Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: Liceum Ogólnokształcące im. Bolesława Krzywoustego w Kamieniu Pomorskim ID grupy: 97/29_MF_G1 Opiekun: Marek Wilczyński Kompetencja: matematyczno-fizyczna Temat projektowy: 22 „Początkiem wszechrzeczy jest woda"  Semestr/rok szkolny: drugi 2011/2012

Woda – związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, a w stałym stanie skupienia – lodem. Słowo woda jako nazwa związku chemicznego może się odnosić do każdego stanu skupienia. Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji polarnych. Większość występującej w przyrodzie wody jest "słona" (około 97,38%), tzn. zawiera dużo rozpuszczonych soli, głównie chlorku sodu. W naturalnej wodzie rozpuszczone są gazy atmosferyczne, z których w największym stężeniu znajduje się dwutlenek węgla.

Bilans wodny

Pochodzenie wody Hipoteza geotermalna, opiera się na fakcie obecności wody w magmie. Jej obecność wynosi ok. 1-8%. Para wodna w gorącej magmie w temperaturze poniżej wartości krytycznej ulega skropleniu tworząc roztwory hydrotermalne. Kiedy wulkan jest aktywny woda zostaje uwolniona do atmosfery lub hydrosfery. Wody, które powstały z krzepnięcia magmy, nazywamy wodami juwenilnymi.

Pochodzenie wody Hipoteza solarna mówi, że wiatr słoneczny niesie za sobą jądra (atomy) wodoru, które wchodzą w reakcję z tlenem, który sublimuje w średnio szary obłok.

Pochodzenie wody Hipoteza kosmiczna zakłada, że przyniosły ją lodowe komety i asteroidy uderzające w Ziemię w czasach jej młodości, blisko 4 miliardy lat temu. Wcześniej Ziemia miała być sucha i bardzo gorąca. Teorię tę zdaje się potwierdzać obserwowana w wodzie morskiej proporcja izotopów wodoru, podobna do tej, jaką obserwuje się w bogatych w wodę asteroidach.

Pochodzenie wody Hipoteza ziemska lansowana przez japońskich naukowców z Tokyo Institute of Technology, którzy twierdzą, że powstanie wody miało miejsce na ziemi. Ich zdaniem, woda mogła powstać bezpośrednio na Ziemi, przez reakcję bogatej w wodór atmosfery z tlenkami obecnymi w skorupie ziemskiej. Istnienie gęstej wodorowej atmosfery wokół młodej Ziemi potwierdza analiza późniejszych zmian kształtu orbity naszej planety. Duży udział deuteru, ciężkiego izotopu wodoru w wodzie morskiej, da się wytłumaczyć długotrwałymi procesami chemicznymi, a także stopniowym uwalnianiem się lżejszego wodoru poza atmosferę.

Stany skupienia wody

Przejścia fazowe wody

Anomalne właściwości wody Woda, jako jedna z niewielu substancji, nie zwiększa swojej objętości monotonicznie z temperaturą w całym przedziale temperatur od 0 do 100 °C. Poniżej +3,98 °C objętość zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, co wśród ogółu substancji chemicznych jest anomalią (patrz: anomalna rozszerzalność wody). Anomalia spowodowana jest specyficznym kształtem cząsteczki wody oraz istnieniem silnych wiązań wodorowych. Wiązania te nadają wodzie względnie dużą gęstość, a ponadto pękają w obszarze anomalnym, zwiększając nieuporządkowanie wśród cząsteczek, a co za tym idzie, zwiększając również objętość cieczy. Z tego samego powodu objętość wody wzrasta również podczas krzepnięcia – dlatego lód pływa po powierzchni wody, rozsadza naczynia, kruszy spękane skały, niszczy nawierzchnię dróg itp.

Zależność temperatury wody od dostarczonego ciepła

Prądy morskie

Prądy morskie Prądy morskie to olbrzymie rzeki płynące w powierzchniowych warstwach mórz i oceanów. Przenoszą one wielkie masy wody, dochodzące miejscami do 100 mln m3/s (np. Prąd Zatokowy przenosi w ciągu sekundy 625 razy więcej wody niż Amazonka). Prędkość prądów morskich jest różna; największa dochodzi do 10 km/h. Prądy morskie zawdzięczają swe powstanie stałym wiatrom wiejącym w jednym kierunku, czyli pasatom i wiatrom zachodnim. Na ich kierunek dodatkowo wpływają kształty wybrzeży oraz siła Coriolisa.        Wyróżnimy ciepłe i zimne prądy morskie. Ciepłe prądy morskie mają temperaturę wyższą od wód otaczających,zimne prądy morskie mają temperaturę niższą od otaczających wód. Gdy prądy morskie płyną od równika w kierunku wyższych szerokości geograficznych, niosąc wodą cieplejszą od otaczającej, to mamy do czynienia z prądami ciepłymi (np. Prąd Brazylijski, Wschodnioaustralijski). Kiedy zaś płyną od wyższych szerokości geograficznych ku równikowi, niosąc wody chłodniejsze od tych, do których wpadają, to mówimy o prądach zimnych (Kanaryjski, Benguelski, Zachodnioaustralijski).       Układ prądów morskich jest zależny od układu krążenia powietrza. Na półkuli północnej prądy morskie odchylają się w prawo, na południowej w lewo.

El Niño Anomalia pogodowa, powstająca gdy pasaty wiejące nad równikiem zmieniają swój kierunek lub po prostu zanikają. Imieniem El Niño peruwiańscy rybacy nazwali silne wiatry i prądy morskie, które zauważyli w okresie świąt Bożego Narodzenia, a które mają duży wpływ na połowy ryb. Nazwa ta odnosi się do Dzieciątka Jezus. Razem z wiatrami zmienia się układ prądów oceanicznych, a tym samym temperatury wód w określonych miejscach. Wiatry, które poprzednio pchały powstałe nad Pacyfikiem chmury burzowe w kierunku Australii i Indonezji, teraz spychają je na kontynent południowoamerykański, powodując tym samym intensywne opady w Andach. Co prawda w tym okresie w Andach zaczyna się pora deszczowa, lecz opady wywołane przez efekt El Niño są katastrofalnie duże, powodują powodzie oraz spływanie lawin błota. Dodatkowo podnosi się temperatura powietrza, co powoduje topnienie wiecznych śniegów i zanikanie lodowców (jeżeli proces nie ulegnie zahamowaniu większość lodowców na terenie Peru i Boliwii do końca wieku zaniknie) zapewniających dopływ wody do rzek w ciągu całego roku. W zmienionym układzie ciepłe i suche powietrze znajduje się nad Australią, powodując tam susze większe niż zwykle.

El Niño El Niño ogrzewa wody powierzchniowe strefy równikowej wschodniej części tego oceanu, co zachodzi nieregularnie w okresie od dwóch do siedmiu lat i trwa od roku do dwóch lat. Wzdłuż zachodniego wybrzeża Ameryki Południowej wiatry wiejące z południa sprzyjają wypiętrzaniu chłodnych, bogatych w odżywcze składniki warstw wody. Znaczne ławice ryb w tych warunkach znajdują korzystne warunki do rozwoju. To z kolei sprzyja rozwojowi populacji ptactwa, których odchody tworzą pokłady wykorzystywanego jako nawóz rolniczy guana. Pod koniec roku prąd ciepłej, ubogiej w składniki odżywcze wody pochodzenia tropikalnego, zastępuje wody chłodne. Zwykle ocieplenie wód występuje przez kilka tygodni lub nieco ponad miesiąc, po czym cyrkulacja poprawia się i połowy ryb wracają do normy. Jednak gdy El Niño trwa miesiącami, dochodzi do znaczniejszego ocieplenia wód i efekty ekonomiczne mogą być katastrofalne. Gospodarka Peru, która była i jest w znacznym stopniu zależna od wielkości połowów ryb, szczególnie ostro odczuwa negatywne implikacje El Niño.

El Niño

avhrr Advanced Very High Resolution Radiometer (w skrócie AVHRR, pol. zaawansowany radiometr bardzo dużej rozdzielczości) – radiometr umieszczony na orbicie okołoziemskiej na satelitach należących do Narodowej Administracji Oceanu i Atmosfery USA oraz innych organizacji. Instrumenty AVHRR służą do multispektralnych pomiarów promieniowania Ziemi, głównie w obszarze podczerwieni. Dzięki tym pomiarom uzyskuje się informacje m.in. o temperaturze powierzchni oceanu. Temperatura powierzchni oceanu jest istotna w prognozach pogody jak i w ocenie zmian klimatu. AVHRR mierzy emisję powierzchni oceanu w trzech pasmach (pomiędzy 3,5µm – 4µm oraz pomiędzy 10µm i 12,5µm), w których transmisja promieniowania przez atmosferę jest względnie duża. Dla promieniowania podczerwonego, powierzchnia oceanu emituje promieniowanie prawie jak ciało doskonale czarne i dla całkowicie przeźroczystej atmosfery można by wyznaczyć temperaturę bezpośrednio z pomiarów, bez uwzględnienia efektów absorpcji promieniowania podczerwonego w atmosferze. W rzeczywistości para wodna, CO2, CH4, NO2 oraz cząstki zawieszone w atmosferze powodują ekstynkcję promieniowania podczerwonego i należy zastosować poprawkę atmosferyczną w ocenie temperatury oceanu. Zdjęcia satelitarne robione w tym zakresie fal pokazują jasność temperaturową proporcjonalną do temperatury, w jakiej emituje ocean, atmosfera, chmury i cząstki aerozolowe (np. pyły) w atmosferze. Większość algorytmów do oceny temperatury oceanu na podstawie pomiarów satelitarnych w zakresie promieniowania podczerwonego używa przybliżenia

avhrr

Ciało doskonale czarne Pojęcie stosowane w fizyce dla określenia ciała pochłaniającego całkowicie padające na niepromieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania i widma padającego promieniowania. Współczynnik pochłaniania dla takiego ciała jest równy jedności dla dowolnej długości fali.

Prawo kirchhoffa W roku 1859 niemiecki fizyk Gustav Kirchhoff sformułował prawo promieniowania temperaturowego, które prowadzi do wniosku, że zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego będącego w równowadze termodynamicznej zależy wyłącznie od jego temperatury. 

Prawo Stefana-Boltzmanna  opisuje całkowitą moc wypromieniowywaną przez ciało doskonale czarne w danej temperaturze. Zostało opracowane w 1879 przez Jožefa Stefana i Ludwiga Boltzmanna.

Prawo Wiena Prawo opisujące promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez ciało doskonale czarne. Ze wzrostem temperatury widmo promieniowania ciała doskonale czarnego przesuwa się w stronę fal krótszych, zgodnie ze wzorem:

Do naczynia, w którym znajduje się m1 = 2 kg wody o temperaturze t1 = 20 0C, wlewamy m2=1 kg wody o temperaturze t2 = 50 0C. Oblicz temperaturę końcową. Układ jest izolowany termicznie.

W jakim stosunku należy zmieszać wodę o temperaturze t1 = 10 0C z wodą o temperaturze t2= 80 0C aby temperatura końcowa wynosiła t3 = 50 0C ? Układ jest izolowany termicznie.

Do naczynia z wodą o temperaturze t1 = 20 0C wrzucono kawałek żelaza o masie m2 = 0,5 kg i temperaturze t2 = 300 0C. Woda ogrzała się, a żelazo ostudziło do temperatury tk = 80 0C. Ile wody było w naczyniu?

Aluminiowy kalorymetr o masie mk = 0,2 kg zawiera m1 = 0,5 kg wody o temperaturze t1=200C. Do kalorymetru wrzucono kawałek żelaza o masie m3= 0,5 kg. Temperatura podniosła się do tk = 60 0C. Jaka była początkowa temperatura żelaza?

Ciepło dostarczone, by ogrzać lód do temperatury 0C. Oblicz ciepło, jakie należy dostarczyć do 1 g lodu o temperaturze t1 = -30 0C aby zmienić go w stan pary wodnej o temperaturze tk = 100 0C Ciepło dostarczone, by ogrzać lód do temperatury 0C. Ciepło dostarczone, by stopić lód. Ciepło dostarczone, by ogrzać wodę od 0 do 100 0C. Ciepło dostarczone, by woda wyparowała w temperaturze 100 0C.

Ile lodu o temperaturze t0 = 0 0C należy wrzucić do wody, której masa wynosi m1 = 0,25 kg, a temperatura t1 = 60 0C, aby ją oziębić do temperatury t2 = 20 0C? Układ jest izolowany termicznie.

Do miedzianego kalorymetru o masie mk = 0,12 kg, zawierającego m2 = 0,3 kg wody o temperaturze t = 20 0C, wrzucono m3 = 0,02 kg lodu o temperaturze t0 = 0 0C. Oblicz temperaturę końcową mieszaniny.

Badania ciepła właściwego

Badania ciepła właściwego

Badania ciepła właściwego

Badania ciepła właściwego