Фазовый переход вода-лед. Теплоаккумулятор

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Энергия перехода идёт на расширение.
А это энергия механическая. Вода расширяется и, бывает, замёрзая и расширяясь переходя в твёрдое состояние, выдавливает (вырывает) дно у различных емкостей, которые неосторожно оставили с водой на зиму.
Вот в этом и есть 340кДж/кг или 0.093кВт*час/кг или примерно 100кВт*час на тонну (куб.м.)

 

Крохи её. Малые доли процента.

В итоге с куба замёрзшей воды можно снять не 100кВт*ч (бОльшая часть пойдёт на нагрев холодильника), а десятки Вт*ч.
В теории.

На практике - меньше.

 

А как вы думаете, сколько энергии выделяется в виде расширения при замерзании?
Расширение льда страшная сила, фундаменты домов ломает.

 

Так написал уже, вроде? В том самом сообщении, на которое ответ. Доли процента.

А причём тут вообще СИЛА?
Если речь про энергию?

Сила/давление большие. Но вот перемещения очень маленькие, а A=FS.

 

Это я знаю, здесь интересно другое.
Чему равна сила которая появляется при замерзании воды (хотя бы приблизительно).

 

В зависимости от площади приложения. В свое время (лет 40 назад) была статья в ЮТ (Юнный Техник), в которой описывалось устройство для прессования. Там рабочее тело была вода и при замерзании в прочном стальном корпусе усилие передавалось на подвижный шток. А он давил на штамп. Но дальне статьи дело не пошло... Хотя эффект интересный с точки создания больших давлений и безопасности применения.

 

энергия E = m*v*v/2 или 2E=m*v*v
сила F=ma
ускорение a = (v₁ - v₀) / t
работа A = Fs,
скорость V = S: t
путь S = V • t

1 Дж = 1Н · м

В физике всё взаимоувязано

 

Простите, это Вы мне будете о физике рассказывать?
Формулы в моём посте выше видите?

Вот я и спрашиваю - перемещение при замерзании воды какое?
Мне вот помнится, что ~10% от размеров.
То есть, 1 куб воды при замерзании (и полной герметичности и абсолютной прочности ёмкости) передвинет что-то на 0.1м с силой порядка 220МН, совершив работу 22МДж или около 7кВт*ч.
При этом будет диссипирована тепловая энергия в 300МДж или около 90кВт*ч.

То есть, ПРЕДЕЛЬНЫЙ, теоретический КПД такой тепловой машины примерно 8%.
На практике, как я уже сказал, КПД будет в десятые процента.

 

А откуда взята цифра в 220МН ?

 

Из литературы.
Вообще, это - максимальное давление, при котором ещё существует лёд-1.
Выше - фазовый переход в лёд-3 (или лёд-2, в зависимости от температуры). Именно лёд-1 имеет плотность меньше, чем у жидкой воды (что, вообще говоря, очень экзотично для перехода "жидкость-твёрдое тело").
Остальные твёрдые фазы у воды в этом смысле нормальные. Скажем, лёд-3 имеет на 18% меньший объём, чем вода.

 

Почему это на 0.1 м? Это если лёд расширяется в одном направлении в ёмкости 1 х 1 х 1 м.
А он расширяется во всех направлениях.
И откуда КПД 8 процентов?

И потом. Энергия то халявная? Она ничего не стоит.

Лёд передвинет (поднимет на высоту) не что то, а тело массой...тонн.
А вот какую массу может расширяющийся лёд передвинуть?
7 киловатт-час = 25.2 мегаджоуль
Такой энергией обладает тело массой около 25 тонн, поднятое на высоту 100 метров.
Другими словами при 8 процентах КПД энергией, выделяющейся при переходе вода-лёд можно поднять 25 тонн на высоту 100 метров.

Нет?

При расширении льда возникает давление до 6 000 атмосфер. (тоже в литературе встречал).

Можно ведь куб воды залить в ёмкость размером 1 х1 х 1м, а можно в трубу размером 100 х 0.1 х 0.1м. Тоже куб воды. Да ещё организовать расширение льда в этой трубе таким образом, чтобы весь прирост его объёма пришелся в плоскости 0.1 х 0.1.
На сколько метров "удлинится" лёд в этой трубе квадратного сечения?
Вода в этой квадратной трубе занимала длину 100 м.
А какую длину трубы будет занимать лёд?

Можно сказать, что лёд в этой трубе будет занимать по длине 110 метров?
И тогда расширяющийся лёд передвинет (поднимет на высоту) тело массой (какой?) не на 10см., а на 10 метров.
Или больше? Или меньше?

Ведь можно и подъёмник устроить "ледяной".

 

Объём увеличивается на 10 процентов примерно.
А линейные размеры это несколько другое.

Задача.
На сколько сантиметров увеличится высота, длина, ширина тела 100 х 100 х 100 см, если его объём увеличится на 10 процентов?

 

Так и что?

Мне нужно было самым простым образом посчитать работу. Самое простое - зафиксировать два измерения, и просто взять FS. Поверьте, если расширять рабочее тело и в два других измерения, работа не изменится - закон сохранения энергии, однако. Просто будет расширение по двум другим, и меньшее - по данному.

Задача 2. Если объём увеличивается на 10%, и тело расширяется только в длину, на сколько увеличится длина?

 

Потому что если объём увеличивать на 10% в одном измерении, одно измерение увеличится на 10%.
У Вас проблемы с математикой 3-го класса?

Там написано. Это отношение полученой механической энергии к диссипированной.

А машина - ещё как.

Это хорошо в теории, чтоб работу посчитать.
А на практике 100м трубы, которая держит циклические перепады до 220МПа, не истираясь стОят приличных денег.

Можно.
Главное - чтоб было больше пользы, чем затрат...

 

Ладно.
Оставим механическую энергию расширения воды при переходе в твёрдое состояние.

Но тепло?
Ведь можно утилизировать тепло. Ведь это 340кДж/кг.
Этим кто-нибудь занимался?

Ещё предлагаю высказать свои соображения.
Пусть у нас имеется ёмкость 1 куб. м. полностью заполненная жидкостью. и имеющая идеальную теплоизоляцию от окружающей среды, исключая небольшую поверхность, где к ёмкости подводится тепло (горелка).
Объём топки, где сгорает дизтопливо, тоже имеет абсолютную теплоизоляцию.
Таким образом всё тепло сгорающего топлива передаётся жидкости, налитой в ёмкости.

У емкости имеется вертикальная труба сечением 10 х 10 мм.
Она тоже имеет абсолютную теплоизоляцию.

Известно, что при нагревании жидкость расширяется.
Какую работу выполнит жидкость, поднимающаяся по трубе, если емкость поглотила 49мДж/кг энергии? Т. е. сгорело 1 кг. солярки.
И какой при этом будет КПД, если теплота сгорание ориентировочно 43 мДж\литр или 50мДж\кг и эта энергия преобразована в электрическую?

Нам бы в идеале разобраться. С практикой потом.