Физические и химические свойства воды, страница 5

Коэффициент сжимаемости воды уменьшается с ростом давления и температуры, а также минерализации. Однако наличие в воде растворенных газов, наоборот, увеличивают коэффициент сжатия. Из-за небольших значений коэффициента сжатия для небольших водоемов коэффициентом сжатия можно пренебречь. Однако для глубоких водоемов вследствие большого столба воды она все-таки сжимается, что приводит к изменению молекулярного строения, изменению температуры наибольшей плотности и замерзания, уменьшению объема. Так, по расчетам Б.Д.Зайкова (1957),если бы вода была несжимаема, то уровень Мирового океана увеличился на 11.10⁶ км³ и уровень его повысился бы на 30 метров, что привело к затоплению большей части Великобритании и многих других стран.

Скорость звука. Из-за малой сжимаемости в воде хорошо распространяются звуковые и ультразвуковые волны. Скорость звука в воде также ведет себя не как все жидкости, когда скорость звука с ростом температуры убывает, а наоборот, возрастает с по параболическому закону. Максимум скорости звука наблюдается при температуре +74⁰С, после чего скорость звука начинается уменьшаться. Скорость звука в воде может быть рассчитана по формуле Уилларда:

                                                               Vv=1557-0.0254(74-t)² ,

Where:  Vv-velocity of sound, m/s; t-temperature of water, ⁰C. 

Теплоемкость. Теплоемкость это количество теплоты, поглощаемое телом при нагревании на 1 градус. Теплоемкость воды сама по себе не аномальна, но в 5-30 раз выше ,чем у других веществ. За единицу теплоемкости принято количество тепла, необходимое для нагревания 1 килограмма дистиллированной воды на 1⁰С  при изменении температуры от 14.5 до 15.5⁰С. Удельная теплоемкость выражается в

кДж/(кг ⁰С). Теплоемкость воды не является постоянной и изменяется в зависимости от температуры и степени минерализации воды (таблица 2).

                                                                                                                   Таблица 2

Удельная теплоемкость дистиллированной воды в зависимости от температуры

Большая теплоемкость воды оказывает влияние на ее изменчивость, как в суточном, так и в многолетнем разрезе. При постоянной температуре с повышением минерализации воды теплоемкость уменьшается. В результате такой закономерности на высокоминерализованных озерах отмечаются более резкие колебания температуры воды по сравнению с водоемами с пресной водой, расположенными в одной и той же природной зоне. Удельная теплоемкость воды превышает теплоемкость подавляющего числа других веществ (исключение составляют литий и древесина). Только аммиак и жидкий водород имеют удельную теплоемкость больше чем вода. Большинство же веществ, в том числе воздух (0.846 кДж/кг град), гранит (0.840 кДж/кг град) и кварц (0.798 кДж/кг град) имеют удельную теплоемкость значительно ниже, чем вода. Поэтому вода в водоеме при одинаковой температуре воздуха и одинаковом притоке тепла от солнечной радиации нагреется в 5 раз меньше, чем сухая песчаная почва вокруг водоема. И во столько же раз вода будет дольше сохранять полученное тепло, чем почва. Поэтому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете.

Теплопроводность. Под теплопроводностью воды понимается количество тепла, переносимого в единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению градиента температуры, когда последний равен единице. Теплопроводность характеризуется либо коэффициентом молекулярной теплопроводности “λ”, когда передача тепла осуществляется молекулами воды при их хаотическом движении, либо коэффициентом турбулентной теплопроводности, когда передача тепла осуществляется большими объемами воды при их турбулентном движении. Общее количество тепла Q, переносимое в результате молекулярной теплопроводности описывается уравнением:

                                              Q= - λ dt/dz                      (   )