Вода играет ключевую роль в поддержании жизни на Земле и служит основой для всех биохимических процессов. Она не только необходима для роста растений и существования животных, но также является важнейшим компонентом большинства экосистем.
Помимо этого, вода оказывает значительное влияние на климат и погоду, регулируя температуры и располагая к образованию осадков. Ее доступность и качество напрямую влияют на здоровье человека и природные ресурсы, что делает сохранение водных ресурсов одной из важнейших экологических задач современности.
Источник Зам-зам: достоинства и полезные свойства
Каждый хаджи, находящийся в Мекке, стремится попить воды из колодца Зам-зам, так как она обладает множеством ценностей для людей. Часто паломники также берут эту воду с собой домой, чтобы угостить ею своих близких и друзей.
История колодца Зам-зам насчитывает несколько тысячелетий и началась со времен пророка Ибрахима (мир ему). С тех пор он ни разу не пересыхал и всегда обеспечивал водой окрестности. В одном из риваитов, приводимых в сводах аль-Бухари и Муслима, рассказывается история возникновения святого источника Зам-зам:
Когда Ибрахим, мир ему, привел свою сыну к окрестностях Господнего Дома, там не было никого, и воды тоже не было. Потом Ибрахим развернулся и отправился обратно, а мать Исмаила бросилась за ним и спросила: "О, Ибрахим! Куда ты уходишь и оставляешь нас здесь, в пустой долине?" Несколько раз она повторила этот вопрос, но Ибрахим молчал.
Затем она спросила: «Это Всевышний велел тебе поступить так?» и получила ответ в подтверждение. И Хаджар сказала: «Тогда Он не оставит нас». Она кормила своего сына грудью и пила воду, оставленную Ибрахимом (мир ему). Но вскоре бурдюк опустел, и они оба испытывали сильную жажду. Скоро ребенок начал кататься по земле от острой жажды.
Женщина ушла, чтобы не видеть мучений своего сына, и заметила недалеко холм ас-Сафа. Хаджар поднялась на него и обернулась в сторону долины, надеясь увидеть кого-то, но все напрасно.
После этого мать Исмаила (а.с.) спустилась в долину и бросилась бежать, достигнув соседней вершины аль-Марва, взобравшись на которую она стала внимательно рассматривать местность в надежде увидеть людей. Но её усилия снова не увенчались успехом. Отчаявшаяся женщина прошла этот путь семь раз. Именно поэтому верующие перемещаются между ними (в хадисе говорится о передвижении между вершинами ас-Сафа и аль-Марва – один из обязательных обрядов паломников в хадже и умре).
Поднявшись на гору аль-Марва в последний раз, Хаджар услышала голос и прислушалась к нему внимательнее. Мать Исмаила (а.с.) воскликнула: "Ты дал мне возможность услышать тебя, сможешь ли ты помочь нам?" И тут появился ангел Джабраил (а.с.), который начал копать землю своей ногой (или крылом) до тех пор, пока не появилась вода. Хаджар сразу начала копать это место и наполнять свою кувшин. Но источник не иссякал и постоянно источал живительную влагу".
С момента появления святого источника Мекка стала местом многолюдным. Однажды неподалеку проходил караван одного из арабских племён. Вблизи Зам-зама они увидели стаю птиц, которые кружили, и удивились этому факту, так как прекрасно знали, что в этих краях нет воды, а значит, и птиц быть не должно.
Посовещавшись, они выбрали нескольких людей, чтобы отправиться в то место и выяснить, в чем дело. Спустя некоторое время эти люди вернулись с водой и рассказали им о роднике. Племя тогда приняло решение обосноваться поблизости от источника зам-зам. С этого момента началась история города Мекка.
Происхождение названия
Арабское слово «зам-зам» имеет тесную связь с глаголом «зама», который переводится как «предотвращать расхождение», «собирать». Это связано с тем, что мать пророка Исмаила (а.с.) – Хаджар, увидев воду в роднике, пыталась собрать её в одном месте, чтобы она не разлилась.
Пророк (с.г.в.) говорил: «Зам-зам назван так из-за того, что Хаджар огородила источник и остановила его. Если бы она этого не сделала, вода затопила бы все вокруг» (аль-Бухари).
Физические свойства H2O
Химическая формула H2O означает, что вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, связанных ковалентными связями под углом около 104,5°.
Вода может существовать в трех состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (пар). Переход между этими состояниями происходит при определенных температурах: при атмосферном давлении замерзает при 0°C и закипает при 100°C. Также интересно, что в твердом состоянии вода менее плотна, чем в жидком.
Плотность жидкой воды при 20°C составляет 0,998 г/см3, а для нагревания 1 литра воды на 1°C требуется 4,19 кДж энергии из-за высокой теплоемкости.
Напряжение на поверхности воды сравнительно высокое по сравнению с другими жидкостями — 72,8 мН/м при 20°C. Тем не менее, вязкость Выше среднего и составляет 1,002 мПа·с при 20°C.
Чистая вода обладает свойствами диэлектрика с достаточно высокой электропроводностью. Она также обладает большой диэлектрической проницаемостью (при 20°C около 80).
H2O как растворитель
Из-за своей полярной структуры молекулы H2O легко создают водородные связи с полярными и ионными веществами, что способствует хорошей растворимости многих соединений в воде.
Вода является отличным сильнополярным растворителем и всегда содержит растворенные вещества (соли, газы) в природных условиях.
Кислотно-щелочной баланс натуральных водоемов сильно зависит от растворенных веществ и газов. Например, pH чистой воды составляет 7, в то время как в морской воде он равен 8,2 из-за высокого содержания солей.
Для очистки воды от примесей и получения питьевой воды используются различные методы, такие как фильтрация, осаждение, хлорирование и т. д.
Почему объем воды увеличивается, когда она замерзает?
Причина этого явления находится в химическом составе воды. Ведь молекула воды складывается из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Расположение этих атомов абсолютно уникально, что придает воде определенные свойства, такие как высокая теплоемкость, поверхностное натяжение, адгезия и когезия.
Такое расположение молекул воды приводит к образованию положительного заряда возле атомов водорода и отрицательного заряда возле атома кислорода.
Когда две молекулы воды приближаются, положительная сторона одной молекулы притягивается к отрицательной стороне другой. При этом в большом масштабе (например, с миллионами молекул воды) образуется уникальная структура, объясняющая некоторые химические свойства воды.
В жидком состоянии молекулы воды могут свободно перемещаться, образуя и разрывая водородные связи, что и объясняет неправильную форму воды (или любой другой жидкости, кстати). Некоторые молекулы воды часто "упакованы" друг на друга, что приводит к более высокой плотности воды по сравнению со льдом.
При охлаждении воды межмолекулярные силы увеличиваются, что уменьшает свободу движения молекул и делает их менее энергичными при понижении температуры.
При достижении точки замерзания вода принимает более определенную форму и молекулы располагаются в виде шестигранных решеток.
Ниже изображено упрощенное расположение молекул воды в кристаллической форме льда:
Существует кристаллическая структура воды, которая менее плотная, чем ее жидкая форма, поскольку молекулы не могут сближаться из-за более сильных межмолекулярных сил.
Такое увеличение расстояния между молекулами и их зафиксированное положение приводит к увеличению объема воды, поэтому при замерзании происходит расширение ее объема.
Почему лед плавает по воде
При замерзании вода увеличивает свой объем, и, так как плотность обратно пропорциональна объему вещества, лед имеет меньшую плотность, чем вода. Именно поэтому лед, кажущийся более тяжелым, чем вода, может плавать на поверхности воды.
Если бы вода не расширялась при замерзании, лед был бы плотнее воды. Последствия для экосистемы планеты были бы колоссальны! Лед на поверхности озер, морей и океанов утонул бы, и эти водоемы начали бы заполняться нижними слоями. Без замерзших озер и океанов на Земле не было бы жизни в воде.
С этой точки зрения хорошо, что вода расширяется в твердом состоянии!
Как лечиться Зам-замом
Как известно, вода Зам-зам способна помочь в лечении даже самых тяжелых заболеваний. Ее следует употреблять несколько раз в день до насыщения, произнося перед этим: "С Именем Аллаха (БисмиЛлях)", а затем говоря молитву или желание к Аллаху, на которые они надеются получить ответ. При этом лучше стоять и повернуться в сторону Каабы.
Правила питья воды: небольшими глотками, делая перерыв после каждых трех глотков и не выдыхая воздух обратно в сосуд. Один из способов лечения — это пост (сиям) на воде, когда больной пьет только воду Зам-зам в течение нескольких дней.
Запрашивать возможно как исцеление от конкретных заболеваний, так и любое другое пожелание, но при этом необходимо, чтобы оно было одобряемо шариатом и добрым. Также нужно помнить, что Всевышний Аллах может ответить на мольбу сразу, отложить ответ на некоторое время или не ответить вообще, так как в этом может быть благо для самого верующего. Поэтому важно проявлять терпение и никогда не терять надежду на помощь Всевышнего. Важно понимать, что Аллах отвечает на мольбы тех, кто искренне исповедует Ислам, следует Сунне Пророка ﷺ и не поклоняется и не обращается к никому, кроме Аллаха.
Много историй излечения от тяжелых заболеваний водой Зам-зам известно. Люди выздоравливали от раковых заболеваний, когда медицина была бессильна. Омываясь ею, они избавлялись от заболеваний кожи, ран и язв. Её также использовали для людей, подвергшихся влиянию джинов, колдовства и сглаза. Многие мусульмане пьют её для профилактики душевных и физических заболеваний.
Вода Зам-зам — удивительный подарок человечеству от Творца!
Эффект Мпембы
После возвращения в университет, профессор Денис Осборн попросил лаборанта сравнить скорость застывания горячей и холодной воды. Лаборант провел эксперимент и подтвердил, что горячая вода замерзла быстрее, но заявил, что будет повторять опыт до получения "правильного" результата. Однако каждый раз результат оставался тем же.
В итоге в 1969 году Денис Осборн и 19-летний Эрасто Мпемба, который уже учился на первом курсе в колледже управления африканской дикой природой, опубликовали статью в журнале "Физическое образование", в которой рассказали об истории открытия этого явления и представили результаты экспериментов.
Авторы статьи признали, что не смогли объяснить природу этого контринтуитивного термодинамического процесса.
Когда ученые изучили материал и начали анализировать этот вопрос, оказалось, что Эрасто Мпемба не был первым, кто обратил внимание на то, что горячая вода замерзает быстрее холодной. В 2006 году в Американском журнале физики была опубликована статья Дженг Монхеа под названием "Эффект Мпембы: почему горячая вода может замерзать быстрее холодной?". В этой статье были приведены цитаты Аристотеля, Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта, описывающие данный эффект. Однако на протяжении многих лет никто не обратил внимание на эти наблюдения и не попытался провести свой собственный эксперимент. Подобно учителям школы Эрасто, ученые предпочитали игнорировать все, что не соответствовало привычной концепции.
Дженг Монхеа также проанализировала эксперименты других ученых и рассказала о основных гипотезах, которые они проверяли:
1. Таяние инея
В результате теплоизоляция контейнера не устраняет эффект Мпембы, который наблюдается при наличии горячей воды, вызывающей таяние инея в морозильной камере. Поэтому слой инея на дне камеры все равно тает под стаканом с горячей водой, что улучшает теплопроводность и ускоряет процесс заморозки.
2. Испарение
Другая теория заключалась в том, что горячая вода теряет массу из-за испарения, поэтому для ее охлаждения требуется меньше энергии, и процесс заморозки происходит быстрее. Однако в результате экспериментов ученые пришли к выводу, что количество массы, которое теряет вода из-за испарения (менее 3%), недостаточно для объяснения такой разницы в скорости замерзания. Один из ученых наблюдал эффект Мпембы даже в закрытом контейнере, что исключило испарение воды из уравнения.
3. Содержание газов
4. Холодовое переохлаждение
Процесс замерзания жидкостей неоднороден. Если мы поместим в морозильную камеру воду, температура которой составляет 70 °C, и подождем, пока она опустится до 30 °C, мы увидим, что на поверхности температура будет немного выше 30 °C, а на дне — ниже 30 °C. Это явление связано с конвекцией в жидкостях, которое изучается в школе.
Из-за того, что конвекция в горячей жидкости более интенсивна, циркуляция холодных и теплых потоков происходит быстрее, что ускоряет образование ледяных кристаллов. А холодная вода начинает замерзать с верху, замедляя процессы теплопередачи и конвекции.
По-видимому, решение уже найдено. Однако интенсивность конвекции в значительной степени зависит от формы и размера резервуара для жидкости, а также от параметров самой морозильной камеры, поэтому ученым так и не удалось в точности повторить один и тот же эксперимент. Каждый раз они получали различные данные и не смогли прийти к определенному выводу.
Современные теории
В 2012 году Королевское химическое общество установило премию в размере 1000 фунтов за лучшее объяснение Мпембы. Среди 22 000 статей, поступивших в Ассоциацию, ни одна не дала окончательного ответа на вопрос. Победителем был признан Никола Брегович из Хорватии, который собрал и описал основные теории, существующие на тот момент.
В 2017 году ученые из США и Китая опубликовали гипотезу, объясняющую Мпембу с помощью водородных связей. При нагревании воды водородные связи ослабевают, молекулы воды меняют свое положение в кластерах, облегчая переход к кристаллической структуре льда. Однако в холодной воде распад водородных связей требует больше энергии, поэтому замерзание происходит медленнее.
Из-за того, что существует большое количество переменных, влияющих на процесс замерзания воды, и нет четкого определения этого процесса, изучение эффекта Мпембы представляет собой сложную задачу.
Несколько физиков даже начали сомневаться в самом существовании этого эффекта после тщательного экспериментального анализа. В своей статье они описали, как каждый эксперимент приводил к настолько разным результатам, что нельзя было сказать, что наблюдался какой-то один конкретный эффект.
Тем не менее, другие ученые замечали эффект Мпембы не только в воде, но и в резонаторах из углеродных нанотрубок, спиновых стеклах и гранулированных жидкостях.
Эффект Мпембы — это процесс, в результате которого термодинамическая система выходит из равновесия: горячая вода в холодильнике меняет внешние условия и возникает новая область параметров. Эффект Мпебы не единственный подобный процесс. Существует целый раздел «Неравновесная термодинамика», изучающий термоэлектрические, гальваномагнитные, термомагнитные и другие явления. Последние исследования эффекта Мпембы как раз проводили ученые, специализирующиеся на неравновесных системах.
Эрасто Мпемба ушел из жизни, не получив ответа на свой вопрос. И хотя эффект и носит его имя, Эрасто не связывал свою жизнь с физикой. Он проработал главным охотничьим инспектором Министерства природных ресурсов и туризма Танзании.
Фото на обложке: Alexander_IV / Shutterstock / Fotodom
Размораживаем трубы горячей водой
Данный метод пригоден для труб, расположенных на открытых участках, таких как подвал, уличный ввод в дом и т.д. – то есть в местах, где можно добраться до замерзшей части трубы. Горячую воду можно использовать для труб из любого материала. Однако следует избегать резкого увеличения температуры воды, так как это может привести к разрыву трубы.
- Определите замерзший участок трубы, что можно сделать по изменению температуры (замерзший участок будет холоднее) или по характерному потрескиванию.
- Заверните данное место в ветошь, желательно в несколько слоев. Это поможет защитить трубу от резкого нагревания и обеспечит более равномерное распределение тепла по всему замерзшему участку.
- Установите под завернутой частью какой-либо контейнер, куда будет стекать вода.
- Залейте замерзший участок горячей водой. Продолжайте делать это, пока из крана не начнет течь вода.
- Высушите оттаявшую трубу и утеплите ее.
Размораживаем трубы горячим воздухом
Для размораживания замерзших труб, находящихся на открытом воздухе, можно воспользоваться феном. Если замерзание не слишком сильное, то подойдет обычный бытовой фен, а в случае большой промерзшей области лучше использовать строительный фен.
- Оберните трубу теплоизоляционным материалом, чтобы создать защитный слой, который поможет равномерно распределить тепло по всей замерзшей области.
- Включите фен и направьте горячий воздух под защитный слой. Особое внимание уделите сложным участкам трубы, таким как изгибы и сужения.
Необходимо помнить, что строительный фен способен нагревать материалы до температуры от 100 до 650°С, и это не подходит для всех материалов. Например, трубы из ПВХ начинают деформироваться при температуре 65-70°С. Поэтому строительный фен чаще всего используется для размораживания воды в металлических трубах.
Для борьбы с замерзшей водой в трубах помимо строительного фена можно использовать тепловую пушку. Она создает широкую струю горячего воздуха при более низких температурах, чем строительный фен. Тепловой пушкой можно размораживать трубы из ПВХ, находящиеся в стене. Просто направьте струю теплого воздуха на стену с замерзшей трубой и оставьте на несколько часов.
Как разморозить трубы
Существует много причин, но большинство из них связаны с ошибками, допущенными владельцами в процессе строительства или отделки. Давайте перечислим те, которые встречаются чаще всего.
- Недостаточное утепление. Теплоизоляции требуют все участки трубопровода, проходящие по улице. Необходимо утеплять участки ввода коммуникаций в дом: через фундамент или стены. Это необходимо делать особенно тщательно, поскольку стройматериалы остывают быстрее, чем земля.
- Малая глубина залегания коммуникаций. По правилам, система должна находиться ниже уровня замерзания грунта. На практике это не всегда выполняется.
- Застой или небольшой расход воды. Даже небольшое, но постоянное давление жидкости в системе защитит ее от замерзания. Поэтому в морозы владельцы оставляют открытым кран водоснабжения.
- Выбор трубопровода с диаметром не менее 50 мм необходим для предотвращения замерзания элементов, чем меньше диаметр, тем выше вероятность проблем.
- Даже при утепленной и подземной укладке, коммуникации могут замерзнуть в экстремально низких температурах, что является чрезвычайной ситуацией, от которой нельзя полностью застраховаться.
Многим неизвестно, что вода в трубах замерзает не при нулевой температуре, а через два-три дня при значениях -7˚С и ниже, из-за удерживания тепла стенками трубопровода.
Трубы c плохой теплоизоляцией замерзают при резком понижении температуры до -20˚С и ниже.
Что делать, если в трубах частного дома замерзла вода
Инженерные коммуникации могут замерзать по разному.
Обычно замерзает водопровод, но Возможны проблемы с канализацией и отоплением. Давайте рассмотрим возможные способы решения этой проблемы.
Система водоснабжения
Раскрывать окоченевшие связи начинают с проведения диагностики. Важно понять точное место образования обледенения. Поскольку действовать нужно именно на него. Если застывший участок находится в пределах досягаемости, решение проблемы упрощается. Определить местонахождение льда можно по ощущению.
Этот участок будет тактильно самым холодным. Для размораживания на него нужно воздействовать теплом. Перед началом работ обязательно отключают нагреватель или котел и открывают кран. Перечислим способы, подходящие для пластиковых и металлических элементов, которые присутствуют в помещении.
Воздействие теплом
Для удаления замороженного фрагмента можно применить электрогрелку, греющий кабель или электроодеяло. После их закрепления на детали следует подключить в розетку и дождаться, пока лед растает. Возможно использование фена: направив поток теплого воздуха на замороженную трубу, можно разморозить ее. Важно учитывать, что при размораживании пластиковой детали необходимо выбирать умеренную температуру, чтобы избежать ее повреждения.
Кипяток
Для разогрева замерзшего участка трубопровода используют кипяток, который заливают на место промерзания. Под участок для сбора стекающей жидкости устанавливают емкость. Однако этот способ недостаточно эффективен из-за быстрого стекания кипятка. Чтобы устранить эту проблему, участок трубопровода обматывают ветошью перед заливкой жидкости.
В результате образуется что-то вроде "теплого одеяла", которое быстро разогревает замерзший водопровод.
Необходимо понимать, что пластик очень чувствителен к изменению температуры. Нельзя сильно нагревать его, и не стоит ударять по деталям, чтобы разбить лед, так как это может привести к трещинам в стенках. Самым прочным материалом является металлопластик, но и с ним нужно быть осторожным. Металлические элементы еще более прочные.
Для размораживания можно использовать более интенсивные методы, такие как включение термофена на максимальную мощность или прогревание паяльной лампой. Однако последний метод стоит использовать с соблюдением требований пожарной безопасности.
Если замерз подземный участок водопровода, то следует поступать по-другому. Обледеневший участок, находящийся на поверхности, следует размораживать так же, как и в помещении. Для труднодоступных участков используются другие методики, о которых мы расскажем подробнее.
Подача горячей воды
Для устранения ледяной заслонки необходимо подать горячую воду прямо к ней. Процесс выполняется следующим образом.
- Уберите запорное устройство.
- Выберите достаточно длинный шланг с диаметром, меньшим чем у трубы. Если участок прямой, подходит металлопластиковая трубка малого сечения. Для изгибов или поворотов подойдет гибкий, но жесткий шланг, например, кислородный или для подключения баллона с газом. Поливочный шланг не подойдет: он размякнет от высокой температуры.
- Осторожно прокладывайте шланг в трубу, пока его конец не достигнет ледяной заслонки.
- Присоедините к свободному концу шланга контейнер с краном или просто воронку. Под контейнером поместите емкость для сбора растаявшей воды.
- Наполняйте воронку горячей водой, или даже лучше — солевым раствором. Он быстрее справится с растапливанием льда.
- Когда пробка начнет таять, продвигайте шланг дальше, пока весь лед не раскрошится.
Этот метод достаточно нежный и применяется для размораживания пластиковых и металлических деталей.
Подача электротока
Этот способ подходит исключительно для элементов из металла. Использование его для пластика или металлопластика категорически запрещено. Вот последовательность действий:
- Определите участок, где находится ледяная пробка. Не обязательно точно, но хотя бы примерно.
- Очистите водопровод от изоляции в начале и конце поврежденного участка, очистите его до металла.
- Возьмите два отрезка электрокабеля, поочередно соедините их одним концом с очищенным участком, другим — с вторичной обмоткой трансформатора сварочного аппарата. При этом аппарат должен быть выключен, иначе возникнет сварочная дуга.
- Установите на аппарате минимальное значение тока, примерно 180 А. Подайте электроэнергию на аппарат.
Произойдет пропускание электрического тока через водопроводную трубу, что приведет к ее быстрому нагреванию. Этот метод очень эффективен для размораживания, однако он Вызывает побочный эффект — увеличенную коррозию металла после таких процедур.
Самодельный кипятильник
Этот способ подходит для коммуникаций из пластика, при условии, что запорная арматура также изготовлена из пластика. В противном случае может произойти короткое замыкание. Сначала необходимо собрать кипятильник, чтобы разморозить систему. Для этого используется двухжильный кабель.
Толщина и длина зависят от диаметра трубопровода, однако лучше всего взять толстый и жесткий провод. Один конец провода очищается от изоляции.
Длина обнаженного участка — 9-10 см.
После этого берется один обнаженный провод, гнется к изоляции и делается несколько витков. Провод наматывается на изолированную часть кабеля так, чтобы витки плотно прижимались друг к другу. Затем аналогично гнется второй провод, который наматывается на изолированную часть кабеля под первыми витками. Это делается так, чтобы между проводами было расстояние около 2-3 мм.
Витки не должны касаться друг друга. К другому концу электрического кабеля присоединяется вилка.
Когда приспособление спускают в трубу и проталкивают до места промерзания, провод следует остановить и подключить к розетке. Через несколько минут кабель нужно немного сместить вперед, и повторять эту операцию до тех пор, пока лед не разрушится. Желательно откачивать талую воду, чтобы избежать повторной замерзании на протяженном участке.
Канализация
Ситуация, когда канализация в частном доме замерзла, встречается намного реже. Поскольку здесь чаще происходит течение жидкости, замерзает она очень редко, но иногда все же это происходит. Давайте рассмотрим наиболее эффективные методы разморозки.
- Горячий солевой раствор. Подходит для размораживания ледяной заслонки, расположенной недалеко от сантехнического прибора. Рабочий раствор готовят следующим образом: 1 кг соли разводят в 10 литрах горячей воды. Затем смесь выливают в канализацию.
- Греющий кабель. Его вводят внутрь канализационной трубы через ревизионный люк, расположенный недалеко от заслонки.
Если вышеописанные методы оказываются неэффективными, остается только один метод — подача горячей воды. Способ уже описан выше. Главным недостатком является то, что растаявшие нечистоты могут потечь в дом. Поэтому если стоки замерзли неподалеку от коллектора, лучше подавать воду от него.
Отопление
Иногда случается, что вода замерзает в трубах отопления. Есть несколько способов ее разморозить: использовать теплый воздух или воздействие кипятка. Детальную инструкцию можно найти выше. Перед тем как начать размораживать, необходимо открыть ближайший к ледяной заслонке кран, чтобы жидкость могла стекать после оттаивания.
Самый простой способ разморозить отопительную систему — включить отопление на минимальную мощность. Таким образом система постепенно нагреется и растопит ледяной затор.
Почему «обидели» температуру? Ошибка Фаренгейта. Порядок и беспорядок. Когда путь вниз труднее подъёма.
Ледяной кипяток
Существуют ли на Земле «холодные жидкости»?
Длина измеряется в метрах, масса в граммах, время в секундах, а температура в градусах.
Расстояние между городами измеряется в десятках и сотнях километров, высота здания в метрах, а межатомные расстояния в стомиллионных долях сантиметра. Однако во всех случаях эти величины всегда положительны.
Промышленные предприятия планируют выпуск продукции в тоннах, в повседневной жизни мы оперируем килограммами и граммами. Для того чтобы выразить массу мельчайшей материальной частицы электрона в граммах, необходимо написать после запятой 26 нулей перед первой значащей цифрой. Тем не менее и эта величина является положительной.
Если в задачнике написано, что «расстояние между пунктом А и пунктом Б равно минус 5 метров», то скорее всего это опечатка.
В повседневной жизни такие вещи, как "отрицательный вес" и "отрицательное время", кажутся бессмысленными. Однако, если вы скажете, что температура воздуха равна минус 10 градусам, это уже никого не удивит.
В чем здесь причина?
Когда мы говорим о человеке как о "положительном", это большой комплимент. Наоборот, отрицательные явления нужно преодолевать.
Почему же температура так "обижена"? Мы приписываем ей как положительные, так и отрицательные значения, в то время как другие физические величины имеют только положительные значения.
Это справедливо?
Когда мы используем линейку или рулетку для измерения длины, взвешиваем предмет или запускаем секундомер, мы всегда начинаем отсчет со значения "ноль" на шкале прибора или устройства. Поэтому в этих трех случаях измеряемые значения не могут быть отрицательными.
Когда создавались температурные шкалы, никто не знал, с чего начинать отсчет, так как не было известно, какая может быть минимальная температура.
Точка таяния льда по шкале Фаренгейта равна +320 °F, а точка кипения воды -212 °F. Эта шкала все еще используется в Англии и США.
В 1742 году шведский астроном и физик Андерс Цельсий предложил шкалу термометра, где интервал между точкой замерзания воды и точкой кипения был разделен на 100 равных частей, названных "градусами Цельсия", обозначаемых как: °C (от фамилии ученого Цельсия). Точка замерзания воды была принята за 0 °C, а точка кипения воды за 100 °C.
Эта шкала широко используется в СССР и многих других странах.
Как перейти от температуры по шкале Фаренгейта к температуре по шкале Цельсия?
Разница между точкой замерзания и точкой кипения воды на шкале Фаренгейта составляет 180 градусов, а на шкале Цельсия только 100 градусов. Таким образом, каждый градус Фаренгейта эквивалентен 5/9 градусам Цельсия. Кроме того, точка замерзания воды на шкале Фаренгейта сдвинута вверх на 32 градуса по сравнению со шкалой Цельсия.
Из этого легко вывести формулу перевода градусов Фаренгейта в градусы Цельсия: t °С = 5/9(n °F – 32), где t °С — температура в градусах по шкале Цельсия; n °F — температура в градусах по шкале Фаренгейта.
А теперь предлагаем читателю попробовать определить, какую ошибку допустил Фаренгейт при разработке своей шкалы. Напомним, что Фаренгейт принял за нормальную температуру человеческого тела 100 °F.
Подставив эту величину в приведённую выше формулу, мы обнаружим, что она соответствует 37,8 °C.
Однако при такой температуре врач непременно пошлет вас в постель!
На самом деле нормальная температура тела человека не 100°F, а примерно 98°F.
Наличие двух разных шкал температур вызывает определенные неудобства, особенно в наш век, когда контакты между людьми различных стран и континентов становятся все теснее.
Однажды американский бизнесмен остановился в одной из гостиниц города Европы. Давайте назовем его мистером Смитом.
По приезду мистер Смит (он был обдуманный человек) достал из сумки привычный для него термометр по Фаренгейту.
Однако в суматохе (ведь прибыло еще много других гостей) горничная перепутала его и установила термометр по Фаренгейту за окном соседнего номера, где остановился турист из Парижа — месье Поль, а в номере американца остался термометр по Цельсию, как указано в инвентарной описи гостиницы.
Вот что получилось из этой ситуации.
Представьте себе утро ясного дня ранней весны. Хотя термометр показывает ноль градусов Цельсия, но под лучами солнца уже начинает таять. На выходе из отеля остановились два человека.
Один из них — потеющий американец, в тяжелой шубе, закрывший лицо так, что виден только нос. Рядом с ним непрерывно прыгает и дрожит от холода француз. Он одет так, будто готовится к пляжному отдыху в знойный день.
Этому предшествовали следующие события.
Проснувшись, мистер Смит сразу посмотрел на термометр (думая, что он показывает градусы по Фаренгейту, но на самом деле это были градусы по Цельсию, как мы уже знаем).
«Фу, какой ужасный мороз», — подумал американец: термометр показывал 0° (используя приведённую формулу, можно рассчитать, что 0° по Фаренгейту соответствует минус 18° по Цельсию).
Естественно, мистер Смит подготовился соответствующим образом.
В это же время месье Поль, не зная, что за окном его номера установлен термометр Фаренгейта, воскликнул:
— Какая тропическая жара, черт возьми!
Термометр показывал плюс 32 градуса.
Конечно, подобные ситуации в повседневной жизни встречаются нечасто. Однако отсутствие объективной температурной шкалы создавало серьезные проблемы при проведении исследований, связанных с измерением температуры.
Итак, в мире физики было установлено правило.
Этот закон привел к интересным выводам.
Допустим, у вас есть определенный объем газа, который находится под постоянным давлением, и вы начинаете его охлаждать, начиная с 0 °C.
При охлаждении на 1 °C объем газа уменьшается на 1/273 часть его первоначального объема. Вы продолжаете охлаждать газ еще на 1 °C, и уменьшение его объема уже составляет 2/273 части первоначального объема, и так далее. Наконец, при охлаждении на 273 °C… Но стоп! Мы зашли слишком далеко. Ведь при охлаждении на 273 °C объем газа должен был бы просто исчезнуть.
Таким образом, – 273 °C является самой низкой температурой, к которой можно приблизиться, но никогда достичь. Следовательно, логично выбрать эту температуру как абсолютный ноль, то есть – 273 °C.
Так возникла идея шкалы абсолютной температуры
При достаточно низкой температуре газ начнет сжиматься, что делает закон Гей-Люссака не применимым. Поэтому наш воображаемый опыт оказывается неполностью корректным.
Более строгое доказательство того, что ни одно тело не может быть охлаждено ниже абсолютного нуля, основанное на втором законе термодинамики, было представлено английским физиком Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) в 1848 году, когда он предложил понятие об абсолютной температуре и абсолютной шкале температур.
Именно поэтому шкалу абсолютной температуры принято называть шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой, а температуру, измеряемую по этой шкале, — термодинамической.
Последующие измерения позволили уточнить значение абсолютного нуля температуры, которое оказалось равным – 273,15 °C.
Одна из основных единиц в Международной системе единиц измерения физических величин — кельвин, обозначаемый символом К, была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году. Один кельвин равен одному градусу Цельсия.
Чтобы перевести градусы Цельсия в кельвины, достаточно прибавить 273,15 к значению градусов Цельсия. Таким образом, температура таяния льда составляет 273,15 К, а точка кипения воды — 373,15 К.
Основное преимущество термодинамической температурной шкалы заключается в отсутствии отрицательных температур. Эта шкала широко применяется в научных исследованиях и в технике.
В повседневной жизни мы все еще используем шкалу Цельсия, потому что нам сложно привыкнуть к большим цифрам в кельвинах, выражающим температуру.
Очевидно, что время близко, когда шкала Кельвина станет всемирно принятой, согласно международным договоренностям.
