Рассчитать скорость таяния льда

Содержание

Расчет тепла, расходуемого на таяние ледяного покрова
Рассчитать скорость таяния льда
Лед тает

Расчет тепла, расходуемого на таяние ледяного покрова

1. Начальная температура льда Т_н = –15ºС.

2. Толщина льда h = 0,75 м.

3. Плотность льда ρ_л = 916 кг/м 3 .

4. Площадь зеркала водоема F = 1,3 км 2 .

1. Определить количество тепла, затрачиваемого на прогрев льда до 0ºС.

2. Определить полное количество тепла, затрачиваемого на таяние льда в водоеме.

№ вари- анта	Т_н, ºС	h, м	ρ_л, кг/м 3	F, км 2	С_р, удельная теплоемкость воды, Дж/(кг∙К)
–15	0,75	1,3
–10	1,0
–9	1,5
–8	1,8
–7	2,0
–6	2,1
–5	2,2
–4	2,4

Решение.

Определяем затраты тепла па прогрев льда от Т_н = –15ºС до Т_к = 0ºС. На единицу поверхности (на м 2 ) они составят:

Здесь С_р – удельная теплоемкость воды, равная 2100 Дж/(кг∙К).

Затраты тепла на прогрев льда на всей площади водоема:

Д_п = –21,64∙10 6 ∙1,3∙10 6 = –28,1∙10 12 Дж

(множитель 10 6 – коэффициент перехода от квадратных километров к квадратным метрам).

Затраты тепла на таяние льда, имеющего температуру 0ºС, в расчете на единицу поверхности:

На всю площадь водоема они составят:

Д_п= –228,8∙10 6 ∙1,3∙10 6 = –297,4∙10 12 Дж.

Общее количество тепла, затрачиваемое на таяние льда, складывается из затрат тепла на прогрев льда до 0ºС и затрат тепла на таяние льда, имеющего температуру 0ºС, т. е.:

Д = (–28,1∙10 12 ) + (–297,4∙10 12 ) = –325,5∙10 12 Дж.

Расчет притока и стока тепла на участке реки без притоков

№ вари- анта	Т_в, ºС	Т_гр, ºС	S_атм, Вт/м 2	S_дно, Вт/м 2	F, км 2	Q_в, м 3 /с	Q_н, м 3 /с
8,1	6,1	–9
–8
–7
–8
7,7	–6
6,5	–8
5,9	–7
5,7	–9

Исходные данные:

1. В верхнем створе участка реки температура воды T = 8,1ºС.

2. Расход воды в верхнем створе Q_в = 270 м 3 /с.

3. Расход воды в нижнем створе Q_н = 279 м 3 /с.

4. Температура грунтовых вод Т_гр = 6,1ºС.

5. Площадь зеркала воды между створами F = 3 км 2 .

6. Теплообмен с атмосферой S_атм = 215 Вт/м 2 .

7. Теплообмен с грунтом дна S_дно = –9 Вт/м 2 .

8. Удельная теплоёмкость воды 4,19кДж/(кг∙К)

Требуется определить количество тепла, выносимого с участка реки, и температуру воды в нижнем створе.

Пример решения.

Вычислим количество тепла, поступающего с русловыми водами через верхний створ:

S_в = (4,19∙270∙8,1)/3 = 3054 Вт/м 2 .

Определим количество тепла, поступающего с грунтовыми водами.

Расход грунтовых вод Q_гp равен разности расходов воды в верхнем и нижнем створах, т. е.:

Q_гр = Q_ниж – Q_вер = 279 – 270 = 9 м 3 /с.

(испарением с водной поверхности пренебрегаем).

Зная расход и температуру грунтовых вод находим:

Количество тепла S, уносимого рекой со стоком воды с расчетного участка, определим по уравнению теплового баланса, которое для рассматриваемого случая имеет вид:

Подставив в это уравнение значения входящих в него величин с учетом знака, определяющего направление потока, найдем:

S= 215 + 3054 + 77 – 9 = 3337 Вт/м 2 .

Температуру воды в нижнем створе рассчитаем по формуле:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Эдельштейн К.К. Гидрология материков: Учеб. для вузов. – М.: Академия, 2005. – 302с.

2. Михайлов В.Н. Гидрология: Учеб. для вузов / МГУ им. М.В. Ломоносова. – М.: Высшая школа, 2005. – 462с.

3. Гидрология: Пособие к практ. занятиям / Авт.–сост. Ю.В.Новицкий; Новгород. гос. ун–т им. Ярослава Мудрого. – Новгород, 1997. – 52 с.

4. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. – М.: Высш. шк., 1991. – 368 с.

5. Богославский Б.Б., Самохин А.А. Общая гидрология. – Л., 1984. – 422 с.

6. Чеботарев А.И. Общая гидрология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975. – 544 с.

7. Великанов М.А. Гидрология суши. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – 310 с.

8. Линслей Р.К., Колер М.А., Паулюс Д.Л.Х. Прикладная гидрология. – Л.: Гидрометиздат, 1992. – 759 с.

9. Гавич И.К., Лучшева А.А. Семенова–Ерофеева С.М. Сборник задач по общей гидрогеологии: Учеб. пособие для вузов. – М.: Недра, 1985. – 412 с.

10. Гидрология суши / Соломенцев Н.А. и др. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 448 с.

11. Руководство к практическим занятиям по гидрогеологии / П.Б. Гордеев, В.А. Шемелина, О.К. Шулякова. – М.: Высш. шк., 1981. – 150 с.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.008 сек.)

Источник

Рассчитать скорость таяния льда

Если бы Антон хотел выяснить, зависит ли скорость таяния льда от того, как долго его замораживали в морозильнике, с помощью какого опыта он мог бы это сделать?

Опиши этот опыт.

Антон решил дома провести опыт с таянием льда. Для этого он взял два одинаковых кусочка льда, которые приготовил в морозильнике с помощью специальной ячеистой формы для льда. Один кусочек он положил на стеклянное блюдце и поставил блюдце на стол, а другой – на деревянную дощечку и положил её на стол рядом блюдцем

Сравни условия таяния льда на блюдце и деревянной дощечке в описанном опыте. Подчеркни в каждой строке одно из выделенных слов.

Размеры кусочков льда: одинаковые / различные

Температура окружающего воздуха для обоих кусочков льда: одинаковая / различная

Материал, на котором лежат кусочки льда: одинаковый / различный

Размеры кусочков льда:

Температура окружающего воздуха для обоих кусочков льда:

Материал, на котором лежат кусочки льда:

Для выполнения данного задания нужно внимательно прочитать условия опыта и найти в них правильный ответ.

Антон решил дома провести опыт с таянием льда. Для этого он взял два одинаковых кусочка льда, которые приготовил в морозильнике с помощью специальной ячеистой формы для льда. Один кусочек он положил на стеклянное блюдце и поставил блюдце на стол, а другой — на деревянную дощечку и положил её на стол рядом блюдцем.

Ответ: Размеры кусочков льда одинаковые. Температура окружающего воздуха для обоих кусочков льда одинаковая. Материал, на котором лежат кусочки льда, различный.

Какие измерения и сравнения надо сделать Антону, чтобы определить, влияет ли материал, на котором лежит лёд, на скорость его таяния?

Чтобы определить, влияет ли материал, на котором лежит лёд, на скорость его таяния, Антону надо измерить время до полного таяния каждого кусочка льда и сравнить полученные величины.

Опиши этот опыт.

Нужно приготовить кусочки льда из пресной воды, а через некоторое время (например, неделю) приготовить ещё несколько кусочков льда. После этого нужно достать из морозильника по одному кусочку льда из первой и второй партий, положить их на одинаковые поверхности рядом друг с другом и сравнить время до полного таяния каждого из них.

Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
В описании опыта не отражены / неверно отражены различия в условиях проращивания семян (в одном из стаканов должна быть земля, в другом нет). ИЛИ Описание опыта не приведено	0
В описании опыта верно отражены только различия в условиях проращивания семян (в одном из стаканов должна быть земля, в другом нет)	1
В описании опыта верно отражены: — различия в условиях проращивания семян (в одном из стаканов должна быть земля, в другом нет); Источник Лед тает В этой статье блога Вольных Ледорубов речь пойдет о природе таяния льда. Почему лед тает, каким образом, при каких условиях и с какой скоростью? Как известно, вода в окружающей нас среде находится в трех ипостасях – в виде жидкости, в виде пара, и в виде твердого тела (иначе говоря, льда), при этом вода может свободно переходить из твердого агрегатного состояния в жидкое, из жидкого в газообразное, и наоборот, всегда возвращаясь к исходным свойствам. Нуль градусов по шкале Цельсия (0°С), при условии нормального атмосферного давления в 1 атмосферу (760 мм ртутного столба), является температурным значением фазового перехода воды из жидкого состояния в твердое (кристаллы льда) и, наоборот, из твердого в жидкое. Получается, что при постоянной нулевой температуре вода может быть как льдом, так и жидкостью, а вопрос кристаллизации или таяния заключается лишь в том, в какой начальной фазе состоит вода и какое на нее оказывается воздействие. В этой температурной точке лед продолжает оставаться льдом, а жидкость – жидкостью, если, соответственно, температура окружающего воздуха не поднимется выше нулевой отметки или не опустится ниже нее. В противном случае происходит теплообмен. То есть, нагревание льда при нуле градусов приводит к тому, что его температура уже не повышается – затраченное тепло уходит на разрушение кристаллической структуры льда, а после того, как весь лед растает и станет жидкостью, дальнейшее нагревание обусловит повышение температуры воды. В процессе замерзания дело обстоит ровно наоборот – с понижением окружающей температуры ниже нуля вода кристаллизуется, высвобождая при этом то количество энергии (тепла), которое необходимо для таяния того же объема льда. Удельная теплота плавления льда достаточно высокая и равна 335 кДж/кг (килоджоулей/килограмм); если сравнить с другими веществами, то у свинца, например, она составляет только 25 кДж/кг, у золота – 66.2, у серебра – 105, у железа – 277. Чтобы было более понятно, скажем, что для превращения 1 кг снега или льда в воду, требуется столько же энергии, сколько необходимо для нагревания 1 литра воды до температуры 80°С . Поэтому, не стоит удивляться тому, что с наступлением весны в затененных участках подолгу может лежать и не таять снег. Если бы лед имел низкую удельную теплоту плавления, он таял бы еще быстрее обычного, а вода в реках и водоемах замерзала бы с наступлением заморозков. Говоря о таянии льда или кристаллизации жидкой воды, стоит учесть некоторые существенные факторы, влияющие на эти процессы. Как было уже отмечено, и для первого, и для второго фазового перехода важным условием является давление. Для большинства веществ характерно то, что при фазовом переходе увеличение давления способствует увеличению температуры нагревания. Высокое давление приводит к тому, что атомы вещества начинают уплотняться, соответственно кристаллическая решетка сжимается, следовательно, на ее разрушение требуется больше энергии. Однако в случае с водой зависимость температуры от давления выглядит иначе. Вода, замерзая, превращается в твердое тело (лед), но в отличие от многих веществ, при затвердевании она не уменьшается, а, наоборот, увеличивается в объеме примерно на 9%. Плотность льда меньше плотности воды в жидком виде, при 0°С у льда она составляет 916.7 кг/м3, а у воды – 999.8 кг/м3 (вот почему лед и не тонет в воде), а значит, увеличение давления способствует ускорению перехода воды из твердого состояния в жидкое, что в свою очередь приводит к снижению температуры плавления льда. Например, чтобы снизить температуру плавления льда на 1°С нужно увеличить давление боле чем на 100 кгс/см2 (килограмм-сила/кв.см) или 10 МПа (мегапаскалей). Зависимость температуры плавления льда от давления Наглядно зависимость температуры плавления льда от давления можно увидеть на опыте. Через ледяной блок перекидывается нейлоновая нить, а к концам нити привязываются грузы; под давлением нити лед подтаивает, нить опускается, а образовавшаяся вода следом за нитью обратно замерзает. Таким образом, нить постепенно проходит сквозь лед, а сам ледяной блок в то же время остается целым. Важным условием для образования льда является содержание в воде мельчайших взвесей, которые будут в данном случае являться ядрами ледяных кристаллов (о формировании ледяных кристаллов Вы также можете прочесть в статье « Микроледяные скульптуры »). Дистиллированная же вода, очищенная от всяких примесей, может оставаться жидкостью и при отрицательной температуре, так как молекулам воды не за что будет зацепиться, чтобы создать кристаллическую решетку, но только в том случае, когда на воду не оказывается воздействие. А если же, к примеру, в сосуд с очищенной водой бросить кусок льда или бутылку с дистиллятом встряхнуть, процесс кристаллизации будет мгновенным, и за несколько секунд вода превратится в лед, благодаря пузырькам воздуха, микрочастицам, попавшим в воду, неровностям на поверхности сосуда. Дистиллированная вода находясь на больших высотах в виде мельчайших капелек не замерзает даже при очень низких температурах, от -30 °С и ниже. На фазовые переходы воды влияет также степень ее солености. Морская вода, в отличие от пресной, замерзает всегда при температуре ниже 0°С. Различие температур ее замерзания зависит от концентрации в ней солей, например, при 20%-ной солености температура замерзания составляет около -1°С, а при 40%-ной – чуть выше 2°С. Концентрация соли снижает и температуру плавления льда. Мы часто с вами видели, как заледенелые проезжие части и пешеходные дорожки посыпали солью. Так вот, соль соединяясь с крупинками верхнего слоя льда, благодаря механическому воздействию, оказываемому нашими ногами и колесами автотранспорта, а также солнечным лучам и ветру, вызывающим подтаивание ледяной корки, образует своего рода смесь. Температура плавления смесей всегда ниже, чем температура плавления отдельных веществ, поэтому лед на дорогах начинает таять незамедлительно. При таянии образуется соленый водный раствор, который помогает растопить лед дальше. Источник Читайте также: Поезд сквозь снег когда выйдет Оцените статью Search for: Свежие записи Ехать ли в Крым зимой? Как бороться с аллергией зимой? Из-за чего страдают комнатные розы зимой? Грибы на зиму, рецепты приготовления через мясорубку Согревающие средства зимой Вам также может понравиться Грибы на зиму, рецепты приготовления через мясорубку Любители оригинальных закусок то и дело ищут новые Согревающие средства зимой Согревающие средства необходимо использовать в холодные дни! 30 дел, которые нужно успеть сделать этой зимой Зима – это совсем не повод для уныния, и нужно провести Как подготовить пластиковые окна к зиме У вас в доме или квартире пластиковые окна, и вы хотите 4 момента которые важно учитывать при вождении зимой С приходом зимы наступают сильные морозы. Какие щетки стеклоочистителя лучше зимой При всей внешней примитивности, щётки стеклоочистителей 12 лайфхаков, которые помогут пережить зимние холода Морозы, ледяной ветер, оттепели, гололед существенно Яхтсмен гоняющий по льду 7 букв Что делать яхтсмену зимой? Кататься на кайте по льду! Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты © 2023

Критерии оценивания выполнения задания

Баллы

В описании опыта не отражены / неверно отражены различия в условиях проращивания семян (в одном из стаканов должна быть земля, в другом нет).

ИЛИ Описание опыта не приведено

В описании опыта верно отражены только различия в условиях проращивания семян (в одном из стаканов должна быть земля, в другом нет)

В описании опыта верно отражены:

— различия в условиях проращивания семян (в одном из стаканов должна быть земля, в другом нет);

Источник

Лед тает

В этой статье блога Вольных Ледорубов речь пойдет о природе таяния льда. Почему лед тает, каким образом, при каких условиях и с какой скоростью?

Как известно, вода в окружающей нас среде находится в трех ипостасях – в виде жидкости, в виде пара, и в виде твердого тела (иначе говоря, льда), при этом вода может свободно переходить из твердого агрегатного состояния в жидкое, из жидкого в газообразное, и наоборот, всегда возвращаясь к исходным свойствам.

Нуль градусов по шкале Цельсия (0°С), при условии нормального атмосферного давления в 1 атмосферу (760 мм ртутного столба), является температурным значением фазового перехода воды из жидкого состояния в твердое (кристаллы льда) и, наоборот, из твердого в жидкое. Получается, что при постоянной нулевой температуре вода может быть как льдом, так и жидкостью, а вопрос кристаллизации или таяния заключается лишь в том, в какой начальной фазе состоит вода и какое на нее оказывается воздействие. В этой температурной точке лед продолжает оставаться льдом, а жидкость – жидкостью, если, соответственно, температура окружающего воздуха не поднимется выше нулевой отметки или не опустится ниже нее. В противном случае происходит теплообмен. То есть, нагревание льда при нуле градусов приводит к тому, что его температура уже не повышается – затраченное тепло уходит на разрушение кристаллической структуры льда, а после того, как весь лед растает и станет жидкостью, дальнейшее нагревание обусловит повышение температуры воды. В процессе замерзания дело обстоит ровно наоборот – с понижением окружающей температуры ниже нуля вода кристаллизуется, высвобождая при этом то количество энергии (тепла), которое необходимо для таяния того же объема льда.

Удельная теплота плавления льда достаточно высокая и равна 335 кДж/кг (килоджоулей/килограмм); если сравнить с другими веществами, то у свинца, например, она составляет только 25 кДж/кг, у золота – 66.2, у серебра – 105, у железа – 277. Чтобы было более понятно, скажем, что для превращения 1 кг снега или льда в воду, требуется столько же энергии, сколько необходимо для нагревания 1 литра воды до температуры 80°С . Поэтому, не стоит удивляться тому, что с наступлением весны в затененных участках подолгу может лежать и не таять снег. Если бы лед имел низкую удельную теплоту плавления, он таял бы еще быстрее обычного, а вода в реках и водоемах замерзала бы с наступлением заморозков.

Говоря о таянии льда или кристаллизации жидкой воды, стоит учесть некоторые существенные факторы, влияющие на эти процессы.
Как было уже отмечено, и для первого, и для второго фазового перехода важным условием является давление. Для большинства веществ характерно то, что при фазовом переходе увеличение давления способствует увеличению температуры нагревания. Высокое давление приводит к тому, что атомы вещества начинают уплотняться, соответственно кристаллическая решетка сжимается, следовательно, на ее разрушение требуется больше энергии. Однако в случае с водой зависимость температуры от давления выглядит иначе. Вода, замерзая, превращается в твердое тело (лед), но в отличие от многих веществ, при затвердевании она не уменьшается, а, наоборот, увеличивается в объеме примерно на 9%. Плотность льда меньше плотности воды в жидком виде, при 0°С у льда она составляет 916.7 кг/м3, а у воды – 999.8 кг/м3 (вот почему лед и не тонет в воде), а значит, увеличение давления способствует ускорению перехода воды из твердого состояния в жидкое, что в свою очередь приводит к снижению температуры плавления льда. Например, чтобы снизить температуру плавления льда на 1°С нужно увеличить давление боле чем на 100 кгс/см2 (килограмм-сила/кв.см) или 10 МПа (мегапаскалей).

Зависимость температуры плавления льда от давления

Наглядно зависимость температуры плавления льда от давления можно увидеть на опыте. Через ледяной блок перекидывается нейлоновая нить, а к концам нити привязываются грузы; под давлением нити лед подтаивает, нить опускается, а образовавшаяся вода следом за нитью обратно замерзает. Таким образом, нить постепенно проходит сквозь лед, а сам ледяной блок в то же время остается целым.

Важным условием для образования льда является содержание в воде мельчайших взвесей, которые будут в данном случае являться ядрами ледяных кристаллов (о формировании ледяных кристаллов Вы также можете прочесть в статье « Микроледяные скульптуры »).

Дистиллированная же вода, очищенная от всяких примесей, может оставаться жидкостью и при отрицательной температуре, так как молекулам воды не за что будет зацепиться, чтобы создать кристаллическую решетку, но только в том случае, когда на воду не оказывается воздействие. А если же, к примеру, в сосуд с очищенной водой бросить кусок льда или бутылку с дистиллятом встряхнуть, процесс кристаллизации будет мгновенным, и за несколько секунд вода превратится в лед, благодаря пузырькам воздуха, микрочастицам, попавшим в воду, неровностям на поверхности сосуда.

Дистиллированная вода находясь на больших высотах в виде мельчайших капелек не замерзает даже при очень низких температурах, от -30 °С и ниже.
На фазовые переходы воды влияет также степень ее солености. Морская вода, в отличие от пресной, замерзает всегда при температуре ниже 0°С. Различие температур ее замерзания зависит от концентрации в ней солей, например, при 20%-ной солености температура замерзания составляет около -1°С, а при 40%-ной – чуть выше 2°С.
Концентрация соли снижает и температуру плавления льда. Мы часто с вами видели, как заледенелые проезжие части и пешеходные дорожки посыпали солью. Так вот, соль соединяясь с крупинками верхнего слоя льда, благодаря механическому воздействию, оказываемому нашими ногами и колесами автотранспорта, а также солнечным лучам и ветру, вызывающим подтаивание ледяной корки, образует своего рода смесь. Температура плавления смесей всегда ниже, чем температура плавления отдельных веществ, поэтому лед на дорогах начинает таять незамедлительно. При таянии образуется соленый водный раствор, который помогает растопить лед дальше.

Источник