Откуда появляется кинетическая энергия при замерзании воды

Сообщение №62784 от burdenko 08 октября 2010 г. 20:47
Тема: Откуда появляется кинетическая энергия при замерзании воды

Всем известен цикл Карно, когда при переходе теплоты от более горячего тела к более холодному совершается работа.
Если у 1 литра воды забрать 332кДж, например с помощью теплового насоса, вода перейдет в твердое состояние, лед.
При этом объем увеличится на 9 %.
Увеличение объема всегда можно перевести в полезную работу.
Откуда берется эта полезная работа?

Получается что работа совершается при переходе тепла от более холодному к более горячему, а не наоборот.
И самое интересное что ту теплоту, которую мы забрали, всегда можно вернуть назад.


Отклики на это сообщение:

> Увеличение объема всегда можно перевести в полезную работу.
> Откуда берется эта полезная работа?

Меньше тепла заберёшь при замораживании.


> Всем известен цикл Карно, когда при переходе теплоты от более горячего тела к более холодному совершается работа.
> Если у 1 литра воды забрать 332кДж, например с помощью теплового насоса, вода перейдет в твердое состояние, лед.
> При этом объем увеличится на 9 %.
> Увеличение объема всегда можно перевести в полезную работу.
> Откуда берется эта полезная работа?

> Получается что работа совершается при переходе тепла от более холодному к более горячему, а не наоборот.
> И самое интересное что ту теплоту, которую мы забрали, всегда можно вернуть назад.

Вопрос очень интересный. Действительно, при кристаллизации выделяется тепло, да, к тому же, дополнительно может быть произведена работа при расширении воды. Правда, это не означает совершения работы при переходе от более холодного к более горячему. Ваш насос должен отбирать тепло кристаллизации, чтобы обеспечить фазовый переход, а значит рабочее тело должно быть при меньшей температуре, или иметь иное парциальное давление паров, как в опыте с кислотой и водой. НО сам факт, что при кристаллизации воды происходит разуплотнение вещества - интересен и, насколько я знаю, мало изучен. Все увлеклись термодинамическими потенциалами, а более всего - энтропией, и вообще отодвинули на задний план изучение физических процессов, улетев в область информационный и хаосовых фантазий. В принципе, это беда не только термодинамики, но и физики в целом. Если же решить без фантазий, а главное, на метрологически обоснованной экспериментальной базе, поднятую Вами проблему, то можно существенно продвинуться в понимании процесса кристаллизации. Ведь увеличение объёма при кристаллизации характерно не только для воды, но и для галлия, сурьмы, чугуна, висмута. Значит это не исключение, а вполне определённая закономерность.


Знаете я заинтересовался этим вопросом не сразу. Меня подтолкнуло к этому изучение теплового насоса.
Тепловой насос или холодильник (если воспринимать его работу не понижении температуры в морозилке, а повышение температуры на радиаторе) очень полезная вещь.
Количество тепла, выделяемое на радиаторе теплового насоса превышает тепло, которое мы бы получили при простом нагревании электрообогревателем в К раз, где:
К=Твых/(Твых-Твх), где Твых - температура на выходе теплового насоса, на радиаторе, а Твх - температура на входе. Как мы видим этот коэффициент есть ни что иное как обратная величина от кпд тепловой машина Карно. При расчетах коэффициент тепловой машины уменьшается на некую величину от 0,55 до 0,25, это связано с потерями энергии на трении и т.д. при работе самого насоса.
При небольшой разнице температур внешней окружающей среды и нагреваемого помещения мы можем получить тепловой энергии в помещении в десятки раз больше затраченной электроэнергии. Мы не генерируем тепловою энергию из электричества,а просто забираем ее из окружающего пространства.

Казалось бы, вот решение энергетических проблем человечества, забираем тепло из окружающей среды, охлаждая ее, тратим на это в 10-100 раз меньше электроэнергии чем получаем тепловой и полученную тепловую энергию переводим в электрическую. И всем счастье, солнце нас и так нагреет, а мы избавляемся от нехватки электроэнергии.

Но вот незадача, все известные на данный момент преобразования тепловой энергии в электрическую - двигатель стирлинга и ему подобные, сводятся, опять же, к тепловой машине Карно. А это, как вы сами понимаете, обратный процесс тепловому на насосу и кроме потерь энергии мы ничего не получим.
Элементы пельтье, имеют очень низкий КПД даже при высокой разнице температур, максимальное упоминание которое я встречал - около 10%, все остальное ниже.
Мне встречалась статья про элементы пельтье с кпд 50%, в которых был использован, сульфат самария, кому интересно можете погуглить сульфат самария, но статья датируется 2001 годом, а сейчас уже 2010, и тишина.
Так что остаемся мы с тепловой машиной Карно.
Полезную работу мы получаем при переходе теплоты от более теплого тела к более холодному. А при переходе теплоты от более холодному к более теплому мы эту работу тратим.

Так что пример с расширяющейся водой пришелся очень кстати. Вода при охлаждении совершает работу. Причем довольно приличную, все видели как разрывает чугунные батареи, правда расчета полезной работы я так нигде и не нашел. Вообщем остается ряд вопросов.
1. При повышении давления температура замерзания воды падает в среднем на 1 градус каждые 130 атм,
какое давление будет оптимальным, что бы его перевести в полезную работу.
2. Разница в объеме между водой и замерзшим льдоv всего 9% а вот давление, исходя их приведенной ниже диаграммы где-то 3500 тыс атм:

Рис. 4. Зависимость относительного объёма жидкости от давления.
Как это перевести в полезную работу я слабо представляю

Так что кому интересен этот вопрос пишите, было бы очень интересно услышать мнения понимающих людей.


> Всем известен цикл Карно, когда при переходе теплоты от более горячего тела к более холодному совершается работа.
> Если у 1 литра воды забрать 332кДж, например с помощью теплового насоса, вода перейдет в твердое состояние, лед.
> При этом объем увеличится на 9 %.
> Увеличение объема всегда можно перевести в полезную работу.
> Откуда берется эта полезная работа?

> Получается что работа совершается при переходе тепла от более холодному к более горячему, а не наоборот.
> И самое интересное что ту теплоту, которую мы забрали, всегда можно вернуть назад.
По скольку при охлаждении "Электроны" излучают фотоны и приближаются к ядру атома, то шесть кольцевых электронов атома кислорода в молекуле воды, приближаясь к ядру атома , своим электростатическим полем удаляют осевые электроны от ядра. В этом случае расстояние между атомами водорода, расположенными на оси молекулы воды увеличивается. Это главная причина увеличения размеров молекул воды при замерзании.


ха ВРЕАЛЕ ))


> Знаете я заинтересовался этим вопросом не сразу. Меня подтолкнуло к этому изучение теплового насоса.
> Тепловой насос или холодильник (если воспринимать его работу не понижении температуры в морозилке, а повышение температуры на радиаторе) очень полезная вещь.
> Количество тепла, выделяемое на радиаторе теплового насоса превышает тепло, которое мы бы получили при простом нагревании электрообогревателем в К раз, где:
> К=Твых/(Твых-Твх), где Твых - температура на выходе теплового насоса, на радиаторе, а Твх - температура на входе. Как мы видим этот коэффициент есть ни что иное как обратная величина от кпд тепловой машина Карно. При расчетах коэффициент тепловой машины уменьшается на некую величину от 0,55 до 0,25, это связано с потерями энергии на трении и т.д. при работе самого насоса.
> При небольшой разнице температур внешней окружающей среды и нагреваемого помещения мы можем получить тепловой энергии в помещении в десятки раз больше затраченной электроэнергии. Мы не генерируем тепловою энергию из электричества,а просто забираем ее из окружающего пространства.
>
> Казалось бы, вот решение энергетических проблем человечества, забираем тепло из окружающей среды, охлаждая ее, тратим на это в 10-100 раз меньше электроэнергии чем получаем тепловой и полученную тепловую энергию переводим в электрическую. И всем счастье, солнце нас и так нагреет, а мы избавляемся от нехватки электроэнергии.

> Но вот незадача, все известные на данный момент преобразования тепловой энергии в электрическую - двигатель стирлинга и ему подобные, сводятся, опять же, к тепловой машине Карно. А это, как вы сами понимаете, обратный процесс тепловому на насосу и кроме потерь энергии мы ничего не получим.
> Элементы пельтье, имеют очень низкий КПД даже при высокой разнице температур, максимальное упоминание которое я встречал - около 10%, все остальное ниже.
> Мне встречалась статья про элементы пельтье с кпд 50%, в которых был использован, сульфат самария, кому интересно можете погуглить сульфат самария, но статья датируется 2001 годом, а сейчас уже 2010, и тишина.
> Так что остаемся мы с тепловой машиной Карно.
> Полезную работу мы получаем при переходе теплоты от более теплого тела к более холодному. А при переходе теплоты от более холодному к более теплому мы эту работу тратим.
>
> Так что пример с расширяющейся водой пришелся очень кстати. Вода при охлаждении совершает работу. Причем довольно приличную, все видели как разрывает чугунные батареи, правда расчета полезной работы я так нигде и не нашел. Вообщем остается ряд вопросов.
> 1. При повышении давления температура замерзания воды падает в среднем на 1 градус каждые 130 атм,
> какое давление будет оптимальным, что бы его перевести в полезную работу.
> 2. Разница в объеме между водой и замерзшим льдоv всего 9% а вот давление, исходя их приведенной ниже диаграммы где-то 3500 тыс атм:
>
> Рис. 4. Зависимость относительного объёма жидкости от давления.
> Как это перевести в полезную работу я слабо представляю
Ну, например, сделать домкрат и поднять идолов острова Пасхи в вертикальное положение... А то чего-то никто понять не может, как древние умудрились...

> Так что кому интересен этот вопрос пишите, было бы очень интересно услышать мнения понимающих людей.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100