Chѭѫng 2 Thành phҫn, các tính chҩt vұt lý và hóa hӑc cӫa nѭӟc biӇn Năm 1780 Kavedish và Lavoize ÿã xác lұp ÿѭӧc rҵng chҩt mà chúng ta gӑi là nѭӟc, là mӝt hӧp chҩt hóa hӑc ÿѫn giҧn nhҩt và әn ÿӏnh trong các ÿiӅu kiӋn bình thѭӡng cӫa hyÿrô H và ôxy O, cҩu tҥo tӯ hai nguyên tӱ H và mӝt nguyên tӱ O, hay vӅ tӍ lӋ trӑng lѭӧng - tӯ 11,19 % hyÿrô và 88,81 % ôxy. Ӣ dҥng tinh khiӃt, nѭӟc là chҩt lӓng không màu, không có mùi và vӏ. Trong tӵ nhiên, thӵc tӃ không gһp nѭӟc “tinh khiӃ t ”, vì do nhӳng ÿһc thù cҩu tҥo phân tӱ cӫa mình, nѭӟc có tính chҩt hòa tan rҩt tӕt các hӧp chҩt hóa hӑc và các chҩt khí. Vì vұy nѭӟc tӵ nhiên luôn là mӝt dung dӏch yӃu. Hàm lѭӧng các chҩt hòa tan trong nѭӟc ÿѭӧc gӑi là ÿӝ muӕi cӫa nѭӟc và ÿѭӧc biӇu thӏ bҵng g/kg hay phҫn nghìn (% o). Theo hàm lѭӧng các muӕi, ngѭӡi ta phân chia nѭӟc tӵ nhiên thành bӕn nhóm: nѭӟc ngӑt (ÿӝ muӕi nhӓ hѫn 1 % o), nѭӟc lӧ (1-25 %o), nѭӟc mһn (25-50 %o) và nѭӟc rҩt mһn (nѭӟc muӕi) (hѫn 50 % o). Theo hӋ thӕng phân loҥi này nѭӟc biӇn thuӝc loҥi nѭӟc mһn và chӍ có nѭӟc biӇn ӣ ven bӡ gҫn các cӱa sông lӟn mӟi là nѭӟc lӧ. Sӵ hiӋn diӋn cӫa muӕi trong nѭӟc biӇn tҥo nên mӕi liên hӋ lүn nhau giӳa các tính chҩt vұt lý và hóa hӑc cӫa nó. NӃu nhѭ các tính chҩt vұt lý cӫa nѭӟc cҩt (nѭӟc tinh khiӃt) chӍ phө thuӝc vào nhi Ӌt ÿӝ và áp suҩt, thì các tính chҩt vұt lý cӫa nѭӟc biӇn còn chӏu ҧnh hѭӣng mҥnh cӫa ÿӝ muӕi. Thí dө, ÿӝ muӕi tăng kéo theo sӵ tăng cӫa mұt ÿӝ, ÿӝ nhӟt phân tӱ, hӋ sӕ dãn nӣ nhiӋt, tӕc ÿӝ âm, áp suҩt thҭm thҩu, chӍ sӕ khúc xҥ và ngѭӧc lҥi, làm giҧm nhiӋt dung riêng, nhiӋt ÿӝ ÿóng băng, nhiӋt ÿӝ mұt ÿӝ cӵc ÿҥi, áp suҩt hѫi nѭӟc bên trên mһt biӇn. Ĉӝ muӕi làm cho nѭӟc biӇn có mӝt sӕ tính chҩt mà nѭӟc cҩt không có, nhѭÿӝ dүn ÿiӋn, áp suҩt thҭm thҩu. Vì vұy, ÿӝ muӕi có thӇ ÿӗng thӡi ÿѭӧc xem nhѭ mӝt tham sӕ hóa hӑc và tham sӕ vұt lý. Trong chѭѫng này chӍ xét nhӳng tính chҩt vұt lý cѫ bҧn cӫa nѭӟc biӇn. Mӝt sӕ tí nh chҩt trong ÿó, cө thӇ là các tính chҩt âm hӑc và quang hӑc, có giá trӏ khoa hӑc và thӵc tiӉn rҩt quan trӑng, sӁ ÿѭӧc xét ӣ các chѭѫng riêng. 2.1. Cҩu tҥo phân tӱ cӫa nѭӟc Nhѭÿã biӃt, nhiӅu tính chҩt vұt lý và hóa hӑc cӫa nѭӟc tӵ nhiên là do cҩu trúc phân tӱ nѭӟc gây nên. Ĉѭӧc biӃt, phân tӱ nѭӟc không ÿӕi xӭng: ba hҥt nhân làm thành mӝt tam giác cân vӟi hai hҥt nhân hyÿrô nҵm ӣÿáy và mӝt hҥt nhân ôxy ӣÿӍnh. Góc tҥi ÿӍnh bҵng 104 o 27’, còn chiӅu dài cҥnh, bҵng 8 10960 ,cm, có thӇ chҩp nhұn làm bán kính cӫa phân tӱ. Khӕi lѭӧng 1 phân tӱ gam nѭӟc bҵng 18,02 g và trong ÿó chӭa phân tӱ. Do ÿó, khӕi lѭӧng trung bình mӝt phân tӱ nѭӟc bҵng khoҧng g. Vì mұt ÿӝ nѭӟc tinh khiӃt bҵng 1 g/cm 3 , thӇ tích mӝt phân tӱ sӁ tѭѫng ӭng vӟi 103 cm 3 . NӃu biӇu diӉn các phân tӱ nѭӟc dѭӟi dҥng nhӳng hình cҫu, thì bán kính cӫa chúng xét theo thӇ tích trên sӁ bҵng cm, tӭc nhӓ hѫn nhiӅu so vӟi khoҧng cách bên trong phân tӱ. ĈiӅu này có nghƭa rҵng các phân tӱ H 2 O trong nѭӟc ÿѭӧc “xӃp ÿһt” không gӑn lҳm. 23 100256 , 103 8 1093 23 23 1 , Tùy thuӝc vào trҥng thái pha cӫa nѭӟc mà cҩu trúc phân tӱ H 2 O sӁ khác nhau. Thұt vұy, hѫi nѭӟc chӫ yӃu cҩu tҥo tӯ các phân tӱÿѫn ÿӝc. Trong trҥng thái rҳn (băng) cҩu tҥo nѭӟc trӣ nên có sҳp xӃp trұt tӵ. Trong các tinh thӇ băng nhӳng phân tӱ nѭӟc làm thành mӝt hӋ thӕng lөc giác vӟi các liên hӋ hyÿrô bӅn vӳng. Cҩu trúc nhѭ vұy rҩt xӕp. Nѭӟc ӣ trҥng thái lӓng giӳ vӏ trí trung gian giӳa hѫi nѭӟc và băng, trong ÿó vүn bҧo tӗn các yӃu tӕ cҩu trúc khung phân tӱ “giӕng băng”, còn các chӛ trӕng thì ÿѭӧc làm ÿҫy mӝt phҫn bӣi các phân tӱÿѫn ÿӝc. Vì vұy “sӵ xӃp ÿһt” các phân tӱ trong nѭӟc lӓng ÿã gӑn chһt hѫn so vӟi băng, và sӵ nóng chҧy cӫa băng không làm giҧm, mà làm tăng mұt ÿӝ nѭӟc mӝt cách “dӏ thѭӡng ”. Cҩu tҥo phân cӵc cӫa nѭӟc và ÿiӋn trѭӡng xuҩt hiӋn trong nѭӟc gây 75 76 nên ÿӝ thҩm ÿiӋn môi cao cӫa nѭӟc - mӝt ÿҥi lѭӧng cho biӃt các lӵc tѭѫng tác cӫa các ÿiӋn tích khi chúng ӣ trong nѭӟc sӁ giҧm ÿi bao nhiêu lҫn so vӟi các lӵc tѭѫng tác ÿó khi ӣ trong chân không. Ĉӝ thҩm ÿiӋn môi cao cӫa nѭӟc làm cho nó có khҧ năng ion hóa cao, tӭc khҧ năng phân tách các phân tӱ cӫa nhӳng chҩt khác. ĈiӅu này có nghƭa rҵng nѭӟc là mӝt chҩt hòa tan m ҥnh. Mӛi phân tӱ nѭӟc có mӝt ÿiӋn tích dѭѫng và hai ÿiӋn tích âm có khҧ năng tҥo thành bӕn mӕi liên kӃt hyÿrô, tӭc mӕi liên kӃt cӫa mӝt nhân hyÿrô tích ÿiӋn dѭѫng (proton) liên hӋ hóa hӑc trong mӝt phân tӱ, vӟi mӝt nguyên tӱ ôxy tích ÿiӋn âm thuӝc mӝt phân tӱ khác. Năm 1929 Jack và Jonston phát hiӋn rҵng ngoài các nguyên tӱ ôxy vӟi nguyên tӱ lѭӧng 16 còn có các nguyên tӱ vӟi khӕi lѭӧ ng 1 7 và 18 ( 17 O và 18 O) - các ÿӗng vӏ cӫa ôxy. Nhѭ vұy, trong tӵ nhiên ôxy là hӛn hӧp các nguyên tӱ khác nhau theo tӍ lӋ: 16 O : 18 O : 17 O = 3150 : 5 : 1. Bҧng 2.1. Các hӧp phҫn cӫa nѭӟc (theo Ditrich) ThӇ tích Các phân tӱ nѭӟc % cӫa tәng thӇ tích nѭӟc% cӫa thӇ tích nѭӟc nһng 1 H 2 16 O 99,73 - 1 H 2 18 O 0,20 73,5 1 H 2 17 O 0,04 14,7 1 H 2 16 O 2 H 0,032 11,8 1 H 2 18 O 2 H 0,000 06 0,022 1 H 2 17 O 2 H 0,000 01 0,003 2 H 2 16 O 0,000 003 0,001 2 H 2 18 O 0,000 000 006 0,000 002 2 H 2 17 O 0,000 000 001 0,000 000 3 Năm 1931 Berge và Bliqui phát hiӋn các ÿӗng vӏ cӫa hyÿrô: 2 H - deteri và 3 H - triti. Ngày nay ÿѭӧc biӃt năm ÿӗng vӏ cӫa hyÿrô. Sӵ hiӋn diӋn cӫa các ÿӗng vӏ cӫa ôxy và hyÿrô dүn tӟi chӛ nѭӟc là mӝt hӛn hӧp cӫa tҩt cҧ các hӧp chҩt ÿӗng vӏ cӫa ôxy và hyÿrô. Các phân tӱ nѭӟc tinh khiӃt 1 H 2 16 O làm thành khӕi lѭӧng chính cӫa nѭӟc, tӍ phҫn cӫa chúng bҵng 99,73 % toàn thӇ tích nѭӟc. Phҫn thӇ tích còn lҥi là cӫa các hӧp chҩt phân tӱ cӫa các ÿӗng vӏ cӫa hyÿrô và ôxy trong dҥng các tә hӧp khác nhau (bҧng 2.1) ÿѭӧc gӑi là “nѭӟc nһng”. Bҧng 2.2. So sánh các tính chҩt vұt lý cӫa nѭӟc thѭӡng và nѭӟc nһng hyÿrô (D 2 O) Các tính chҩt vұt lý 2 H 2 16 OD 2 O Mұt ÿӝ tҥi 20 o C, g/cm 3 0,9982 1,1056 NhiӋt ÿӝ mұt ÿӝ lӟn nhҩt, o C411 NhiӋt ÿӝ ÿóng băng, o C 0 3,8 NhiӋt ÿӝ sôi, o C 100 101,42 Hҵng sӕÿiӋn môi tҥi 20 o C (ÿѫn vӏ CGS) 82 80,5 Ĉӝ nhӟt tҥi 20 o C (puazѫ) 0,01082 0,01420 Sӭc căng bӅ mһt, ÿyn/cm 72,75 67,8 Tӯ bҧng 2.1 suy ra rҵng trong nѭӟc nһng các hӧp chҩt phân tӱ 1 H 2 18 O, gӑi là nѭӟc nһng ôxy, chiӃm áp ÿҧo. Các hӧp chҩt phân tӱ 2 H 2 16 O (D 2 O) gӑi là nѭӟc nһng hyÿrô. Các tính chҩt cӫa nѭӟc tinh khiӃt 1 H 2 16 O và các hӧp phҫn nѭӟc nһng rҩt khác nhau. Nhӳng tính chҩt vұt lý cӫa nѭӟc nһng hyÿrô D 2 O ÿѭӧc nghiên cӭu ÿҫy ÿӫ nhҩt (bҧng 2.2). Mұt ÿӝ D 2 O cao hѫn so vӟi H 2 O. Tuy nhiên, nhӳng khác biӋt ÿáng kӇ nhҩt ÿѭӧc nhұn thҩy trong nhiӋt ÿӝ mұt ÿӝ lӟn nhҩt và nhiӋt ÿӝ ÿóng băng. 2.2. Các trҥng thái tә hӧp cӫa nѭӟc và sӵ chuyӇn pha Trong các ÿiӅu kiӋn tӵ nhiên nѭӟc ÿѭӧc thҩy ӣ ba trҥng thái: rҳn (băng và tuyӃt), lӓng (nѭӟc thӵc sӵ) và dҥng khí (hѫi nѭӟc). Nhӳng trҥng thái này cӫa nѭӟc gӑi là nhӳng trҥng thái tә hӧp hay còn gӑi tuҫn tӵ là các pha rҳn, 77 78 lӓng và khí. Nѭӟc là vұt thӇ vұt lý duy nhҩt trên trái ÿҩt cùng lúc tӗn tҥi trong ba trҥng thái tә hӧp. Sӵ biӃn ÿәi trҥng thái tә hӧp cӫa mӝt chҩt gӑi là sӵ biӃn ÿәi (chuyӇn) pha. Trong trѭӡng hӧp chuyӇn pha, các tính chҩt cӫa chҩt (thí dө mұt ÿӝ) biӃn ÿәi mӝt cách ÿӝt biӃn. ChuyӇn pha ÿi kèm vӟi tách ra hay hҩp thө năng lѭӧng, gӑ i là nhiӋt lѭӧng chuyӇn pha, hay ҭn nhiӋt. Graÿien ÿӝ ҭm, thѭӡng ÿѭӧc thӇ hiӋn dѭӟi dҥng áp suҩt riêng phҫn cӫa hѫi nѭӟc, là nhân tӕÿiӅu chӍnh hѭӟng và cѭӡng ÿӝ cӫa các quá trình trao ÿәi ҭm lѭӧng. Thí dө, nӃu tҥi biên phân cách nѭӟc - không khí mà áp suҩt riêng phҫn cӫa hѫi nѭӟc làm bão hòa không gian tҥi áp suҩt khí quyӇn và nhiӋt ÿӝ mһt nѭӟc vѭӧt trӝi áp suҩt riê ng phҫ n cӫa hѫi nѭӟc trong không khí, thì diӉn ra sӵ bӕc hѫi. NӃu graÿien ÿӝ ҭm hѭӟng vӅ phía ngѭӧc lҥi - ngѭng tө nѭӟc tӯ không khí xuӕng mһt nѭӟc. Trong trѭӡng hӧp tәng quát, sӵ biӃn ÿәi nѭӟc tӯ mӝt pha này sang pha khác là do sӵ biӃn ÿәi cӫa nhiӋt ÿӝ và áp suҩt. Mӕi phө thuӝc cӫa trҥng thái tә hӧp cӫa nѭӟc vào hai tham sӕÿã nêu ÿѭӧ c gӑi là biӇu ÿӗ trҥng thái cӫa nѭӟc hay biӇu ÿӗ pha (hình 2.1). Hình 2.1. BiӇu ÿӗ trҥng thái cӫa nѭӟc Ĉѭӡng cong OBB c trên hình 2.1 có tên là ÿ˱ͥng cong nóng ch̫y. Khi chuyӇn qua ÿѭӡng cong này tӯ trái sang phҧi diӉn ra sӵ tan băng, còn tӯ phҧi sang trái - tҥo băng (sӵ tinh thӇ hóa nѭӟc). Ĉѭӡng cong OK gӑi là ÿ˱ͥng cong t̩o h˯i . Khi chuyӇn qua ÿѭӡng cong này tӯ trái sang phҧi sӁ thҩy sӵ sôi cӫa nѭӟc, còn tӯ phҧi sang trái - ngѭng tө hѫi nѭӟc. Ĉѭӡng cong AO gӑi là ÿ˱ͥng cong thăng hoa. Khi chuyӇn qua ÿѭӡng cong này tӯ trái sang phҧi diӉn ra sӵ bӕc hѫi băng (thăng hoa), còn tӯ phҧi sang trái - ngѭng tө hѫi nѭӟc thành pha rҳn (hóa rҳn). Tҥi ÿiӇm,ӭng vӟi áp suҩt 610,6 Pa và nhiӋt ÿӝ 0,01 o C, nѭӟc có thӇ ÿӗng thӡi ӣ trong ba trҥng thái tә hӧp. Vì vұy ÿiӇm này gӑi là ÿi͋m rͅ ba. Ngoài ÿiӇm rӁ ba có thӇ thҩy hai ÿiӇm ÿһc biӋt nӳa. Tҥi ÿiӇm C , ӭng vӟi áp suҩt Pa và nhiӋt ÿӝ 100 o C, nѭӟc sôi và tҥi ÿiӇm O 5 100131 , K vӟi áp suҩt Pa và nhiӋt ÿӝ 374,2 o C hѫi nѭӟc chuyӇn sang trҥng thái lӓng bҵng cách nén. 7 10212, Vұy ta ÿã thҩy vai trò quyӃt ÿӏnh cӫa nhiӋt ÿӝ trong sӵ biӃn ÿәi trҥng thái tә hӧp cӫa nѭӟc. Tuy nhiên, biӃn thiên áp suҩt ӣ mӭc ÿӝ nhҩt ÿӏnh cNJng ҧnh hѭӣng tӟi các quá trình chuyӇn pha cӫa nѭӟc và hành vi cӫa các ÿiӇm ÿһc biӋt. ĈiӅu này ÿһc biӋt rõ vӟi nhiӋt ÿӝ ÿóng băng : trong dҧi biӃn thiên áp suҩt tӯ 610 ÿӃn Pa (1 atm ) nhiӋt ÿӝ ÿóng băng hѫi suy giҧm (tӯ 0,01 ÿӃn 0 o C), sau ÿó khi tăng áp suҩt gҫn ÿӃn Pa (600 atm) nhiӋt ÿӝ này giҧm tӟi và khi áp suҩt t iӃp tөc tăng ÿӃn Pa (2200 atm) nhiӋt ÿӝ ÿóng băng giҧm ÿӃn . Khi áp suҩt rҩt lӟn sӁ tҥo thành nhӳng “biӃn thӇ” ÿһc biӋt cӫa băng ( II VIII) có nhӳng tính chҩt khác vӟi băng bình thѭӡng ( I). 5 100131 , C5 $ 7 106 22 , 8 10 C22 $ 2.3. Các ÿһc trѭng vұt lý cѫ bҧn cӫa nѭӟc biӇn Các tham sӕ vұt lý cѫ bҧn quyӃt ÿӏnh trҥng thái nѭӟc biӇn là nhiӋt ÿӝ, áp suҩt thӫy tƭnh và mұt ÿӝ. Nhѭng nӃu nhiӋt ÿӝ và áp suҩt có thӇ trӵc tiӃp ÿo ÿѭӧc, thì mұt ÿӝ không ÿo ÿѭӧc, mà là mӝt hàm sӕ phi tuyӃn phӭc tҥp cӫa 79 80 nhiӋt ÿӝ, áp suҩt và ÿӝ muӕi. VӅ phía mình, ÿӝ muӕi cNJng là mӝt ÿһc trѭng gián tiӃp và phө thuӝc vào lѭӧng chҩt hòa tan trong nѭӟc. Trên thӵc tӃ tҩt cҧ các tính chҩt nhiӋt hӑc, ÿӝng lӵc hӑc và nhӳng tính chҩt khác cӫa nѭӟc biӇn bӏ quy ÿӏnh bӣi các tham sӕ nêu trên và nhӳng ÿһc ÿiӇm cӫa cҩu tҥo phân tӱ nѭӟc. 2.3.1. NhiӋt ÿӝ nѭӟc NhiӋt ÿӝ trong hҧi dѭѫng hӑc thѭӡng ÿѭӧc ÿo bҵng ÿӝ bách phân ( o C) và sai sӕ chuҭn xác ÿӏnh nhiӋt ÿӝ không nhӓ hѫn 0,01 o C. Trong mӝt sӕ trѭӡng hӧp, thí dө trong các tính toán năng lѭӧng, ngѭӡi ta biӇu thӏ nhiӋt ÿӝ bҵng ÿѫn vӏ cӫa thang nhiӋt ÿӝ tuyӋt ÿӕi (nhiӋt ÿӝng lӵc hӑc) cӫa Kelvin và mӕc tính tӯ không tuyӋt ÿӕi, tӭc T K = T o C + 273,15. Ngѭӡi ta phân biӋt nhiӋt ÿӝ in situ (biӇu diӉn bҵng T ) và nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ T . NhiӋt ÿӝ in situ (có nghƭa là “tҥi chӛ”) là nhiӋt ÿӝ quan trҳc ÿѭӧc tҥi mӝt ÿiӇm tѭѫng ӭng cӫa biӇn bҵng dөng cөÿo. Nhi͏t ÿ͡ th͇ v͓ là nhiӋt ÿӝ cӫa mӝt hҥt nѭӟc tҥi ÿiӇm quan trҳc ÿѭӧc qui ÿoҥn nhiӋt vӅ áp suҩt chuҭn (áp suҩt khí quyӇn), tӭc nhiӋt ÿӝ mà ta có thӇÿã ÿo ÿѭӧc ӣÿiӇm ÿó nӃu nhѭ không có các quá trình phi ÿoҥn nhiӋt. Quá trình phi ÿoҥn nhiӋt là sӵ biӃn ÿәi trҥng thái cӫa hӋ nhiӋt ÿӝng lӵc hӑc diӉn ra trong khi có trao ÿәi nhi Ӌt vӟi môi trѭӡng xung quanh. Trong quá trình ÿoҥn nhiӋt thì không có sӵ trao ÿәi nhiӋt vӟi môi trѭӡng bên ngoài. KӃt quҧ là trong quá trình ÿoҥn nhiӋt, nӝi năng và cùng vӟi nó là nhiӋt ÿӝ cӫa nѭӟc biӃn ÿәi không chӍ do công nén hay dãn nӣ. Khi mӝt thӇ tích nѭӟc hҥ xuӕng tӟi mӝt ÿӝ sâu nào ÿó, nó sӁ bӏ nén và hӋ quҧ là nӝi năng và nhiӋt ÿӝ cӫa nó tăng lên. Nh iӋt ÿӝ th Ӄ vӏÿѭӧc xác ÿӏnh bҵng công thӭc sau: A TT situin ' T , trong ÿó hiӋu chӍnh ÿoҥn nhiӋt, là mӝt hàm phӭc tҥp cӫa nhiӋt ÿӝ, áp suҩt và ÿӝ muӕi. Các trӏ sӕ cӫa ÿã ÿѭӧc lұp bҧng và dүn trong “Bҧng hҧi dѭѫng hӑc”. Trên hình 2.2 dүn ÿӗ thӏ hiӋu chӍnh theo biӃn thiên cӫa nhiӋt ÿӝ in situ và áp suҩt tҥi ÿӝ muӕi ' A T A T' A T' oS % 35 . Trên hình vӁ các ÿѭӡng liӅn ӭng vӟi quá trình nâng ÿoҥn nhiӋt (lҥnh ÿi) cӫa nѭӟc tӯÿӝ sâu P (dba) lên mһt biӇn, còn các ÿѭӡng gҥch nӕi - hҥ xuӕng ÿoҥn nhiӋt (nóng lên) tӯ mһt biӇn tӟi ÿӝ sâu P (dba). Hình 2.2. HiӋu chӍnh ÿoҥn nhiӋt situin T' situin Tphө thuӝc vào nhiӋt ÿӝ quan trҳc và áp suҩt thӫy tƭnh P Ta dүn thí dө tính T nhӡÿӗ thӏ này. Giҧ sӱ tҥi ÿӝ sâu 9 000 dba, C. Khi ÿó hiӋu chӍnh khi nâng nѭӟc lên mһt theo hình 2.3 bҵng C, nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ bҵng C. Bây giӡ, nӃu nѭӟc này chìm xuӕng tӟi ÿӝ 6 000 dba ta có $ 610 A , 'T C $ 52, C , thang chia ÿӝ bên trái ÿѭӧc dùng ÿӇ lҩy giá trӏ cӫa $ 3 situin T A 'T (khi hҥ xuӕ A T' , $ sâu 091, n g $ 911, T và situin T 2 T ). Tӯÿây thҩy rҵӃn ÿәi nhiӋt ÿӝ ÿoҥn nhiӋt trong ÿҥi dѭѫng tӓ ra rҩt ÿáng kӇ. Hѫn nӳa, nhѭ các kӃt quҧ nghiên cӭu thӵc nghiӋm ÿã cho thҩy, phân bӕ thҷng ÿӭng cӫa nhiӋt ÿӝ ӣ các rãnh sâu cӫa Ĉҥi dѭѫng ThӃ giӟi rҩt gҫn vӟi quá trình ÿoҥn nhiӋt. ĈӇ làm thí dө, trên hình 2.3 biӇu diӉn phân bӕ nh iӋt ÿӝ th ӵc và nhiӋt ÿӝ thӃ vӏÿo ÿѭӧc ngày 15-16/5/1930 ӣ rãnh sâu Minÿanao ng bi 81 82 ( ,N049 c OM ng trên hình vӁӭng vӟi biӃn ÿәi nhiӋt ÿӝ ÿoҥn nhiӋt vӟi ÿӝ sâu khi C25,1 o T . Vì ÿ khá trùng vӟi các ÿiӇm nhiӋt ÿӝ quan trҳc, ÿiӅu này chӭng tӓ vӅ quá trình ÿoҥn nhiӋt biӃn ÿәi nhiӋt ÿӝ ӣ rãnh Minÿanao. 06810 ,E15126 c h oo m). Ĉѭӡng co ѭӡng cong Hình 2.3. Phân bӕ theo ÿӝ sâu cӫa các nhiӋt ÿӝ thӵc (1) và thӃ vӏ (2) ӣ rãnh sâu Minÿanao (theo O.I. Mamaev) Khái niӋm nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong phép phân tích nhiӋt muӕi các khӕi nѭӟc, trong ÿӝng lӵc hӑc các dòng chҧy và các chuyên mөc khác cӫa hҧi dѭѫng hӑc. 2.3.2. Áp suҩt thӫy tƭnh Á p suҩt trong ÿҥi dѭѫng biӃn thiên tӯ mӝt atm trên mһt ÿӃn hàng trăm atm ӣ các lӟp sâu. ĈӇ xác ÿӏnh áp suҩt ngѭӡi ta sӱ dөng phѭѫng trình thӫy tƭnh hӑc zdgdP U , (2.1) trong ÿó g gia tӕc rѫi tӵ do, U mұt ÿӝ nѭӟc, z khoҧng cách theo ÿѭӡng thҷng ÿӭng vӟi chiӅu dѭѫng hѭӟng xuӕng phía dѭӟi. Tích phân (2.1) theo phѭѫng thҷng ÿӭng tӯ mһt tӟi ÿӝ sâu h và chҩp nhұn áp suҩt trên mһt bҵng áp suҩt khí quyӇn, ta ÿѭӧc công thӭc sau ÿây ÿӇ tính áp suҩt tҥi ÿӝ sâu : 0 P h ³ h h zdgPP 0 0 U . (2.2) NӃu theo sӕ liӋu quan trҳc ta tính giá trӏ mұt ÿӝ U trung bình trong lӟp và lѭu ý rҵng dao ÿӝng cӫa áp suҩt khí quyӇn nhӓ so vӟi biӃn thiên áp suҩt trong ÿҥi dѭѫng, thì có thӇ xem là không ÿәi, thí dө có thӇ bҵng 0. Khi ÿó, tӯ quan hӋ (2.2) ta sӁ có công thӭc ÿѫn giҧn ÿѭӧc dùng trong thӵc tӃ h0 0 P hgPP h 0 U . (2.3) NӃu ta sӱ dөng giá trӏÿһc trѭng cӫa mұt ÿӝ nѭӟc biӇn bҵng 3 kg/m 3 , tӯ công thӭc (2.3) suy ra tăng ÿӝ sâu lên 1 m tѭѫng ӭng vӟi tăng áp suҩt lên mӝt lѭӧng 10031 , U P G : Pa 10 N/m 100941011003189 4233 uu ,,,P G . (2.4) Vӟi ÿӝ chính xác ÿӫ cho các mөc ÿích thӵc tӃ có thӇ xem rҵng trong ÿҥi dѭѫng gia lѭӧng ÿӝ sâu 1 m tѭѫng ӭng vӟi tăng áp suҩt lên 10 4 N/m 2 . Bjerkness ÿã ÿӅ nghӏ dùng 1 ba = 10 5 N/m 2 làm ÿѫn vӏÿo áp suҩt. Vì tăng ÿӝ sâu lên 1 m tѭѫng ӭng vӟi tăng áp suҩt lên khoҧng 1 dba, nên ÿѫn vӏ thuұn tiӋn hѫn sӁ là ÿêxiba. ĈӇ biӇu diӉn áp suҩt thành ÿêxiba (10 4 N/m 2 ) tӯ các công thӭc (2.3) và (2.4) suy ra: hgP h 4 10 U , (2.5) trong ÿó g tính bҵng m/s 2 , U tính bҵng kg/m 3 và tính bҵng m. h Sӵ tѭѫng ӭng hình thӭc giӳa ÿӝ sâu tính bҵng mét và áp suҩt tính bҵng ÿêxiba (sai khác nhӓ hѫn 2 %) ÿѭӧc dùng trong thӵc tiӉn hҧi dѭѫng hӑc, trong ÿó có “Bҧng hҧi dѭѫng hӑc”, ÿӇ thay thӃ mӝt ÿҥi lѭӧng bҵng mӝt ÿҥi 83 84 lѭӧng khác. Ngoài ra, nhҵm mөc ÿích ÿó còn có thӇ sӱ dөng mӝt quan hӋ thӵc nghiӋm nhұn ÿѭӧc cho ÿҥi dѭѫng chuҭn ( C0 35 o TS và vƭÿӝo ,%) M dѭӟi dҥng: 2632 10212102559251 PPz ,])sin,,([ M , trong ÿó P ÿѭӧc biӇu diӉn bҵng dba, z bҵng m. Công thӭc này ÿúng trong phҥm vi 500-10 000 dba. 2.3.3. Mұt ÿӝ nѭӟc biӇn Nhѭÿã biӃt tӯ vұt lý hӑc, mұt ÿӝ nѭӟc U là khӕi lѭӧng cӫa nó chӭa trong mӝt ÿѫn vӏ thӇ tích. Trong hӋ SI mұt ÿӝ biӇu diӉn bҵng kg/m 3 . Mұt ÿӝ nѭӟc biӇn hѫi cao hѫn mұt ÿӝ nѭӟc ngӑt (bҵng 1000 kg/m 3 , hay 1 g/cm 3 ), ÿó là do ÿӝ muӕi. Ngoài ra, mұt ÿӝ phө thuӝc vào nhiӋt ÿӝ và áp suҩt. Liên hӋ giӳa mұt ÿӝ nѭӟc biӇn và các tham sӕ quyӃt ÿӏnh nó là liên hӋ phi tuyӃn, và thұm chí ÿӃn nay chѭa có mӝt công thӭc lí thuyӃt ÿѫn giҧn ÿӇ biӇu diӉn. Vì vұy thông thѭӡng mұt ÿӝ ÿѭӧc xác ÿӏnh theo các công thӭc thӵc nghiӋm thiӃt lұp sӵ phө thuӝc cӫa nó vào mӝt hoһc m ӝt sӕ tha m sӕ. Nhӳng công thӭc ÿó ÿѭӧc lұp thành bҧng và ÿѭӧc in trong “Bҧng hҧi dѭѫng hӑc”. Các tham sӕ liên hӋ vӟi mұt ÿӝ vұt lý và ÿѭӧc dùng trong hҧi dѭѫng hӑc là thӇ tích riêng và trӑng lѭӧng riêng. ThӇ tích riêng là ÿҥi lѭӧng nghӏch ÿҧo vӟi mұt ÿӝ, tӭc. Thӭ nguyên cӫa thӇ tích riêng biӇu diӉn bҵng m 3 /kg. Dƭ nhiên là các trӏ sӕ thӇ tích riêng cӫa nѭӟc biӇn luôn hѫi nhӓ hѫn 1,000. Thí dө, tҥi nhiӋt ÿӝ C20 o T và ÿӝ muӕi S % v o 1 U v 35 ÿҥi lѭӧng 6 m 3 /kg. 1081975 ,v Trӑng lѭӧng riêng s là tӍ sӕ mұt ÿӝ U cӫa mүu nѭӟc ÿang xét trên mұt ÿӝ cӫa mүu tiêu chuҭn (nѭӟc tinh khiӃt tҥi mұt ÿӝ cӵc ÿҥi) , tӭc m U m s U U . (2.6) Do ÿó, trӑng lѭӧng riêng là ÿҥi lѭӧng không thӭ nguyên. Ĉӝ lӟn cӫa trӑng lѭӧng riêng lӟn hѫn ÿѫn vӏ mӝt chút. Trong mӝt sӕ trѭӡng hӧp trong hҧi dѭѫng hӑc sӱ dөng mұt ÿӝ thӃ vӏ, ÿѭӧc xác ÿӏnh nhѭ mӝt hàm cӫa nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ và ÿӝ muӕi ),( S TUU T . Vì các giá trӏ cӫa mұt ÿӝ nѭӟc ӣ các vùng ÿҥi dѭѫng biӃn thiên tѭѫng ÿӕi ít, nên trong thӵc hành ÿӇ cҳt giҧm sӕ chӳ sӕ biӇu diӉn, ngѭӡi ta ÿѭa ra nhӳng ký hiӋu: - Dӏ thѭӡng mұt ÿӝ (mұt ÿӝ quy ѭӟc): 0001 U V (kg/m 3 ), (2.7) - Dӏ thѭӡng mұt ÿӝ thӃ vӏ: 0001 TT UV (kg/m 3 ), (2.8) - Dӏ thѭӡng trӑng lѭӧng riêng (trӑng lѭӧng riêng quy ѭӟc): ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § 110 3 m T U U V . (2.9) Thí dө, trӏ sӕ 028131, s tѭѫng ӭng vӟi trӑng lѭӧng riêng quy ѭӟc . 1328, T V Giӳa dӏ thѭӡng mұt ÿӝ và dӏ thѭӡng trӑng lѭӧng riêng tӗn tҥi mӝt mӕi liên hӋ xác ÿӏnh. NӃu công thӭc (2.9) viӃt lҥi dѭӟi dҥng mTm UVUU 3 10 , thì thӃ biӇu thӭc này vào công thӭc (2.7), ta ÿѭӧc )( 000110 3 mTm UVUV . (2.10) Tѭѫng tӵ, thay vì thӇ tích riêng ngѭӡi ta sӱ dөng thӇ tích riêng quy ѭӟc: 90010 3 vv T . (2.11) Vұy trӏ sӕ 975810, v tѭѫng ӭng vӟi. ThӇ tích riêng quy ѭӟc in situ, tӭc tҥi nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi và áp suҩt ÿang xét, ÿѭӧc ký hiӋu bҵng . 8175, T v pts v 85 86 Trong tính toán thӵc tӃ, thuұn tiӋn hѫn cҧ là tìm mұt ÿӝ nѭӟc biӇn thông qua thӇ tích riêng quy ѭӟc. Nhҵm mөc ÿích ÿó, có thӇ sӱ dөng “Bҧng hҧi dѭѫng hӑc”. Trѭӟc hӃt nhӡ mӝt bҧng tѭѫng ӭng, theo nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi xác ÿӏnh ÿҥi lѭӧng , sau ÿó t ìm mӝt loҥt các hiӋu chӍnh tính tӟi ҧnh hѭӣng: riêng biӋt cӫa áp suҩt, ÿӗng thӡi cӫa nhiӋt ÿӝ và áp suҩt, ÿӝ muӕi và áp suҩt và hiӋu chӍnh tәng cӝng . KӃt quҧ ta có pts v p G T v tp G sp G pts G ptssptppTpts vv GGGG . (2.12) Ĉôi khi, thay vì các bҧng ÿӇ xác ÿӏnh thӇ tích riêng quy ѭӟc ngѭӡi ta dùng nhӳng ÿӗ thӏ chuyên dөng, gӑi là nhӳng biӇu ÿӗ ST , ӣÿó trong trѭӡng các tӑa ÿӝ “nhiӋt ÿӝ - ÿӝ muӕi” ngѭӡi ta vӁ các ÿѭӡng ÿҷng trӏ (hìn h 2.4). T v Hình 2.4. Mӝt mҧng cӫa toán ÿӗ ST 2.4. Phѭѫng trình trҥng thái cӫa nѭӟc biӇn BiӇu thӭc liên hӋ giӳa các tham sӕ trҥng thái: mұt ÿӝ (hay thӇ tích riêng), nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi và áp suҩt - ÿѭӧc gӑi là phѭѫng trình trҥng thái cӫa nѭӟc biӇn . Dѭӟi dҥng tәng quát, phѭѫng trình trҥng thái có thӇ viӃt nhѭ sau: 0 ),,,( PTSf U hay . (2.13) 0 ),,,( PTSvf T Xuҩt p hát tӯ (2.13) có thӇ lұp biӇu thӭc cӫa vi phân toàn phҫn cӫa thӇ tích riêng nhѭ mӝt hàm cӫa ba biӃn và T v TS, P nhѭ sau: dP P v dT T v dS S v dv TS T PS T PT T T ,,, ¸ ¹ · ¨ © § w w ¸ ¹ · ¨ © § w w ¸ ¹ · ¨ © § w w . (2.14) Ta ÿѭa ra mӝt sӕ hӋ sӕ: - HӋ sӕ giãn nӣ nhiӋt (giãn nӣ thӇ tích) khi áp suҩt và ÿӝ muӕi không ÿәi: PS T T T v v 1 , ¸ ¹ · ¨ © § w w D , (2.15) - HӋ sӕ “nén” do ÿӝ muӕi: T, P T T S v v ¸ ¹ · ¨ © § w w 1 E , (2.16) - HӋ sӕ nén ÿҷng nhiӋt và ÿҷng muӕi: TS T T P v v k 1 , ¸ ¹ · ¨ © § w w . (2.17) Nhӡ nhӳng hӋ sӕ này phѭѫng trình trҥng thái (2.14) có thӇ viӃt lҥi nhѭ sau: kdPdSdTdvv TT ED 1 . (2.18) BiӇu thӭc này là phѭѫng trình trҥng thái dѭӟi dҥng vi phân. Nhѭ vұy mұt ÿӝ nѭӟc trong ÿҥi dѭѫng phө thuӝc phi tuyӃn vào ba tham sӕ: nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi và áp suҩt. Do nhӳng ÿһc ÿiӇm cҩu tҥo phân tӱ và nhӳng tính chҩt dӏ thѭӡng cӫa nѭӟc, phѭѫng trình trҥng thái cӫa nѭӟc rҩt phӭc tҥp và không thӇ biӇu diӉn ÿѭӧc dѭӟi dҥng gi ҧi t ích. ĈӃn nay ÿã có rҩt nhiӅu nhӳng phѭѫng án khác nhau cӫa phѭѫng trình trҥng thái. Tӯÿҫu thӃ kӍ 20 phѭѫng trình trҥng thái ÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn nhҩt là phѭѫng trình trҥng thái cӫa Knudsen - Ekman. Năm 1980 ÿã ÿѭa ra mӝt phѭѫng trình trҥng thái chính xác hѫn, gӑi là phѭѫng trình trҥng thái quӕc tӃ, có dҥng: 87 88 2531 1064387100899410244938 TT W ,,,( UU 34937 1072466510387551024678 ,(),, STT ),,,, / 2423264 108314410654611002271 SSTT (2.19) trong ÿó U tính bҵng kg/m 3 , mұt ÿӝ nѭӟc ÿҥi dѭѫng trung bình tiêu chuҭn, ÿѭӧc dùng làm tiêu chuҭn cӫa nѭӟc tinh khiӃt và ÿѭӧc xác ÿӏnh nhѭ sau: W U 232 100952909107939526842594999 TT W ,,, U 594634 105363326101200831100016851 TTT ,,,. Tuy nhiên khi giҧi quyӃt nhiӅu bài toán thӵc tӃ có thӇ sӱ dөng nhӳng phѭѫng trình trҥng thái ÿѫn giҧn hóa. Chҷng hҥn, phѭѫng trình trҥng thái sau ÿây do O.I. Mamaev ÿӅ xuҩt có thӇ cho ѭӟc lѭӧng khá chính xác mұt ÿӝ: 23 046900735015228101 TT T ,,,)( UV ))(,,( 3500208020 ST . (2.20) Trong mӝt sӕ trѭӡng hӧp, khi ÿѭӧc phép chӍ cҫn ѭӟc lѭӧng gҫn ÿúng vӅ mұt ÿӝ, thì ngѭӡi ta ÿѫn giҧn hóa phѭѫng trình trҥng thái bҵng mӕi phө thuӝc tuyӃn tính vào mӝt sӕ nhân tӕ. Vӟi mөc ÿích này, có thӇ sӱ dөng xҩp xӍ Boussinesq )]([ 00 1 TT DUU , (2.21) trong ÿó bӓ qua phө thuӝc cӫa mұt ÿӝ vào ÿӝ muӕi, hay phѭѫng trình trҥng thái tuyӃn tính dҥng )]()([ 000 1 SSTT EDUU . (2.22) Trong các công thӭc này các trӏ sӕ qu i chiӃu không ÿәi cӫa mұt ÿӝ, nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi, còn các hӋ sӕ 000 ST ,, U D và E thѭӡng ÿѭӧc chҩp nhұn bҵng hҵng sӕ và ÿӕi vӟi nhӳng ÿiӅu kiӋn trung bình bҵng -1o4 C)( 102 D , 4 108 E (%o) -1 . Liên quan tӟi sӵ phân bӕ cӫa mұt ÿӝ trong phѭѫng thҷng ÿӭng cӫa ÿҥi dѭѫng, trong hҧi dѭѫng hӑc ÿã ÿѭa ra nhӳng khái niӋm nhѭÿҥi dѭѫng ÿӗng nhҩt, ÿҥi dѭѫng chính áp và ÿҥi dѭѫng tà áp. Ĉҥi dѭѫng ÿѭӧc coi là ÿӗng nhҩt nӃu mұt ÿӝ nѭӟc không biӃn ÿәi theo chiӅu thҷng ÿӭng tӯ mһt xuӕng ÿáy, tӭc const )(z U . Ĉҥi dѭѫng chính áp là ÿҥi dѭѫng trong ÿó phân bӕ thҷng ÿӭng cӫa mұt ÿӝ chӍ phө thuӝc vào áp suҩt thӫy tƭnh, tӭc )()( Pfz U . Cuӕi cùng, trong ÿҥi dѭѫng tà áp phân bӕ cӫa mұt ÿӝ chӏu ҧnh hѭӣng cӫa tҩt cҧ các tham sӕ trҥng thái: nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi, áp suҩt, tӭc ),,()( PSTFz U . Dƭ nhiên, ÿҥi dѭѫng thӵc là ÿҥi dѭѫng tà áp. Song trong mӝt sӕ trѭӡng hӧp, chӫ yӃu liên quan tӟi xây dӵng các mô hình toán, nhӳng khái niӋm chính áp và ÿӗng nhҩt ÿѭӧc sӱ dөng nhѭ là nhӳng phép ÿѫn giҧn hóa hӳu ích và cҫn thiӃt ÿӕi vӟi các quá trình ÿѭӧc nghiên cӭu. Do tính chҩt phi tuyӃn cӫa mӕi phө thuӝc cӫa mұt ÿӝ vào nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi ÿã xuҩt hiӋ n nhӳng hiӋu ӭn g phi tuyӃn trong các tính chҩt cӫa nѭӟc biӇn. Thí dө, hiӋu ӭng ÿұm ÿһc (hay nén) khi hòa trӝn. Ta xét hiӋu ӭng này thông qua mӝt thí dөÿѫn giҧn sau ÿây. Giҧ sӱ có hai khӕi nѭӟc ÿӗng nhҩt A và L nҵm dѭӟi áp suҩt khí quyӇn tuҫn tӵ vӟi nhiӋt ÿӝ 30 o C, o C và ÿӝ muӕi%o,%o (hình 2.5). A T 51, L T 3635, A S 3827, L S Mұt ÿӝ qui ѭӟc ban ÿҫu cӫa cҧ hai khӕi nѭӟc này bҵng nhau ( 0222 ). Khӕi nѭӟc thӭ nhҩt xҩp xӍ tѭѫng ӭng vӟi nѭӟc trong hҧi lѭu Gѫnstrim, khӕi nѭӟc thӭ hai tѭѫng ӭng vӟi nѭӟc cӫa hҧi lѭu Labraÿo ӣ vùng chúng gһp nhau gҫn bӡ Niuphѫnlan. NӃu nhѭ hai thӇ tích bҵng nhau cӫa hai khӕi nѭӟc này ÿѭӧc trӝn lүn, thì nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi cӫa hӛn hӧp sӁ tuҫn tӵ bҵng : 14,25 o C và 31,18 %o. Theo ÿӗ thӏ hình 2.5 ta thҩy mұt ÿӝ qui ѭӟc ӭng vӟi nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi ÿó sӁ là , giá trӏ này lӟn hѫn mұt ÿӝ ban ÿҫu mӝt lѭӧng . , T V 3823, T V 361, ' T V 89 90 Hình 2.5. Giҧi thích sӵÿұm ÿһc khi hòa trӝn hai khӕi nѭӟc Nhѭ vұy ÿã diӉn ra sӵÿұm ÿһc nѭӟc, nӃu nói vӅ mұt ÿӝ, hay sӵ nén nѭӟc, nӃu nói vӅ thӇ tích riêng. Tuy nhiên, cho ÿӃn tұn ngày nay chúng ta chѭa biӃt ÿҫy ÿӫ vӅ bҧn chҩt vұt lý - hóa hӑc cӫa hiӋu ӭng ÿұm ÿһc. Có thӇ là hiӋu ӭng này liên quan tӟi sӵ tә chӭc lҥi các tә hӧp ÿa phân tӱ trong nѭӟc trong các ÿiӅu kiӋn ÿһc biӋt cӫa c hҩt ÿiӋn phân. HiӋu ӭng ÿұm ÿһc có ҧnh hѭӣng ÿáng kӇ tӟi các quá trình xáo trӝn, hình thành và vұn chuyӇn các khӕi nѭӟc trong ÿҥi dѭѫng, ÿһc biӋt tҥi nhӳng vùng front ÿҥi dѭѫng. 2.5. Các ÿһc trѭng nhiӋt cѫ bҧn cӫa nѭӟc biӇn NhiӋt dung (riêng) cӫa nѭӟc cҩt khi áp suҩt không ÿәi và trong khoҧng nhiӋt ÿӝ tӯ 19,5 ÿӃn 20,5 o C ÿѭӧc chҩp nhұn làm tiêu chuҭn: cal/(g. o C) = 3 10194 , J/(kg. o C). NhiӋt dung cӫa nѭӟc biӇn phө thuӝc vào nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi, ngoài ra khi các ÿһc trѭng này tăng lên thì nhiӋt dung giҧm (bҧng 2.3) ÿӃn 37,5 % o, sau ÿó bҳt ÿҫu tăng lên. 1 p c Nh iӋt dung cӫa nѭӟc lӟn hѫn nhiӋt dung cӫa phҫn lӟn các chҩt. Tình hình này có vai trò hàng ÿҫu ÿӕi vӟi sӵ hình thành các ÿiӅu kiӋn khí hұu trên Trái Ĉҩt. Có thӇ phân tích vai trò cӫa nhiӋt dung lӟn cӫa ÿҥi dѭѫng thông qua thí dө sau ÿây. Bҧng 2.3. NhiӋt dung riêng cӫa nѭӟc biӇn dѭӟi áp suҩt khí quyӇn, 10 3 J / (kg. o C) Ĉӝ muӕi (% o) NhiӋt ÿӝ ( o C) 010203040 0 4,228 4,094 4,018 3,968 3,918 10 4,198 4,064 3,993 3,943 3,893 20 4,186 4,052 3,980 3,930 3,880 30 4,182 4,048 3,976 3,926 3,876 Khi mһt ÿҥi dѭѫng ҩm hѫn không khí bên trên nó, thì không khí ÿѭӧc sѭӣi nóng do tiӃp xúc vӟi mһt ÿҥi dѭѫng. Ta sӁ tính xem mӝt thӇ tích nѭӟc khi nguӝi ÿi 1 o C sӁ sѭӣi nóng ÿѭӧc bao nhiêu thӇ tích không khí. Theo ÿӏnh luұt bҧo toàn năng lѭӧng có thӇ viӃt quan hӋ sau: khÝníc )()( pp VcVc UU , trong ÿó ӣ vӃ trái là mұt ÿӝ, thӇ tích và nhiӋt dung cӫa nѭӟc, còn vӃ phҧi là nhӳng ÿҥi lѭӧng tѭѫng tӵ cӫa không khí. ThӃ các giá trӏ tѭѫng ӭng vào biӇu thӭc này 3 níc 10031 , U kg/m 3 , kg/m 3 , 3 khÝ 1000130 , U 3 10992,0 khÝ p c J/(kg. o C), ta nhұn ÿѭӧc rҵng khi lҥnh ÿi 1 o C mӝt ÿѫn vӏ thӇ tích nѭӟc sӁ sѭӣi nóng gҫn 3200 thӇ tích không khí lên 1 o C. ĈiӅu này chӭng tӓ rҵng khi lҥnh ÿi ÿҥi dѭѫng sӁ truyӅn vào khí quyӇn mӝt lѭӧng nhiӋt to lӟn, bҵng cách ÿó làm ôn hòa khí hұu trên mӝt phҫn rӝng lӟn bӅ mһt trái ÿҩt. NhiӋt dung riêng cӫa nѭӟc khi thӇ tích không ÿәi l uôn nhӓ hѫn và có thӇ ÿѭӧc xác ÿӏnh theo giá trӏ trên cѫ sӣ các tiên ÿӅ thӭ nhҩt và thӭ v c p c p c 91 92 hai cӫa nhiӋt ÿӝng lӵc hӑc và phѭѫng trình trҥng thái. Trong các tính toán, thѭӡng không phҧi giá trӏ tuyӋt ÿӕi cӫa là quan trӑng, mà chính là tӍ sӕ , thí dө, ÿҥi lѭӧn g này ÿѭӧc dùng khi tính tӕc ÿӝ âm trong nѭӟc. v c vp cc / J Ĉӕi vӟi nѭӟc cҩt ӣ nh iӋt ÿӝ mұt ÿӝ lӟn nhҩt cӫa nó (4 o C) và áp suҩt khí quyӇn tiêu chuҭn 1 J . Ĉӕi vӟi nѭӟc biӇn vӟi ÿӝ muӕi 34,85 %o J tăng tӯ 1,0004 tҥi 0 o C tӟi 1,0297 tҥi 30 o C. Khi áp suҩt tăng J sӁ tăng. Thí dө, tҥi 0 o C và áp suҩt 100 dba 0091, J , tҥi áp suҩt 00010 P dba và nhiӋt ÿӝ o C0 T 01251, J . Ĉӝ dүn nhiӋt. Trong vұt lý hӑc ÿӝ dүn nhiӋt ÿѭӧc hiӇu là lѭӧng nhiӋt ÿѭӧc mang qua mӝt diӋn tích ÿѫn vӏ vuông góc vӟi hѭӟng cӫa graÿien nhiӋt ÿӝ trong mӝt ÿѫn vӏ thӡi gian, khi graÿien nhiӋt ÿӝ bҵng 1. Ĉӝ dүn nhiӋt ÿѭӧc ÿһc trѭng hoһc bҵng hӋ sӕ dүn nhiӋt phân tӱ F , khi sӵ truyӅn nhiӋt ÿѭӧc thӵc hiӋn bӣi các phân tӱ nѭӟc trong chuyӇn ÿӝng hӛn loҥn cӫa chúng, hoһc bҵng hӋ sӕ dүn nhiӋt rӕi, khi sӵ truyӅn nhiӋt diӉn do chuyӇn ÿӝng cuӝn xoáy trong nѭӟc. HӋ sӕ dүn nhiӋt rӕi phө thuӝc không chӍ vào nhӳng tính chҩt vұt lý cӫa nѭӟc biӇn, mà ӣ mӭc ÿӝ ÿáng kӇ hѫn vào nhӳ ng ÿһc trѭng ÿӝng lӵc hӑc: tӕc ÿӝ, qui mô rӕi, ÿӝ әn ÿӏnh cӫa các lӟp nѭӟc v.v Sӵ dүn nhiӋt phân tӱ trong ÿҥi dѭѫng biӇu lӝ trong nhӳng trѭӡng hӧp khi nѭӟc bҩt ÿӝng hay khi quan trҳc thҩy sӵ chuyӇn ÿӝng phân lӟp cӫa các phҫn tӱ nѭӟc. Ĉӕi vӟi ÿҥi dѭѫng thì chuyӇn ÿӝng rӕi là ÿһc trѭng. Trong ÿó hӋ s ӕ dүn nhiӋt rӕi biӃn ÿәi t rong nhӳng giӟi hҥn rҩt rӝng và có thӇ vѭӧt trӝi hӋ sӕ dүn nhiӋt phân tӱ mӝt sӕ bұc. Ĉӝ dүn nhiӋt liên quan vӟi ÿӝ dүn nhiӋt ÿӝ cӫa nѭӟc biӇn. Ĉӝ dүn nhiӋt ÿӝ ÿһc trѭng cho tӕc ÿӝ vұn chuyӇn nhiӋt. Nó có thӭ nguyên m 2 /s và ÿѭӧc xác ÿӏnh tӯ tӍ sӕ giӳa hӋ sӕ dүn nhiӋt cӫa nѭӟc và nhiӋt dung khi áp suҩt không ÿәi và mұt ÿӝ p c U . HӋ sӕ dүn nhiӋt ÿӝ phө thuӝc yӃu vào nhiӋt ÿӝ. NhiӋt lѭӧng bӕc hѫi (ngѭng tө). NhiӋt lѭӧng bӕc hѫi ÿѭӧc xác ÿӏnh bҵng lѭӧng nhiӋt chi phí cho bӕc hѫi 1 kg nѭӟc thành hѫi nѭӟc có cùng nhiӋt ÿӝ. Lѭӧng nhiӋt cNJng bҵng ngҫn ҩy, ÿѭӧc tӓa ra khi ngѭng tө 1 kg hѫi nѭӟc, gӑi là nhiӋt lѭӧng ngѭng tө. Vì các giá trӏ nhiӋt lѭӧng bӕc hѫi cӫa nѭӟc biӇn và nѭӟc cҩt rҩt ít khác nhau, nên trong các tính toán thӵc tӃ ngѭӡi ta sӱ dө ng công thӭc sa u: TL 3346722495 , (kJ/kg). NhiӋt lѭӧng ÿóng băng (nóng chҧy). NhiӋt lѭӧng ÿóng băng (tinh thӇ hóa) ÿѭӧc xác ÿӏnh bҵng lѭӧng nhiӋt tӓa ra khi chuyӇn mӝt gam nѭӟc thành băng có cùng nhiӋt ÿӝ. NhiӋt lѭӧng nóng chҧy (tan băng) là lѭӧng nhiӋt bӏ chi phí khi chuyӇn mӝt gam băng thành nѭӟc có cùng nhiӋt ÿӝ. Hai ÿҥi lѭӧng này bҵng nhau. Ĉӕi vӟi nѭӟc ngӑt tҥi 0 o C nhiӋt lѭӧng ÿóng băng (nóng chҧy) bҵng 79,67 cal/g, hay 333,56 kJ/kg. Ĉӕi vӟi nѭӟc biӇn, sӵ tan băng diӉn ra trong khi nhiӋt ÿӝ liên tөc tăng, vì vұy chúng ta không nên nói vӅ nhiӋt lѭӧng nóng chҧy, mà vӅ lѭӧng nhiӋt cҫn thiӃt ÿӇ làm tan 1 kg băng biӇn vӟi nhiӋt ÿӝ ban ÿҫu t . Lѭӧng nhiӋt này ÿѭӧc chi phí ÿӇ làm nóng chҧy lѭӧng băng tinh khiӃt chӭa trong 1 kg băng biӇn và ÿӗng thӡi làm tăng nhiӋt ÿӝ băng tinh khiӃt và nѭӟc muӕi tҥo thành trong khi tan băng. Trong bҧng 2.4 dүn nhӳng giá trӏѭӟc lѭӧng vӅ lѭӧng nhiӋt cҫn thiӃt ÿӇ làm tan 1 kg băng biӇn tùy thuӝc vào nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi cӫa nó. Bҧng 2.4. Lѭӧng nhiӋt cҫn thiӃt ÿӇ làm tan 1 kg băng biӇn vӟi nhiӋt ÿӝ T và ÿӝ muӕi (J/kg) S Ĉӝ muӕi (%o) NhiӋt ÿӝ ( o C) 0 4 10 15 -1 334,9 268,0 159,1 71,2 -5 347,5 326,6 301,4 280,5 -10 355,9 355,9 330,8 318,2 93 94 [...]... , Na , Mg 2 , SO 2 , Ca 2 , K , Br , HCO 3 , Sr 2 , F và axit boric 4 H 3 BO 3 không phân li b ng 47,8 10 15 t n 11 nguyên t này làm thành o ( C) Nhi t c 13,45 590 000 34,04 4 42 000 28 ,85 411 000 He 9,41 8,97 8, 82 8,73 8,64 O2 49,10 38,16 34 ,24 31,05 26 ,30 SO2 79 800 56 600 47 300 39 400 27 20 0 H2S 4 620 3 360 2 910 2 550 20 10 CO2 Co 1 716 30,04 1 190 24 ,15 1 009,5 21 , 92 865 663,3 18,87 20 ,40 107 99,9993... %o 3 10,67869 R15 ây R15 2 12, 808 32 R15 26 ,29 720 R15 4 5,98 624 R15 5 1, 323 11 R15 d n i nt C mÉu / C 35% o ng (2. 33) i t i nhi t 15oC và áp su t khí quy n tiêu chu n Sai s tính mu i theo công th c (2. 33) qua clo và xác nh mu i b ng công th c s li u v R15 so v i chu n (2. 31) b ng kho ng 0,008 %o Theo công th c (3.33) ã l p ra các b ng d n i n sang mu i trong d i S t 2, 8 n 42 %o chuy n t Nh ã bi t, n... 2 2 K 2 Cl 1 ,28 35 2. 10 .2 Các nguyên t vi l 0,5599 0,5 422 0,0079 i 1,7584 0,4083 N ng và t ng kh i l ng c a các h p ph n chính t i mu i trung bình i d ng Th gi i d n trong b ng 2. 6 D dàng th y r ng t ng các ion Cl và Na b ng h n 85 % n ng t ng c ng c a 11 h p ph n chính 14, 623 5 0,3958 Mg Sr N ng (g/kg) 0,0108 19,1 929 2, 6899 3,68 52 HCO 3 0,14 12 0,1934 Br 0,0668 0,0915 F H 3 BO 3 0,0013 0,0018 0, 025 4 ng... ng 2. 9 ng chính B ng 2. 9 N ng trung bình và tr l ng các nguyên t dinh d trong các i d ng (theo S.V Bruevich và V.I Ivanhenkov) id ng N ng trung bình (mg/l) Tr l ng ( 10 ng 11 t n) Si B c B ng D ng i Tây D ng n D ng Thái Bình D ng i d ng Th gi i N P Si N P 0, 42 1,15 1,90 2, 72 2,13 0,08 0,31 0,47 0,45 0,45 0,03 0,06 0,07 0,08 0,08 0,07 3,88 5,55 29 ,18 29 ,18 0,013 1,047 1,3 72 6, 123 6, 123 0,005 0 ,20 0 0 ,20 4... khí (N2, O2, CO2 và Ar) b ng g n 99% t ng kh i l ng các ch t khí hòa tan trong i d ng Th gi i Trong b ng 2. 7 d n nh ng giá tr c l ng n ng c a các ch t khí ã nêu ph thu c vào nhi t , t i giá tr mu i trung bình b ng 35 %o B ng 2. 7 N ng (ml/l) các ch t khí hòa tan trong n Nhi t Ch t khí 0 10 c bi n t i mu i 35 %o o ( C) 20 30 Nit (N2) 14,17 11,41 10,49 9,13 Ôxy (O2) 8,05 6, 32 5,17 0,43 0 ,29 0 ,22 0,16... Nhi t Ch t khí 0 10 c bi n t i mu i 35 %o o ( C) 20 30 Nit (N2) 14,17 11,41 10,49 9,13 Ôxy (O2) 8,05 6, 32 5,17 0,43 0 ,29 0 ,22 0,16 Acgon (Ar) 0,41 0,31 0 ,25 0 ,21 c 54,8 - 3,4 0 ,2 154,0 c 9 Chi (10 t n) - 21 2,4 61,4 151,0 21 2,4 4,135 Khí cacbonic (CO2) ng Th gi i Nh p (109 t n) Các thành ph n cân b ng H p th t khí quy n khi n ch a bão hòa ôxy T n cm a T n c sông Hình thành trong quang h p Tách vào khí... S 24 ,7 %o thì khi n c bi n b ngu i l nh do trao i nhi t v i khí quy n, s xáo tr n th ng ng không k t thúc và luôn duy trì các dòng n c sâu m i lên phía m t, c n tr quá trình t o b ng trên m t bi n i c a tm N u nh theo công th c th c nghi m c a Knudsen và Crummel tm 0,0001S 2 3,95 0,2S còn n u tính t i áp su t thì xác Koldwell: tm 0,000 02 S 3 , (2. 29) nh theo công th c chính xác h n c a 3,9 82 0 ,22 29... Cacbon vô c trong n c bi n t n t i b n tr ng thái: d i d ng khí hòa tan CO2, axit cacbonic H2CO3, các ion cacbonat ( HCO 3 ) và bicacbonat ng khác 111 ( CO 2 ) Nh ng h p ch t này liên h qua l i v i nhau và cùng t o thành h 2 cacbonat, c s c a h này là s 1 12 phân li hai giai o n c a axit cacbonic: CO 2 H2O H 2 CO 3 H HCO 3 H 2 CO 3 T t c các ch t th sinh c a axit cacbonic ng th i t n t i trong dung... chính xác h n c a 3,9 82 0 ,22 29 S 0, 020 04 P (1 0,00376 S ) (1 0,0004 02 P) , (2. 30) Hình 2. 7 Ph thu c c a nhi t óng b ng t và nhi t m t trong ó P áp su t, tính b ng ba Trên hình 2. 7 d n các ng cong t và t m ph thu c vào l n nh t t m vào mu i Nh ng ng cong này giao nhau t i i m v i các c tr ng T 1,3 32 o C t m cao h n t và S 24 ,695 %o Khi mu i th p h n 24 ,695 %o nhi t 2. 8 Nh ng d th và n c nh v y có tính... chuy n ng c a n 2. 7 Nhi t m t c c i S b sung mu i vào n c tinh khi t làm gi m m nh i m óng b ng c a dung d ch mu i S ph thu c c a i m óng b ng vào mu i ã c Helland-Hansen xác l p t nhi u th p niên tr c và c bi u di n b ng công th c sau: t c bi n - là 99 óng b ng và nhi t 100 0,003 0,0 527 S 0,00004 S 2 0,0000004 S 3 (2. 27) T công th c này suy ra r ng v i mu i c tr ng c a các vùng c c S 32 %o n c m t óng . 8, 82 8,73 O 2 49,10 8,16 24 31,05 6,303 34, 2 SO 2 79 8 6 3 4 20 0 56 00 47 00 39 00 27 00 H 2 S 4 620 3 360 2 910 2 550 20 10 CO 2 1 716 1190 1 009,5 865 663,3 Co 30,04 24 ,15 21 , 92 20,40 18,87. 73,5 1 H 2 17 O 0,04 14,7 1 H 2 16 O 2 H 0,0 32 11,8 1 H 2 18 O 2 H 0,000 06 0, 022 1 H 2 17 O 2 H 0,000 01 0,003 2 H 2 16 O 0,000 003 0,001 2 H 2 18 O 0,000 000 006 0,000 0 02 2 H 2 17 O 0,000 000 001 0,000. tr dѭѫng 10 15 tҩn Na 110,6741 4, 623 5 2 Mg 1 ,28 35 1,7584 2 Ca 0,4083 0,5599 K 0,3958 0,5 422 2 Sr 0,0079 0,0108 Cl 129 ,1 929 6 ,29 43 2 4 SO 2, 6899 3,68 52 HCO 3 0,14 12 0,1934 Br 0,0668 0,0915