Б. Суслов - Вода

Рис. 10. Схема паровозного котла.

Станем сжимать влажный пар, в котором по весу содержится половина или больше мелких капель воды. Сделаем это так, чтобы соотношение между количеством пара и жидкости или, как говорят, влажность пара, оставалось неизменным. При сжатии пар окажется пересыщенным и часть его превратится в жидкость. Чтобы сохранить влажность пара прежней, к нему придётся, очевидно, подвести некоторое количество тепла. Сконденсировавшаяся вода снова испарится, и влажность станет прежней. В этом случае подведённая теплота расходуется на испарение воды, что вполне естественно и понятно.

Но если мы возьмём влажный пар, в котором вода составляет меньше половины общего веса, то картина будет совершенно иная. Будем сжимать пар столь быстро, чтобы тепло не успевало приходить к нему извне и уходить от него в окружающее пространство. В этом случае мы заметим, что пар становится суше. Часть содержащейся в нём жидкой воды превращается в пар. Чтобы возвратить пару прежнюю влажность, надо отнять от пара часть тепла, передать его, например, холодной воде. После того как начальная влажность будет восстановлена, измерим температуру пара. Она окажется выше той, которую пар имел до сжатия.

Что же мы получили в результате? Мы сжали пар, потом отняли от него часть тепла и нагрели им воду, но сам пар при этом не остыл, а наоборот, нагрелся.

Не противоречит ли всё это тому, что мы утверждали вначале? Нет. Дело в том, что когда мы сжимаем не слишком влажный пар, мы сообщаем ему энергию. Эта энергия превращается в теплоту. И количество теплоты в этом случае так велико, что её с избытком хватает для поддержания прежней влажности пара при повышенном давлении и более высокой температуре. Избыток тепла мы передаём холодной воде. Таким образом, хотя от пара после сжатия и было отнято тепло, он оказался более нагретым, чем до сжатия. Это явление имеет важное практическое значение, особенно при проектировании паровых машин.

Мы познакомились с некоторыми наиболее интересными и важными свойствами воды и узнали, что вода во многом отличается от других жидкостей. Плотность и теплоёмкость воды изменяются с температурой совсем не так, как это обычно для большинства других веществ. При замерзании в обычных условиях вода не уменьшается в объёме, как почти все другие вещества, а увеличивается. Благодаря этому и поведение воды носит такой своеобразный характер. У воды очень большая удельная теплоёмкость и высокая удельная теплота плавления. Велика и удельная теплота испарения воды.

Однако этим далеко не исчерпываются все особенности воды. Вода выделяется также и по некоторым другим свойствам.

Если все эти отличия не бросаются нам в глаза, то только потому, что с водой мы встречаемся чаще всего и привыкли считать, что вода — самая типичная жидкость.

Слепая вера в воду, как в самое простое вещество, не таящее в себе никаких неожиданностей, нередко направляла исследования учёных по ложному пути и приводила к неверной оценке изучаемых явлений.

Вода имеет ещё одно замечательное свойство — она является лучшим растворителем. Ни одна другая жидкость не может конкурировать с водой по количеству различных веществ, способных в ней растворяться.

С водой как растворителем мы и познакомимся в следующем разделе.

Приходилось ли вам когда-нибудь пить совершенно чистую воду? Можно с уверенностью сказать, что вы не только не пили её, но и никогда не видели. Загляните внутрь пустого самовара, который служил вам много лет. Стенки самовара покрыты серой или желтоватой коркой. Откуда же она взялась? Ведь кроме «чистой» воды в самовар ничего не наливалось.

В том-то и дело, что наливалась не чистая вода. В природе нет чистой воды. Если она где-нибудь и образуется, то очень не надолго. Вода — хороший растворитель. Соприкасаясь с другими веществами, она растворяет их и всюду с ними путешествует, подбирая по дороге новые вещества или поглощая одни и выделяя другие.

Получить совершенно чистую воду — очень трудная задача. Только учёные в своих лабораториях получают иногда такую воду, да и то в очень маленьких количествах.

Из всех природных вод наиболее чистая — дождевая. Но и дождевая вода не является совершенно чистой. Дело в том, что конденсация водяных паров в атмосфере происходит преимущественно на пылинках, смачивающихся водой, на кристалликах солей, попадающих в воздух при испарении брызг морских волн, на некоторых солях, образующихся в самом воздухе под действием солнечных лучей и грозовых разрядов. Таким образом только что возникшая дождевая капля или снежинка уже не является чистой водой. Если собрать немного дождевой воды или расплавить только что выпавший снег, то после отстаивания на дне всегда можно увидеть твёрдый осадок. Это и есть пылинки, принесённые водой из атмосферы. После выпаривания одного литра дождевой воды, собранной даже в горах, вдали от населённых пунктов, получается около четырёх сотых долей грамма сухого остатка. Состав этого остатка бывает различным. В нём есть и соли морской воды, и аммиачная селитра и другие. Если дождь шёл в заводском районе, то в воде содержатся и те вещества, которые попадают в воздух из вентиляционных установок и дымовых труб.

Но не одни твёрдые вещества растворены в дождевой воде. В ней растворяются и газы, например воздух.

Чем выше температура, тем меньше растворённых газов содержит вода. В одном литре дождевой воды при 4 градусах растворено более 30 кубических сантиметров воздуха, а при 15 градусах — около 25 кубических сантиметров.

Различные газы в воде растворяются в разных количествах: одни — больше, другие — меньше. Если собрать воздух, который растворён в воде, то окажется, что его состав будет иной, чем в атмосфере. Он обогащён кислородом. Атмосферный воздух содержит по объёму 78 процентов азота и 21 процент кислорода, а воздух, выделенный из воды, содержит 63 процента азота и 36 процентов кислорода. Это повышенное содержание кислорода в воде очень важно для обитателей водоёмов.

Присутствие кислорода в воде имеет и отрицательное значение. Кислород вредно действует на металлы, соприкасающиеся с водой, способствуя их разрушению. Деятельным помощником кислорода в этом смысле является также углекислота, очень хорошо растворяющаяся в воде.

Самая богатая солями природная вода — морская. В ней встречается более пятидесяти различных химических элементов. Наиболее постоянна по составу океанская вода. Один литр её содержит от 33 до 39 граммов растворённых твёрдых веществ, в том числе около 25 граммов поваренной соли. Вода Чёрного моря в два раза беднее солями — Черноморский бассейн разбавляется большим количеством пресных вод, приносимых Кубанью, Днепром, Бугом, Дунаем и т. д. Особенно богаты солями воды некоторых внутренних морей, — морей, не сообщающихся с океанами. В Мёртвом море, например, в каждом литре воды растворено около 200 граммов поваренной соли.