В лабораторных условиях были проведены исследования c использованием сырого (неактивированного) и активированного цеолита. <...> К ВОПРОСУ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА
В ПАРОВОДЯНОМ ТРАКТЕ, НАХОДЯЩЕМСЯ ПОД ВАКУУМОМ
Работа связана с изучением перевода пленочной конденсации в капельную в конденсаторах паровых турбин и сравнением теплообмена на обычной и гидрофобной поверхности трубного пучка. <...> При изучении перевода пленочной конденсации в капельную путем гидрофобизации теплообменных поверхностей в пароводяных кожухотрубных теплообменниках, прежде всего
в конденсаторах паровых турбин, необходимо максимально корректное сравнение теплообмена на обычной и гидрофобной поверхностях трубного пучка при прочих равных условиях. <...> Практически на всех существующих и проектируемых реакторах основнымсредством
управления и контроля мощности реактора являются ионизационные камеры, калибровка
показаний которых осуществляется по результатам измерения тепловой мощности реактора
теплофизическими методами. <...> М.Т. Калашникова)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ
ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ СТАЛЕЙ НА ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ
ПРИ ШЛИФОВАНИИ
Особенностью обрабатываемости труднообрабатываемых сталей обычными абразивными
кругами является их плохая шлифуемость, что приводит к снижению производительности шлифования, низкой стойкости кругов, появлению трещин, прижогов и других дефектов обработки. <...> Обрабатываемость – это комплексное физико-технологическое свойство материала; оно
зависит, с одной стороны, от химического состава, структуры и физико-механических
свойств материала, с другой – от вида режущего инструмента и условий резания. <...> Коэффициент теплопроводности тем ниже, чем выше содержание углерода и легирующих элементов в стали;
– низкая пластичность, приводящая к хрупкому разрушению в зоне резания;
– повышенная адгезия абразива с материалом сплавов, увеличивающая коэффициент <...>
Естественные_и_технические_науки_№3_2012.pdf
Теплофизика и теоретическая теплотехника
Абдуллаев А.А., кандидат физикоматематических
наук, старший научный
сотрудник Института проблем геотермии
Дагестанского научного центра Российской
академии наук
ВЛИЯНИЕ СЕТКИ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ
НА ТЕПЛОЁМКОСТЬ ЖИДКОЙ ВОДЫ
Исследовано влияние сетки водородных связей на теплоёмкость воды.
Ключевые слова: сетка водородных связей, теплоёмкость.
EFFECT OF HYDROGEN BONDS ON THE HEAT CAPACITY
OF THE GRID OF LIQUID WATER
Influence on the heat capacity of grid hydrogen bonds water .
Key words: grid hydrogen bonds, the heat.
В данной работе влияние структурных особенностей воды на ее теплоемкость учитывается
на основе определения основных составляющих динамики непрерывной сетки водородных
связей (Н-связей).
Формирование Н-связи между молекулами начинается с проявления донорноакцепторных
свойств молекул воды [1].
Напомним, что молекула Н2О является двойным симметричным донором и акцептором
протонов. Это свойство Н2О обусловлено способностью атома кислорода при соответствующих
условиях захватывать до двух протонов.
Протонные вакансии молекул Н2О являются важным структурным элементом формирования
сетки Н-связей.
Другим фактором формирования сетки является взаимодействие Н-связей между собой
[1], которые по данным опыта преимущественно происходит в плоскости их расположения,
т.е. как и сетка Н-связей имеет плоскую структуру.
Для конкретизации взаимодействия Н-связей должна быть выбрана модель описания
сетки Н-связей.
В работах [2, 3] показано, что в колебательном спектре молекул Н2О Н-связь может быть
определена как спаренная пара атомов разных молекул с помощью использования резонансного
взаимодействия.
По результатам указанных работ безразмерный параметр
резонансного взаимодействия
атомов разных молекул определяет основные характеристики Н-связей и их сетки.
Рассмотрим вначале структуру Н-связи. При наличии Н-связи основания связанных молекул
можно рассматривать как молекулярную матрицу с протонными вакансиями, которые
могут насыщаться по мере роста параметра
виде: n
в ⋅
2
, где 2
резонансного взаимодействия, зависящего от
температуры и других внешних воздействий.
Возможные связи, возникающие за счет молекулярной матрицы, можно представить в
определяет взаимодействие в молекулярной матрице, а вn среднее число
протонных вакансий.
Уменьшение числа степеней свободы молекул за счет образования отдельной Н-связи
определяется величиной:
жением: − (2 1 )−
.
(1 )− , а за счет их парного взаимодействия между собой выраα
α
α
α
α
α
α
α
Стр.1
В итоге суммарное уменьшение числа степеней свободы четырех молекул (двух Нсвязей)
определяется равенством:
J Т =
2
( ) 1
⎛ 3Т Т nв −1)Т ⎞
⎜
⎜
⎝
о
(Т Т )
+ (
+
Где использована известная зависимость [3]:
Т = +
Т Т
Т
n
.
(2)
о
Исследуя на экстремум функцию J( )Т , легко показать, что при Т=Тс=30оС она имеет
максимум. В точке максимума среднее число протонных вакансий принимает значение:
в =1, 67
Отметим, что при определении максимума J ( )Тс
ным ввиду слабости его зависимости от Т.
Рассмотрим теперь влияние параметров Jс, в
параметр вn предполагается постоянn
на теплоемкость воды Св.
Во взаимодействии Н-связей между собой принимают участие четыре атома, по одному
от четырех молекул Н2О. Атом молекулы Н2О на плоскости может иметь две колебательные
и одну вращательную степени свободы. Кроме того нужно иметь ввиду, что в условиях формирования
сетка Н-связей (вблизи 30оС) доля водородно-связанных молекул составляет
примерно 25% [3].
Перечисленные выше факторы однозначно определяют следующий вид зависимости теплоемкости
от параметров сетки Н-связей:
Св=(9- Jе)R,
(3)
здесь необходимо только уточнить зависимость параметра вn от температуры. В этой связи
отметим, что уменьшение параметра вn происходит только в результате образования Нсвязей
за счет резонансного взаимодействия атомов разных молекул. Поэтому температурная
зависимость параметра в
n определяется равенством:
n Тв ( ) 1 0,67 −
− =
( )Т −
( )Т +
(Т = 30)
(Т =
1,64 10,624
30) 0,67 0,36 10,624
=
−
Т
Т
+
−
0
0
С
С
(4)
Результаты расчета влияния сетки водородных связей на теплоемкость воды приведены в
таблице.
Из таблицы видно, теплоемкость содержит известные аномалии, а именно падение Cвс
ростом Т и минимум Cв при температуре Т=30оС.
о
2
2
⎟
⎠
⎟
(1)
α
α
α
α
α
Стр.2
Таблица
Т, оС
5
10
30
40
50
65
отталкиваются, а при
Влияния сетки водородных связей на теплоемкость воды
Jc(T) Cв, R
n -1
в
1,138 0,297 8,703
0,929 0,417 8,583
0,670 0,482 8,518
0,621 0,466 8,534
0,591 0,446 8,554
0,564 0,421 8,579
R – газовая постоянная.
Такое поведение Св(Т) обусловлено наличием Н-связей и их сетки. При Т
в Cвсоставляет 5,5%.
Отметим, что сетка Н-связей обуславливает и другие аномалии воды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Цундель Г.Г. Гидратация и межмолекулярное взаимодействие.М.: Мир, 1972.
2. Абдуллаев А.А. Расчет динамики аномалий жидкой воды // Естественные и технические
науки. М. 2011. № 6. С. 59–61.
3. Омаров М.А., Абдуллаев А.А. Структура жидкой воды и водоподготовка для заводнения
пористых нефте-и водоносных сред. Махачкала. 2003.
<0,64 Н-связи
>0,64 притягиваются и создают непрерывную сетку, вклад в которой
α
α
Стр.3