A jég stabilitásának növelése plusz hőmérsékleten
Helló A nevem Sergey. Saját vagyok a jégkomplexum Vinnitsa-ban (Ukrajna). Érdeklődöm, vagy esetleg megnövelem a jég stabilitását plusz hőmérsékleten további energiaköltségek nélkül. Nagyon drága a nyáron tartani a jeget. Olvastam a metánról szóló cikkeket a vízben, a fehérjemolekulákban és a nehézvíz D2O-ban. Nem tudom, hogyan kell ezt a gyakorlatba helyezni.
A természetben 14 jégmódosítás van. Azonban, az összes, de a számunkra ismerős jég kristályosodik a hexagonális rendszerű, és a kijelölt a jég feltételek I. alakult egzotikus - nagyon alacsony hőmérsékleten (mintegy -110 150 0 C) és a nagy nyomás, amikor a szögek a hidrogénkötések a vízmolekula és formáját a változás rendszer, kivéve a hatszögletűeket. Az ilyen körülmények kozmikusak, és nem fordulnak elő a Földön. Például, alatti hőmérsékleten -110 ° C-on a vízgőz esik a fémlemez formájában oktaéder és kocka néhány nanométer - az úgynevezett köbös jég. Ha a hőmérséklet kissé meghaladja a -110 ° C-ot, és a gőz koncentrációja nagyon kicsi, a lemezen rendkívül sűrű amorf jégréteg keletkezik.
Természetes jég általában sokkal tisztább, mint a víz, mert Az anyagok oldékonysága (NH4F kivételével) jégben rendkívül alacsony. De a jég II ellenkezőleg csak nyomnyi mennyiségű gáz jelenlétében stabilizálódik; Tiszta formájában senki nem kapta meg az instabilitása miatt. Ha például a nyomást héliummal hozza létre, szükségszerűen feloldódik a fagyasztó vízben. Arról van szó, hogy az argon egy másik inert gáz, amely alkalmas erre a helyiségben való alkalmazásra - ezenkívül jéggel szilárd megoldásokat is képes létrehozni. Azonban senki sem tanulmányozta kifejezetten ilyen klatrát jégvegyületeket nemesgázokkal.
A Ice II a III. Jég és a IX jég fázisdiagramán helyezkedik el. A protonok sorrendjében különböznek egymástól, az oxigénváz ugyanabban van: spirálok egy molekula vízből, mintha a víz más molekuláiból tengelyre feszülnének. Ha egy proton valószínűsége egy adott hely elfoglalásához megegyezik, akkor a jég rendellenes lesz.
A kristályos jég állapotának diagramja
Azonban az egzotikus jégekkel végzett kísérletek általában a szárazjég, a folyékony nitrogén és még a hélium hőmérsékletének hűtésére, valamint a több ezer atmoszféra nyomására gyakorolt nyomással járnak. Az eredmények általános elképzelése az ábrán látható, amely a kristályos jég állapotának diagramját mutatja.
Sok magas nyomású jég tárolható normál nyomáson. Ehhez folyékony nitrogénben lehűtik, majd a nyomás felszabadul. Az ilyen keményített jégen alapkutatásra került sor. Azt mutatták, hogy szerkezete nagyon változatos.
Az első nagynyomású jég, a II. Jég szerkezetét az e területen végzett kutatás kezdetén határozták meg, amikor az első nagy teljesítményű röntgendiffrakciós készülékek 1964-ben jelentek meg. Mint kiderült, ez a jég üreges oszlopokból áll, amelyeket hatrészes hullámosított gyűrűk alkotnak. Minden oszlopot hat ugyanazon oszlop veszi körül, amelyek az időszak egyharmadára vannak eltolva. Ennek a jégnek a szerkezete akkor nyerhető el, ha az Ih méhsejt egy része szétesik, és a maradék méhsejteket összekötő tracer keretekké alakul. Ebben az esetben a hatszögletű csatornák mérete nagymértékben megnő - a legszélesebb csatornákkal rendelkező II jég, átmérőjük 3. Ilyen csatornákban a hélium, a neon és még a hidrogénmolekulák atomjai is elhelyezhetők.
Nemesgáz hidrátjait, például a II. Jégen alapuló héliumot két módon kaphatjuk meg. Először alkalmazzuk (a hélium légkörében) a 0,28-0,5 GPa nyomást, és hűtsük 250-270K-ra. Habár a III. És az V. jég stabil a diagram ezen részén, jég alapú II hidrátot kapunk. Érdekes, hogy a benne lévő protonok már rendelésre kerültek. (Általában csak akkor rendelik meg, ha a jég már nagyon hűvös.)
Másodszor, lehetséges a hélium feloldódása jéghidegben alacsony hőmérsékleten és 0,3 GPa nyomáson. A hélium megjelenése a kristályrács kiterjedéséhez vezet, majd 180 K-ig történő felmelegedése strukturális átalakuláson megy keresztül.
A készítésének viszonylagos egyszerűsége szilárd oldatok jeges II, valamint a nagy potenciállal mint hidrogéngáz boltozatok (gáz molekula víz hat molekulák) felkeltette a kutatók és a gyakorlati szakemberek: most aktívan tárgyalt a lehetőséget annak alkalmazása a hidrogén energia.
A jég stabilitásának a plusz hőmérsékletek tekintetében sajnálatos módon a jég olvadásának folyamata, azaz a jég olvadása. jégfázis átmeneti folyamat a szilárd állapotából folyékony csökkenését okozza annak szilárdságát, vastagságát és vízszintes mértékben, akár teljes eltűnéséhez a jég, lehetetlen, hogy csökkentsék néhány fizikai-kémiai paraméterek: sótalanító, stb felhasználásával desztillátumot.
Sajnos a jég olvadásának folyamata, azaz jégfázis átmeneti folyamat a szilárd állapotából folyékony csökkenését okozza annak szilárdságát, vastagságát és vízszintes mértékben, akár teljes eltűnéséhez a jég, lehetetlen, hogy csökkentsék néhány fizikai-kémiai paraméterek: sótalanító, stb felhasználásával desztillátumot.
A jég stabilitása többfaktoros jelenség. amely számos tényezőtől függ, amelyeket figyelembe kell venni a számításokban:
HARDNESS ICE. Jég képessége, hogy ellenálljon egy másik test behatolásának, amely nem kap maradék deformációt. Ez a P viselkedési terhelés aránya a kialakított dörzsölő felületére A H = P / S keménység a nyomás nyomásának átlagos értéke. A jég hőmérsékletétől és a terhelés alkalmazásának időtartamától függően (a rövid idő dinamikus keménységnek, hosszú ideig statikus keménységnek felel meg) a H értékei nagyobbak lehetnek, mint egy nagyságrenddel.
ICE TEXTURE. A jégszerkezet sajátossága a levegő, ásványi és szerves zárványok térbeli elhelyezkedése miatt.
A levegő befúvásának engedélyezésével a jég monolitikus (látható zárványok nélkül) és porózus (a zárványokkal, amelyek egységes, laminált és függőleges száleloszlással rendelkezhetnek).
A mérete zárványok jég felosztva: melkopuzyristy (zárványok kisebb, mint 0,2 mm), srednepuzyristy (felvétel 0,2 és 0,5 mm) krupnopuzyristy (felvétel 0,5 és 1,0 mm között), nagy-üreg (befogadás több mint 1,0 mm).
A zárványok formája ovális, cső alakú, elágazó és transzformáló. Eredet szerint a zárványok elsődleges (autogén), másodlagos (xenogén) és törött textúrákra (kataklasztikus) vannak felosztva.
ICE MELTING HŐMÉRSÉKLET. A hőmérséklet, amelynél a jég olvadása állandó külső nyomás mellett történik. A tengeri jég olvadása nem megy bizonyos hőmérsékleten, mint a friss jégben, hanem folyamatosan, attól az időtartamtól kezdve, amikor a hőmérséklet 0 ° C alatt van, egy adott sótartalom tengervízének fagyáspontjáig.
Ábra. a bal oldalon - A hőmérséklet hõmérséklete a jégben, amikor a hõt beadják
1 - 2 - jégfűtés; 2 - 3 - jégolvasztás: 3 - 4 - vízfűtés; jég olvadáspontja.
A jég olvadása atmoszferikus nyomáson 0,01 ° C-os hőmérsékleten történik (a gyakorlati számításoknál 0 ° C-ot veszünk). A hőmennyiséget, amelyet 1 kg jégre kell bejuttatni, amely olvadáspontjában van, a vízbe történő átalakításhoz az Lpl. Olvadáspontjának specifikus hőjét nevezzük. Az édesvízi jég olvadási hőmérséklete normál körülmények között megegyezik a 33,3 · 10 4 J / kg víz kristályosításának meghatározott hőjével.
ICE HŐMÉRSÉKLET VESZTIVITÁS (HŐMÉRSÉKLET VÁLLALKOZÁSI FAKTOR). Paraméter, amely a jéghőmérséklet változását a nem statikus termikus folyamatokban jellemzi. Jéghő diffúziós együttható
ahol Cp - fajhője jég állandó nyomáson, ρ - sűrűsége jég, λ- hővezetési együtthatója, számszerűen egyenlő emelni a hőmérsékletet jeges egységnyi térfogatra eredményeként a hőáram, Cp a megfelelő hővezetési együtthatója.
ICE DEFORMÁCIÓ TENSORJA. Egy jég infinitezimális párhuzamos jeleinek deformációinak sorozata, egy adott pont közelében elszigetelve. Ez egy 2. szimmetrikus tenzor
A jég elem deformált állapotát ismertnek kell tekinteni, ha a jég deformációs tenzor komponensei ismertek.
Az ICE elméleti erõssége. A jég tulajdonsága, amelyet a feszültség számított értéke jellemez, amelynél a szünet felszínén minden interatom kötés egyidejű szakadása megtörténhet. A többi szilárd testhez hasonlóan a becslések szerint 0,1 E, ahol E a fiatal jég modulusa.
Általában a tényleges szilárdsági értékek több nagyságrenddel kisebbek, mint az elméleti értékek. A jég alacsony szilárdságának oka a belső feszültségek egyenetlen eloszlása; Az interatomikus kötések egyenetlenül vannak betöltve, és vannak gyenge pontok a testek atomszerkezetében.
Ha ugyanaz a név külső és belső feszültségét adják hozzá, akkor keletkeznek helyi túlfeszültségek, amelyek elméleti szilárdsági értékeket érhetnek el, ami az interatomikus kötések szakadásához vezet. A struktúra gyenge pontjain nagy helyi feszültségek hatására az interatomikus kötések megszakadása nagyon könnyen megtörténik, így a szervezet folytonosságának megszakadásait generálják. A folyamatosság megszakadásának növekedése és fúziója makroszkopikus repedést jelent, amelynek fejlődése a test elpusztításához vezet. Az elméleti erőt ideálodónak nevezzük az ideális erőnek, a kohéziós erők sűrűségének (vagyis az ugyanazon testrészek molekuláris kölcsönhatásának erői) vagy egyszerűen a kohéziónak, amelyet a párolgás hője (munka) jellemez.
ICE HEAT. A jég egyik alapvető termodinamikai jellemzője, amely tükrözi a jéggel nyert hőmennyiség következtében történő fűtésének mértékét. A gyakorlati számításokban tipikusan egy fajhője jég, ami azt jelenti, ez a hőmennyiség korlátozza, amelyet be kell jelenteni, hogy az egység tömegének jég, hogy növelje a hőmérséklet 1 K fajhője édesvízi jeges csökken a hőmérséklet csökken (2,12 kJ / (kg * K) 0 ° C), 0 ° C-ra nullázva.
Az ICE HŐMŰKÖDTETŐSÉGE (A HŐMÉRSÉKLET HASZNOSÍTÁSA). A hőátadás folyamatának jellemzője egyenetlenül fűtött jégben, ami hőmérséklet-kiegyenlítéshez vezet. A hővezetési tényező a q hőáram-sűrűség és a T hőmérsékleti gradiens között az ismert egyenletbe belépő arányossági tényező
A jég hővezető képessége számszerűen egyenlő a hőáramlási sűrűséggel, az egységnyi távolságonként 1K hőmérséklet-különbség esetén. Ahogy a hőmérséklet csökken, a termikus vezetőképesség növekszik. Az elméleti számítások és számos kísérleti adat alapján, hőmérsékleten
0 ° C, az édesvízi jég hővezető képessége
TERMÁLIS SZENNYEZÉS. A jégtakaró megsemmisülése miatt az olvadás, mivel a levegő hőmérséklete nő. A termikus meghibásodás csökkenti a jég erejét, megváltoztatja szerkezetét és textúráját, csökkenti a vízszintes méreteket stb.
Külső megnyilvánulásainak termikus megsemmisítése a jégtakaró törés és zúzás jég által rögzített következő kifejezések a megjelenésük: a dátum a tavasz kezdetén szünet (a nap, amikor volt egy kiugrás a gyors jég, nap az első jelei olvadás és csökkentése erejét); napján az első rugó tolja forrasz (nap, amikor a látható terület forrasz (kivéve a talpon), boncolt nagyszámú repedések, tapasztalt vízszintes helyzetbe, miközben a relatív pozíciója a jégtömbök nyúlnak a végső pusztulás forrasz (nap történt romlás gyors jégtömbök jég , amelyek egymáshoz képest eltolódtak, ezáltal csökkentve a jégkoéziót).
HÁZAK A JCE PATHÁBAN. A jégtakaró folytonosságának zavarai, azaz az a zóna, ahol a kristályrács ionjai és atomjai közötti kölcsönhatás a különböző oldalakon megszűnik. A törés vagy törés következtében kialakult, a jég erejének, tömörítésének, hajlításának és nyírásának a túllépése miatt. A jégtakaró repedései genetikai és morfológiai jellemzőkkel vannak felosztva.
A morfológiai jellemzők szerint a repedések a következő fajokra oszthatók.
A alakja szempontjából a Strike - egyenes (egyenes, kúpos, hornyolt), hajlított (ívelt, en Echelon, körkörös), törött (cikkcakkos, szinuszos, cikloid).
A repedések vágott éleinek formája sima, egyenetlen, szaggatott.
Hosszúságon belüli blokk (legfeljebb 5 km hosszú), interblokk (legfeljebb 100 km hosszú), fő (több száz kilométer hosszúságú).
A nyitó-keskeny (5 m-es szélesség), a közepes (szélesség 5 és 15 m), széles (legfeljebb 50 m széles) méret.
A behatolás mélysége - ásítás, bontatlan.
Az ICE TERMOPHYSIS (TERMÁLIS) TULAJDONSÁGAI. Az 1. táblázat a jég tulajdonságait határozza meg, amelyek meghatározzák a hőátadás feltételeit és a jéghőmérsékletet.
1. táblázat
Az édesvízi jég termofizikai tulajdonságai
A jég szublimációjának (szublimációjának) fajlagos hője megegyezik a jég olvadási hőjének és a víz párolgásának specifikus hőjének összegével; 0 ° C-on Loz = 33,3 · 10 4 + 250 · 10 4 = 283,3 · 10 4 J / kg.
A jég λ hõvezetõképességének együtthatója átlagosan 2,24 W / (m · ° C). A növekvő hőmérséklet mellett a λ csekély mértékben és lineárisan csökken.
A jég fajlagos hőteljesítményét BP Weinberg képletével számítjuk ki:
c = 2,12 (1 + 0,0037 t).
Figyelembe véve, hogy a t = 0 ° C hőmérsékletű jeges ρ = sűrűsége 917 kg / m 3, és a fajhője a c = 2,12 kJ / (kg · ° C), megkapjuk a hőtágulási együtthatója jeges normál körülmények a = λ / (cρ ) = 2,24 / (2,12 * 917) = 4,1 ± 10 -3 m 2 / h. A csökkenõ hõmérséklet mellett az együttható szignifikánsan növekszik, mivel ebben az esetben a λ nem csak növeli, hanem csökkenti a c értékét:
a = 4,1 (1 - 0,0063 t) 10-3
A tengeri jég olvadás (kristályosodás) fajlagos hője nagymértékben függ a sótartalmától.
Az ICE ELASTICITY MODULE a kompresszió, nyújtás és hajlítás alatt függ a jég hőmérsékletétől és szerkezetétől, és nagyon széles tartományon belül változik: 0,12 · 10 10 és 1 · 10 10 Pa között. Összenyomás esetén feltételezhetően átlagosan 0,9 ± 10 10 Pa. A rugalmas modulus lineárisan csökken a hőmérséklet növekedésével.
Az ICE SHIFT MODU G, valamint az E rugalmassági modulus a jég hőmérsékletétől és szerkezetétől függ, de nem változik ilyen nagy tartományban. Átlagosan 3 · 10 9 Pa lehet.
A jég szilárdságát, az úgynevezett ideiglenes jégellenállást, a stresszállapot különböző körülményei között és 0 ° C-ot megközelítő hőmérsékleten a táblázatban adjuk meg. Ahogy a hőmérséklet csökken, a jég ereje növekszik, és a felhasznált víz sótartalmának növekedésével csökken.
2. táblázat
A jég végső erejének értékei, Pa
Így, mivel a javaslatok fizikai és kémiai paraméterei csak tanácsot adni használni, hogy töltse ki a jégpálya ioncserélt vagy desztillált vizet, vagy hogy egy hatékonyabb hűtési rendszer, például használjuk itt, Moszkvában, hogy hozzon létre egy nyári jégpálya a Vörös téren.
A jégmélység megteremtésének technológiájával kapcsolatban számos fő szakasz áll:
1. Olyan kritériumok meghatározása, amelyek biztosítják a jég termelését meghatározott fizikai és mechanikai tulajdonságokkal egy adott sport számára.
2. A jégtakaró fizikai modelljének kialakítása egy adott sport számára.
3. A jég felső megújuló felszíni rétegére vonatkozó pontossági módszerek kifejlesztése.
4. Módszerek kidolgozása a jégmasztium kialakítására adott fizikai és mechanikai tulajdonságokkal, elsősorban:
a víz összetételére vonatkozó követelmények meghatározása, tisztításának mértéke, a fagyáspont leeresztéséhez hozzájáruló szennyeződések hiánya;
az alkalmazási módszerek megalapozottsága és az egyes öntött jégrétegek optimális vastagsága;
meghatározza az alkalmazott réteg hőmérsékletváltozásának sorrendjét;
az egyes rétegek kémiai összetételének meghatározása;
figyelembe véve a légkör paramétereit.
Mindezek a tényezők alkotják a technológiai jég hegység töltési rendszer egy adott sport: rendkívül nehéz korcsolyázók, puha, rugalmas és rezheliruyuschego a korcsolyázók, tartós és törési szívósság a játékosok, stb A folyamatábra tartalmazza műveletek technikai fejlődés, valamint a fő szintező repedések és törések miatt mikrorepedések elkerülhetetlenül mert a különbség a térfogati hőtágulási együtthatók.