуре и плотности, хотя могут использоваться и другие параметры, такие как соленость и химические различия ³¹ .Расслоение происходит потому, что для смешивания жидкостей разной плотности требуется работа (сила и перемещение) ¹⁴ . Термическая стратификация обычно носит сезонный характер, с четкими границами между слоями летом, более узкими слоями зимой и «круговоротом» весной и осенью, когда температура в толще воды довольно однородна. ³² . С течением времени года солнечный свет, ветер, температура окружающей среды и лед (зимой) заставляют озеро сдерживаться. ³² .

Когда речь идет о слоях температуры и плотности в озере, эти слои обычно называют эпилимнионом, металимнионом и гиполимнионом сверху вниз ¹⁴ . Верхний слой, эпилимнион, подвергается солнечному излучению и тепловому контакту с атмосферой, сохраняя ее теплее. Эпилимнион простирается настолько далеко, насколько позволяют солнечный свет и ветер, и обычно глубже в озерах с большей площадью поверхности ¹⁴ .

Ниже эпилимниона находится слой воды с быстро меняющимся диапазоном температур, известный как металимнион ³² . Металимнион служит границей между верхним и нижним слоями воды. Температура в этом слое может сильно варьироваться между его верхней и нижней глубинами ¹⁴ . Кроме того, металимнион может колебаться по толщине и глубине из-за погодных условий и сезонных изменений ¹⁴ .

Металлимнион окаймлен сверху и снизу кромкой, называемой термоклином.Термоклин определяется как плоскость максимального понижения температуры ¹⁴ . Другими словами, когда температура воды начинает значительно падать, термоклин пересечен. Этой плоскостью принято считать глубину, на которой температура снижается со скоростью более 1 ° C на метр ¹⁴ . Поскольку температура и плотность взаимосвязаны, на тех же глубинах существует второй клин, известный как пикноклин. Пикноклин разделяет толщу водной толщи по плотности ³³ .

Ниже второго термоклина и пикноклина находится гиполимнион. Этот пласт обычно слишком глубок, чтобы на него влияли ветер, солнечная радиация и атмосферный теплообмен ³¹ . Температура гиполимниона обычно определяется весенним оборотом. В более глубоких озерах перемешивание может быть минимальным, и гиполимнион останется около максимальной плотности, или 4 ° C ¹⁴ . Более мелкие озера могут повысить температуру гиполимниона до более чем 10 ° C. Эта температура может измениться лишь минимально, если вообще изменится, пока стратифицирована ¹⁴ .

Озера, которые полностью перемешиваются по крайней мере один раз в год, известны как голомиктические озера ¹⁴ . Есть шесть типов голомиктических озер, определения которых основаны на средней температуре и частоте выравнивания температур ¹⁴ . Эти озера и их факторы разделения можно увидеть на следующей блок-схеме:

Озера, которые не полностью перемешиваются, называются меромиктическими озерами ¹⁴ .Эти озера имеют нижний слой, который остается изолированным в течение всего года. Этот нижний слой известен как монимолимнион и обычно отделен от коллективных слоев над ним (миксолимнион) галоклином (клин на основе солености) ³¹ . Меромиктические условия могут возникать в голомиктическом озере, когда необычные погодные условия заставляют озеро расслаиваться до того, как оно успевает полностью перемешаться. ¹⁴ .

Точки давления и температуры воды

Давление не влияет напрямую на температуру воды.Вместо этого он смещает точки замерзания, кипения и максимальной плотности. Температура, при которой происходит кипение и замерзание, сохраняется только на уровне моря ³ .

Как указано в некоторых рецептах, время приготовления увеличивается на больших высотах из-за сдвига точки кипения воды. Это связано с действием атмосферного давления. При более низком давлении (на большей высоте) вода закипит при более низкой температуре. С другой стороны, при более высоком давлении (например, в скороварке) вода закипает при более высокой температуре ³⁴ .Атмосферное давление влияет не на температуру самой воды, а только на ее способность превращаться в пар, сдвигая кипение влево или вправо.

Давление также объясняет, почему лед образуется только на поверхности воды. По мере увеличения гидростатического давления точка замерзания понижается ³⁰ . На больших высотах (более низкое давление) наблюдается небольшое повышение точки замерзания, но изменение давления недостаточно, чтобы существенно повлиять на точку ³⁰ .

Какие факторы влияют на температуру воды?

На температуру воды могут влиять многие окружающие условия. Эти элементы включают солнечный свет / солнечное излучение, теплопередачу из атмосферы, слияние ручьев и мутность. Мелководные и поверхностные воды более подвержены влиянию этих факторов, чем глубоководные ³⁷ .

Солнечный свет

Самый большой источник теплопередачи к температуре воды — солнечный свет ³⁶ .Солнечный свет или солнечное излучение — это форма тепловой энергии ⁴⁵ . Эта энергия затем передается поверхности воды в виде тепла, повышая температуру воды. Эта теплопередача обусловлена ​​относительно низким альбедо воды ⁴⁴ . Альбедо — это определяемое качество способности поверхности отражать или поглощать солнечный свет. Низкое альбедо воды означает, что она поглощает больше энергии, чем отражает ⁴⁴ . Результат — суточные колебания температуры воды в зависимости от количества солнечного света, получаемого водой.

Если водоем достаточно глубок для расслоения, солнечный свет будет передавать тепло только через фотическую зону (достигая света). Большая часть этой энергии (более половины) поглощается в первых 2 м воды ¹⁴ . Эта энергия будет продолжать поглощаться экспоненциально, пока свет не исчезнет. Фотическая зона различается по глубине, но может достигать 200 м в океанах ⁴⁶ . Глубина фотической зоны зависит от количества твердых частиц и других светорассеивающих элементов, присутствующих в воде.Температура воды ниже фотической зоны обычно изменяется только при смешивании воды ³⁷ . Таким образом, более мелкие водоемы нагреваются быстрее и достигают более высоких температур, чем более глубокие водоемы ¹ .

Атмосфера

Атмосферная теплопередача происходит на поверхности воды. Поскольку тепло всегда течет от более высокой температуры к более низкой температуре, эта передача может происходить в обоих направлениях ⁶ .Когда воздух холодный, теплая вода передает энергию воздуху и остывает. Это движение часто можно увидеть в виде тумана или «дымящейся» реки ¹⁴ . Если воздух горячий, холодная вода получит энергию и согреется. Степень этой передачи зависит от тепловой инерции и удельной теплоемкости воды ¹⁴ . Колебания температуры воды более постепенные, чем колебания температуры воздуха ¹⁴ .

Мутность

Повышенная мутность также увеличивает температуру воды. Мутность — это количество взвешенных твердых частиц в воде. Эти взвешенные частицы поглощают тепло солнечного излучения более эффективно, чем вода ⁴⁷ . Затем тепло передается от частиц к молекулам воды, повышая температуру окружающей воды ⁴⁷ .

Confluence

Подземные воды, ручьи и реки могут изменять температуру водоема, в который они впадают. Если родник или источник грунтовых вод холоднее реки, в которую он впадает, река станет прохладнее. Вспоминая правила теплопередачи (энергия течет от горячей к холодной), река теряет энергию более холодной воде, поскольку она ее нагревает ⁶ . Если приток большой или достаточно быстрый, равновесная температура воды будет близка к температуре притока ¹ .Водотоки с ледниковым питанием будут охладить соединяющиеся реки вблизи источника потока, чем дальше вниз по течению ¹ .

Техногенное влияние

Антропогенное воздействие на температуру воды включает тепловое загрязнение, сток, вырубку лесов и водохранилища.

Термическое загрязнение
Термическое загрязнение — это любой сброс, который резко изменит температуру природного источника воды ⁴⁸ .Это загрязнение обычно происходит из городских или промышленных сточных вод ¹ . Если температура слива значительно выше температуры естественной воды, это может отрицательно сказаться на качестве воды. Тепловое загрязнение имеет несколько серьезных последствий, включая снижение уровня растворенного кислорода, гибель рыбы и приток инвазивных видов ⁴⁸ .

Сток с парковок и других непроницаемых поверхностей — еще одна форма теплового загрязнения. Вода, которая стекает с этих поверхностей, поглощает большую часть их тепла и передает его ближайшему ручью или реке, повышая температуру на ⁹ .

Вырубка леса
Не только искусственные добавки могут повлиять на температуру воды. Вода, затененная растительностью и другими объектами, не будет поглощать столько тепла, как освещенная солнцем вода ¹⁴ . Когда деревья или прибрежные навесы удаляются, водоем может стать необычно теплым, изменяя его естественный цикл и среду обитания ⁴⁸ .

Водохранилища

Водохранилища, такие как плотины, могут резко повлиять на циклы температуры воды. Хотя плотина напрямую не передает тепло воде, она может повлиять на естественные закономерности нагрева и охлаждения воды ⁹ . Действующая плотина без раздвижных ворот может изменить температуру воды ниже по течению от плотины, что может повлиять на поведение местного населения рыб.

Изменение температурного режима может повлиять на миграцию, нерест и вылупление местных видов рыб ⁹ .Температурный режим изменится, если водохранилище расслоится, а сброс плотины будет слишком высоким или слишком низким, выпуская необычно холодную или необычно теплую воду в поток ⁹ .

Типичные температуры

Температура воды может варьироваться от замороженного льда до почти кипящей, так что же определяет «типичную» температуру? Типичные температуры зависят от 1) типа водоема 2) глубины 3) сезона 4) широты 5) окружающей среды.Хотя конкретный водоем может иметь общую схему, которой он следует ежегодно, не существует окончательной «типичной» температуры воды. Даже конкретный водоем может отличаться из-за любого из этих источников; озеро может замерзнуть за одну зиму, но может не замерзнуть в следующем году из-за теплой зимы. Оба года он следует одной и той же схеме потепления и похолодания, но не достигает одинаковых температур. Любые «необычные» температуры следует рассматривать в контексте.

Реки и ручьи, как правило, подвержены более сильным и быстрым колебаниям температуры, чем озера и океаны ¹⁴ .Точно так же широкие мелкие озера будут теплее, чем их более глубокие аналоги. Из-за изменения угла солнечной радиации и влияния атмосферной теплопередачи температура воды будет сезонно меняться ⁴⁴ . Поскольку солнечная радиация более интенсивна вблизи экватора, вода в более низких широтах будет теплее, чем вода в более высоких широтах ⁴⁴ . Затененные потоки не будут подвержены такому влиянию солнечного излучения, как их открытые аналоги, и могут оставаться более прохладными. Водоемы, на которые влияет поток подземных вод или ледниковый поток, также будут более холодными ¹ .

Температура океана также зависит от сезона, широты, глубины, океанских течений и конвекции ⁵¹ . Поверхностные воды будут больше изменяться в зависимости от сезона и широты, чем более глубокие воды, и будут демонстрировать суточные (суточные) колебания из-за солнечной радиации и ветра ⁵³ . Эти суточные колебания могут достигать 6 градусов по Цельсию ⁵³ . Из-за своих огромных размеров и высокой удельной теплоемкости воды океан имеет столь же большую теплоемкость ¹⁴ . Это означает, что колебания между сезонами или из-за необычных событий будут иметь лишь незначительное влияние ⁵¹ .Исследования показали, что за прошедшее столетие океан нагрелся примерно на 0,1 градуса Цельсия ⁵² . Хотя это число кажется небольшим, оно довольно велико по сравнению с размером океана.

Температура океана играет важную роль в атмосферных условиях во всем мире. Ураганы, циклоны, грозы и другие погодные явления могут образовываться в зависимости от температуры океана ⁵³ .Муссоны могут возникать при большой разнице температур между сушей и морем, вызывая циклические осадки и штормы ³⁵ . Ураганы и циклоны развиваются над теплой водой, где тепло может быстро передаваться воздуху посредством конвекции ⁵⁴ . Точно так же снег в виде озера и другие сильные осадки могут образовываться, когда холодный воздух течет над большим, более теплым водоемом ⁵⁵ . Океан также взаимодействует с атмосферой, создавая явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья.Эль-Ниньо описывает потепление Тихого океана из-за отсутствия ветра, который изменяет глубину термоклина. Это потепление, в свою очередь, влияет на погодные и температурные режимы во всем мире ³⁵ . Ла-Нинья — это противоположное состояние океана, где температура ниже нормы, как правило, с обратным воздействием на погоду ³⁵ . Эти события нерегулярны, происходят каждые 2-7 лет. Они могут длиться от 9 месяцев до пары лет, в зависимости от силы эпизода ³⁵ .

На этих картах показаны колебания температуры поверхности на Тихоокеанском экваторе. В условиях Ла-Ниньо полоса холодной воды выталкивается на запад вдоль экватора, в то время как в условиях Эль-Ниньо преобладают теплые температуры. Кредит изображения: Дай МакКлург, проект TAO через NOAA

Уникальные условия

Есть несколько водоемов с уникальными уровнями температуры.Наиболее известные примеры — горячие источники. Горячие источники, также известные как гидротермальные источники, питаются подземными водами, которые значительно теплее, чем другие потоки ⁵⁰ . Эти уникальные воды согреваются геотермальным теплом. Этот перенос тепла может происходить от потоков грунтовых вод, которые уходят достаточно глубоко в земную кору или контактируют с магмой в вулканических зонах ⁵⁰ . Горячие источники остаются намного более теплыми, чем температура окружающей среды, а некоторые вулканические горячие источники даже достигают температуры кипения ⁵⁰ .

Другими уникальными водными объектами являются гелиотермические озера. Эти озера обычно являются солеными, меромиктическими озерами, что означает, что когда они расслаиваются, только верхний слой воды будет смешиваться. ¹⁴ . Как обсуждалось в разделе стратификации, слои разделены галоклином, при этом миксолимнион остается довольно свежим, а нижний монимолимнион содержит более высокую концентрацию соли ¹⁴ . Когда это расслоение попадает в фотическую зону, происходят необычные события.Солнечный свет, достигающий монимолимниона, нагревает воду. Это тепло не может уйти, потому что на плотность нижнего слоя солевого раствора не оказывает существенного влияния повышение температуры ¹⁴ . Результатом является тепловая ловушка в галоклине, где температура может легко достигать 50 ° C и выше ¹⁴ . Горячее озеро в Вашингтоне — один из примеров гелиотермического озера, где галоклин остается около 30 ° C, даже когда озеро покрыто льдом ¹⁴ .

Последствия необычных уровней

Слишком теплая вода обычно считается более опасной для водных организмов, чем холодная вода. Однако и то и другое может влиять на рост, переносимость болезней и выживаемость ⁸ . Слишком холодная вода влияет на биологические процессы и скорость метаболизма водных организмов ¹⁴ . С другой стороны, слишком теплая вода может вызвать чрезмерную частоту дыхания и стресс у рыб. Теплая вода также не может удерживать столько растворенного кислорода, как холодная вода, поэтому меньше кислорода доступно для поглощения организмами ¹⁴ .У каждого вида рыб свой диапазон комфорта. Температура за пределами этого диапазона может быть вредна для роста и выживания. Лосось и форель предпочитают плавать в более холодных реках, тогда как большеротый и малоротый окунь переносят гораздо более теплые воды как для роста, так и для нереста ⁸ .

Важность мониторинга

Итак, как определить качество воды по температуре? EPA и некоторые штаты, включая Аляску, Айдахо, Орегон и Вашингтон, рекомендовали максимальные сезонные и региональные температуры ⁴⁹ .В других штатах числовое значение отсутствует, и вместо этого указывается «отсутствие измеримых изменений по сравнению с естественными условиями» ¹ . Это ставит во главу угла тщательный и долгосрочный мониторинг. Чем больше исторических данных доступно, тем больше аномальных колебаний можно обнаружить и устранить. Если озеро, которое обычно стратифицируется год за годом около 20 ° C и 8 ° C в эпилимнионе и гиполимнионе, начинает показывать 23 ° C и 17 ° C соответственно, оно может стать эвтрофным (богатым питательными веществами, часто гипоксическим) из-за сельскохозяйственных стоков ¹ .

Влияние температуры воды на множество других параметров делает ее тонким, но жизненно важным фактором при определении качества воды.

Что такое единицы?

Поскольку температура измеряет тепловую энергию, были разработаны шкалы, показывающие значения температуры относительно других значений. Сегодня температура воды обычно измеряется по одной из трех шкал: Цельсия, Фаренгейта или Кельвина ² .При использовании шкалы Цельсия или Фаренгейта температура измеряется в градусах. По шкале Кельвина единицей измерения является кельвин, но это та же величина, что и градус Цельсия ² . Из-за универсального использования температура воды обычно указывается по шкале Цельсия ¹ .

Шкала Фаренгейта и Цельсия определяется градусами замерзания и кипения воды ³ . Шкала Цельсия также называется шкалой Цельсия, потому что существует интервал 100 градусов между двумя определенными точками (замерзание и кипение воды) ² .Шкала Кельвина основана на теоретической точке абсолютного нуля ² .

Температуру в градусах Цельсия можно преобразовать в градусы Фаренгейта или Кельвина с помощью следующих уравнений: ³ :

Цитируйте эту работу

Fondriest Environmental , Inc. «Температура воды». Основы экологических измерений. 7 февраля 2014 г. Web. .

Дополнительная информация

5.2C: Пошаговые процедуры — Chemistry LibreTexts

Кипение, но температура не повышается / Как изолировать

Для студентов-новичков, изучающих органическую химию, нередко ожидать повышения температуры на градуснике в тот самый момент, когда в перегонной колбе наблюдается кипение. Студенты должны помнить, что термометр измеряет температуру в месте расположения колбы, на некотором расстоянии от кипящей жидкости. Поэтому, когда раствор начинает кипеть, термометру может потребоваться некоторое время, чтобы зарегистрировать что-либо, кроме комнатной температуры.

Важно записывать температуру только тогда, когда колба термометра полностью поглощена парами. На рис. 5.31a показан раствор, который кипит, но еще не перегоняется — температура в этой точке не соответствует точке кипения жидкости. На рис. 5.31b показан раствор, который активно перегоняется, и обратите внимание, что груша термометра полностью покрыта парами и конденсатом; температура в этой точке будет соответствовать температуре кипения раствора.

Для высококипящих жидкостей парам может быть трудно достичь конденсатора, поскольку они слишком быстро охлаждаются стеклянной посудой, которая контактирует с воздухом в помещении. Может оказаться полезным изолировать колбу для перегонки и трехходовой адаптер, чтобы лучше удерживать тепло и позволить пробе дольше оставаться в газовой фазе.

Чтобы изолировать часть дистилляции, оберните детали перед конденсатором стекловолокном (Рисунок 5.32c), затем закрепите внешней оберткой из алюминиевой фольги (Рисунок 5.32d). В изоляции можно оставить небольшой зазор, чтобы «заглянуть» внутрь устройства. Стекловата по внешнему виду похожа на хлопок, но в отличие от хлопка не горючая, поэтому ее можно использовать в качестве изоляционного материала при нагревании устройства. Стекловата бывает двух видов: волокнистая и хлопковая. Волокнистая форма (рис. 5.32a) имеет крошечные волокна, которые могут врастать в кожу самым болезненным образом, подобно нескольким одновременным разрезам бумаги.С этим типом стекловаты нельзя манипулировать голыми руками, а только в толстых перчатках. Однако стекловата, более напоминающая вату (рис. 5.32b), не повредит при обращении с ней голыми руками.

Если стекловата недоступна, алюминиевую фольгу можно использовать отдельно, чтобы изолировать часть дистилляции. Если фольга слишком плотно прилегает к стеклу, она не будет иметь хорошей теплоизоляции, но хорошо работает, если между фольгой и стеклом остается небольшой воздушный карман.\ text {o} \ text {C} \ right) \) и перегонка по-прежнему затруднена, можно попробовать вакуумную перегонку.

Пар выходит из вакуумного адаптера

Если пар выходит из вакуумного адаптера, как из чайника, конденсатор не выполняет достаточную работу по улавливанию газа (рис. 5.33). Причины этого могут заключаться в том, что вы забыли включить воду в конденсаторе, слишком слабая струя воды или слишком сильный нагрев.