в сервисе для передачи показаний счетчиков воды и тепла появились новые функции / Новости города / Сайт Москвы

В сервисе для передачи показаний счетчиков воды и тепла на портале mos.ru появились новые возможности. Теперь москвичи могут получить индивидуальную статистику по расходу горячей и холодной воды в своей квартире, а также сравнить личный уровень потребления воды со средним показателем по городу.

Новый функционал стал частью масштабного городского проекта по сокращению потребления воды. Чтобы жители могли оценить реальный расход воды в квартире, в сервисе появился соответствующий график. Он формируется на основе переданных показаний и отображает объем расхода воды за последние месяцы.

«В графике горожане могут ознакомиться с точными значениями потребления в каждом месяце и оценить уровень расхода воды в своей квартире. Если показатели превышают средние значения по городу, система отображает простые советы, которые помогут относиться к воде более осознанно, бережно и, как следствие, экономить на оплате коммунальных услуг», — рассказал заместитель руководителя Департамента информационных технологий Москвы Максим Алексашкин. 

Также в сервисе появилась возможность переименовывать счетчики. Например, назвав их в зависимости от расположения в квартире — «Ванная комната» или «Кухня». Если пользователи передают показания за пожилых родственников, то можно выбрать код плательщика, например родителей, из личного кабинета и при необходимости переименовать счетчики. При помощи таких простых доработок станет удобнее и легче ориентироваться при передаче показаний онлайн.

Ранее в едином платежном документе начали размещать QR-код, отсканировав который можно посмотреть интерактивную презентацию. Жителям демонстрируют, какой путь проходит вода, прежде чем попасть в дома. Также пользователям предлагают пройти тест, чтобы проверить, насколько разумно они используют воду.

Рекомендации по экономии воды разработаны при участии Департамента жилищно-коммунального хозяйства Москвы и АО «Мосводоканал». Один из советов — закрывать кран во время чистки зубов. Делая это, можно сохранить свыше одной тысячи литров воды в месяц. А если принимать душ вместо ванны, то можно сэкономить около шести тысяч литров в месяц — такого количества воды хватит, чтобы наполнить домашний бассейн на пять человек.

Как получить индивидуальный график расхода воды 

Индивидуальный график потребления воды рассчитывается исходя из показателей, переданных в течение года. Для подачи показаний необходимо зарегистрироваться или авторизоваться на портале mos.ru и воспользоваться сервисом «Передача показаний счетчиков воды и тепла». Его обновили в конце января, и теперь жители домов, где установлены квартирные приборы учета тепловой энергии, могут передавать сведения счетчиков тепла в таком же удобном формате. С начала года сервисом воспользовались более полумиллиона раз.

Найти сервис можно в каталоге услуг портала mos.ru, в разделе «Жилье, ЖКУ, двор». 

Для удобства пользователей периоды передачи показаний приборов учета воды и тепла едины — с 15 числа текущего месяца по третье число следующего. Это позволяет жителям не путаться в датах и передавать сведения обоих счетчиков сразу. Вместе с тем, в случае когда затраты на тепло равномерно распределяются в течение года, то подача показаний возможна в любой день до 25 января следующего года.

Для удобства пользователей можно выбрать два варианта подачи сведений приборов учета воды и тепла, а также два варианта оплаты. В первом случае передавать показания и производить оплату можно ежемесячно с 15-го числа текущего месяца по третье число следующего. Это позволяет жителям не путаться в датах и передавать сведения обоих счетчиков сразу. Во втором случае пользователь может передавать показания счетчиков и производить оплату в любой день месяца до 25 января следующего года. Такой вариант удобен тогда, когда траты на тепло равномерно распределяются в течение года.

Кроме того, сервисы для передачи показаний счетчиков воды доступны в мобильных приложениях «Моя Москва» и «Госуслуги Москвы». Также это можно сделать с помощью СМС, отправив сообщение на короткий номер 7377, или позвонить по телефону: +7 (495) 539-25-25.

Счетчики воды установлены более чем в четырех миллионах московских квартир. Всего каждый месяц горожане передают сведения с более восьми миллионов приборов учета воды.

Как передать показания счетчиков за воду и электроэнергию в Челябинске 2021

Каждый месяц до 25 числа включительно челябинцам нужно передать показания за холодную и горячую воду и электроэнергию. Одни делают это через личный кабинет, другие — по телефону-автоответчику, а третьи — через приложения! Подробнее обо всех вариантах рассказываем ниже.

Кому передать показания за электроэнергию?

В Челябинске поставщиком электроэнергии с 2020 года является «Уралэнергосбыт». Передать показания напрямую компании можно четырьмя способами:

1. Через личный кабинет, где нужно зарегистрироваться через номер телефон.

Скриншот: «Уралэнергосбыт»

Откройте вкладку «Показания», вбейте число в поле и нажмите кнопку «Отправить показания».

2. На сайте, но без регистрации.

Скриншот: «Уралэнергосбыт»

Введите номер лицевого счета с квитанции, выберите тип прибора учета — одно- или двухтарифный, введите показания и нажмите кнопку «Отправить».

3. По телефону-автоответчику.

Наберите номер (351) 214-71-14, введите номер лицевого счета и значок «#», выберите тип прибора учета через клавиши «1» и «2», введите показания. Если робот верно повторит данные, нажмите «*».

4. По телефону горячей линии.

То же самое можно сделать и по этому номеру 8 800 222-25-00. Только после набора необходимо нажать «0». Остальные действия дублируют инструкцию по показаниям счетчиков электроэнергии через телефон-автоответчик.

5. Во время оплаты счетов.

Передать показания можно и в то время, когда вы оплачиваете счета. Только это нужно делать до 10 числа каждого месяца, иначе начислят пени. Показания принимают в СберБанке, на Почте России и в системе «Город». Но будьте внимательны: некоторые сервисы берут комиссию.

6. В офисах «Уралэнергосбыт».

Как вариант – прийти в ближайший из семи расчетных центров:

Куда передать показания счетчиков горячей воды?

С 2018 года тепло и горячую воду в квартиры пускает «УСТЭК». Так что показания счетчиков горячей воды нужно отправлять туда:

1. Через личный кабинет – с регистрацией и без.

Скриншот: «УСТЭК»

Если на экране житель выберет форму слева, ему нужно будет привязать лицевой счет, номер дома и квартиры. Затем стоит выбрать вкладку «Передать показания», вбить данные в поле «Новые показания» и нажать зеленую кнопку.

Скриншот: «УСТЭК»

Если на регистрацию времени нет, то выбирайте правую форму. Тогда сайт сразу предложит ввести данные о лицевом счете, доме и квартире, а потом и сами показания.

Скриншот: «УСТЭК»

2. По телефону-автоответчику.

Номер у «УСТЭК» тот же, что и в «Уралэнергосбыте»: (351) 214-71-14. Жителю нужно совершить те же действия, только пункт с прибором учета нужно пропустить.

3. Во время оплаты счетов.

4. В офисах «Уралэнергосбыта».

6. По WhatsApp.

Напишите на номер 8 902 028-43-39, что хотите передать показания. Оператор попросит выслать лицевой счет или адрес и показания и сам внесет их в базу.

Куда передать показания за холодную воду и водоотведение?

В МУП «ПОВВ» следует передать показания и по горячей, и по холодной воде. Хоть компания и не подает ГВС, она занимается водоотведением. А для этого сотрудникам нужно понимать общее количество воды, которое житель потратил за месяц. Передать данные можно следующими способами:

1. Через сайт.

Скриншот: МУП «ПОВВ»

Введите данные о лицевом счете, номере дома и квартиры, заполните поля «Новые показания» в строках по ГВС и ХВС и нажмите синюю кнопку.

2. Через мобильное приложение «Личный кабинет МУП ПОВВ» с регистрацией по электронной почте.

Скришот: «Личный кабинет МУП ПОВВ»

Нажмите четыре точки по центру экрана, чтобы провалиться в меню, перейдите во вкладку «Передать показания» и введите данные в два поля по ГВС и ХВС. Чтобы отправить показания, нажмите оранжевую кнопку.

3. Во время оплаты счетов.

Если останутся вопросы, звоните в ресурсоснабжающие организации. Телефоны указаны на сайтах «Уралэнергосбыта», «УСТЭКа» и МУП «ПОВВ».

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Пришли единые квитанции за свет, тепло и воду: 5 вопросов о новом поставщике.

К ЧИТАТЕЛЯМ

Присылайте сообщения в соцсетях ВКонтакте, Facebook, Одноклассники.

Viber/WhatsApp: +7-904-934-65-77

Также у нас есть канал на Яндекс.Дзен и Телеграм

Почта: [email protected]

Передать показания счетчиков можно через сайт водоканала БАРНАУЛ :: Официальный сайт города

Порядок приема и рассмотрения обращений

Все обращения поступают в отдел по работе с обращениями граждан организационно-контрольного комитета администрации города Барнаула и рассматриваются в соответствии с Федеральным Законом от 2 мая 2006 года № 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации», законом Алтайского края от 29.12.2006 № 152-ЗС «О рассмотрении обращений граждан Российской Федерации на территории Алтайского края», постановлением администрации города Барнаула от 21.08.2013 № 2875 «Об утверждении Порядка ведения делопроизводства по обращениям граждан, объединений граждан, в том числе юридических лиц, организации их рассмотрения в администрации города, органах администрации города, иных органах местного самоуправления, муниципальных учреждениях, предприятиях».

Прием письменных обращений граждан, объединений граждан, в том числе юридических лиц принимаются по адресу: 656043, г.Барнаул, ул.Гоголя, 48, каб.114.

График приема документов: понедельник –четверг с 08.00 до 17.00, пятница с 08.00 до 16.00, перерыв с 11.30 до 12.18. При приеме документов проводится проверка пунктов, предусмотренных ст.7 Федерального закона от 02.05.2006 № 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации»:

1. Гражданин в своем письменном обращении в обязательном порядке указывает либо наименование государственного органа или органа местного самоуправления, в которые направляет письменное обращение, либо фамилию, имя, отчество соответствующего должностного лица, либо должность соответствующего лица, а также свои фамилию, имя, отчество (последнее — при наличии), почтовый адрес, по которому должны быть направлены ответ, уведомление о переадресации обращения, излагает суть предложения, заявления или жалобы, ставит личную подпись и дату.

2.  В случае необходимости в подтверждение своих доводов гражданин прилагает к письменному обращению документы и материалы либо их копии.

3.  Обращение, поступившее в государственный орган, орган местного самоуправления или должностному лицу в форме электронного документа, подлежит рассмотрению в порядке, установленном настоящим Федеральным законом.

В обращении гражданин в обязательном порядке указывает свои фамилию, имя, отчество (последнее — при наличии), адрес электронной почты. Гражданин вправе приложить к такому обращению необходимые документы.

В соответствии со статьей 12 Федерального закона от 2 мая 2006 года № 59-ФЗ письменное обращение, поступившее в государственный орган, орган местного самоуправления или должностному лицу рассматривается в течение 

30 дней со дня его регистрации.

Ответ на электронное обращение направляется в форме электронного документа по адресу электронной почты, указанному в обращении, или в письменной форме по почтовому адресу, указанному в обращении.

Итоги работы с обращениями граждан в администрации города Барнаула размещены на интернет-странице организационно-контрольного комитета.

Как передать показания счетчика воды в Уфе — Как передать показания счетчика воды? — Вода — Справочник

30.11.2018

Вода / Счетчики холодной и горячей воды

Проще всего показания счетчиков воды в Уфе передать через городской «Единый расчетно-кассовый центр». Показания необходимо передавать до 25 числа текущего месяца.

Показания счетчика воды через ЕРКЦ Уфы

Передать показания можно одним из следующих способов:

• Центр обработки звонков МУП ЕРКЦ г.Уфы – тел.: 246-50-00, 8 800 775 776 1;
• Специальный контейнер для приема показаний в территориальных отделениях МУП ЕРКЦ г.Уфы по месту жительства;
• Заполнив форму в разделе «Передать показания» на сайте МУП ЕРКЦ г.Уфы erkcufa.ru;
• В разделе «Личный кабинет» на сайте МУП ЕРКЦ г.Уфы для зарегистрированных пользователей. Зарегистрироваться можно on-line на сайте ERKCUFA.RU, заполнив соответствующую форму;
• Через группу печати и ввода платежей по тел.: 239-53-19, 292-48-55, 292-39-15

Регистрация в «Личном кабинете» на сайте ЕРКЦ Уфы 

В Личном кабинете на сайте ЕРКЦ Уфы можно зарегистрироваться двумя способами:

— Придя лично в отделение ЕРКЦ по месту жительства. С собой необходимо иметь паспорт, являться собственником или нанимателем жилого помещения. После проверки документов будет выдан логин и пароль.

— Самостоятельно, через сайт. Для этого необходимо знать номер лицевого счета, дату и сумму любого платежа за последние 30 дней. При этом логин и пароль житель создает сам.

 

Вход на страницу регистрации в «Личном кабинете» на сайте ЕРКЦ Уфы находится по этой ссылке.

Как передать показания счетчиков холодной воды собственникам частных домов?

Собственники частных домов и квартире, имеющие прямой договор с МУП «Уфаводоканал» могут передать показания с помощью сервиса «Личный кабинет» на сайте водоканала. Ссылка — http://www.ufavodokanal.ru/personal/

Для получения доступа к Личному кабинету необходимо обратиться по адресу г.Уфа, ул. Российская 157/2, к.128 (касса), при себе иметь паспорт.

В личном кабинете абонент «Уфаводоканала» сможет посмотреть состояние своего лицевого счета, сформировать отчет о начислениях за предыдущие периоды, передать показания счетчиков, направить заявку на прием прибора учета, посмотреть информацию обо всех своих заявках.

Показания счетчиков горячей воды

Показания приборов учета горячей воды и тепловой энергии можно передать через сайт МУП «Уфимский инженерные сети». Для этого необходимо зарегистрироваться в Личном кабинете. Входы в него — https://cabinet.mup-uis.ru/

Почему показания счетчика воды необходимо передавать непременно в какой-то ограниченный период времени?

Это один из часто задаваемых вопросов – почему показания надо передать именно, скажем, с 18 по 25 число?

Жесткой нормы с требованием передать показаний счетчика в какой-то конкретный срок действующее законодательство не содержит. В   «Правилах предоставления коммунальных услуг» говорится лишь, что сроки передачи показаний счетчика должны определяться в договоре предоставления услуг.

На практике коммунальщики вводят эти требования, поскольку сбор показаний с квартирных счетчиков необходимо синхронизировать с передачей данных по общедомовому прибору учета.

Тут надо понимать логику расчета платы за воду: жильцам выставляются платежки и за квартирное потребление и общедомовое. Общедомовое в данном случае – это разница между суммой показаний всех индивидуальных счетчиков и показаниями общедомового прибора учета.

Если показания квартирных счетчиков собраны не все и не одновременно, то объемы воды, которая зачислятся в общедомовые расходы увеличивается. А дальше они   «раскидываются» на все квартиры, пропорционально их площади.

Получается, что если показания счетчиков сдаются не одновременно, то вроде бы как не получается корректно подсчитать потребление для каждой их квартир. Такова логика коммунальщиков.

Другое дело, что каналы передачи показаний приборов учета, прежде всего – сайты и телефонные линии, не справляются с резко возрастающей нагрузкой в последний день сбора показаний счетчиков. С этой проблемой, так или иначе, сталкивались практически все.

Что будет, если показания счетчика воды переданы неправильно?

В разных городах и организациях на этот счет действуют различные правила. Но общий подход такой, что неправильные показания могут быть скорректированы.

Ничего»страшного» не произойдет и в том случае, если вы увидите, что неправильно переданные показания уже отражены в квитанции. Если ошибка незначительная, и укладывается в объемы вашего ежемесячного потребления, то проще всего оплатить сумму, посчитанную исходя из этих неправильных показаний. И уже в следующий раз передать правильные. Получится, что вы просто заплатили немного вперед.

Но если ошибочно переданные показания сильно значительно превышают ваше ежемесячное потребления   (скажем, на порядок), то нужно обращаться в организацию, которая начисляет плату за воду. Просить их произвести перерасчет. Они обязаны это сделать.

ГОУП «Мурманскводоканал» цех ОВКС

Федеральным Законом РФ от 03.04.2018 №59-ФЗ в Жилищный кодекс РФ внесены изменения, позволяющие ресурсоснабжающим организациям и собственникам жилых помещений в многоквартирных домах (МКД) заключать прямые договоры.

Ресурсоснабжающая организация ГОУП «Оленегорскводоканал» (РСО) при переходе на «прямые договоры» становится «исполнителем» коммунальных услуг холодного водоснабжения и водоотведения в многоквартирных домах, в отношении которых осуществляется переход.

При заключении «прямых договоров» ГОУП «Оленегорскводоканал» будет самостоятельно осуществлять ввод квартирных приборов учёта воды в эксплуатацию, приём их показаний, расчёт размера платы, формирование и доставку платёжных документов за потреблённые коммунальные услуги по холодному водоснабжению и водоотведению, а также приём платежей.

Перечень МКД г. Оленегорск:

— ул. Бардина №12, 14, 16, 17, 18, 20, 22, 24, 28, 30, 31, 33, 36, 37, 38, 39, 41, 42, 44, 45, 46, 47, 48, 50, 54
— ул. Ветеранов №3, 4, 5, 6, 8, 14, 16, 20
— ул. Высокая №9
— ул. Горняков №2, 3, 4, 5, 6
— ул. Горького №2, 15
— ул. Капитана Иванова №3, 5, 7, 9
— ул. Кирова №6, 12, 16
— ул. Комсомола №1, 3, 4, 6, 8
— ул. Космонавтов №4, 6/2, 8, 10, 12, 14
— пр-кт Ленинградский №7, 9, 11
— ул. Мира №1, 2/1, 2/2, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 17, 19, 20, 21, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 33, 35, 36, 37, 40, 44, 46
— Молодежный б-р №3, 7, 9, 17, 19
— ул. Мурманская №1, 3, 7, 9, 11/1, 11/2
— ул. Парковая №1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 14, 15А, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 31
— ул. Пионерская №3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 14
— ул. Советская №3, 4, 5, 6, 8, 14, 16
— ул. Строительная №3, 5, 7, 10/1, 10/2, 10/3, 10/4, 11, 12, 13, 15, 19, 26, 27, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 37, 39,
43, 45, 48, 49, 49А, 51, 53, 53А, 54, 56, 57, 58, 59, 70, 72, 73
— ул. Ферсмана №3, 7, 13, 17
— ул. Энергетиков №2, 8
— ул. Южная №3/4, 3А/1, 3А/2, 4, 5, 7, 7a, 9, 9А

Перечень МКД с. Ловозеро:

​- ул. Вокуева №1, 2, 9, 13, 17
— ул. Данилова №20, 21
— ул. Пионерская №4, 6, 18, 20, 21, 26
— ул. Ручьевая №6
— ул. Советская №2, 2А, 5, 5А, 7, 21, 23, 25
— ул. Школьная №2, 6, 8
— ул. Юрьева №1, 1А, 6, 12, 14
— ул. Новая №6
— ул. Полевая №18

Температура воды — Системы измерения окружающей среды

Что такое температура воды?

Температура воды — это физическое свойство, показывающее, насколько горячая или холодная вода. Поскольку термины «горячий» и «холодный» являются произвольными, температуру можно дополнительно определить как измерение средней тепловой энергии вещества ⁵ . Тепловая энергия — это кинетическая энергия атомов и молекул, поэтому температура, в свою очередь, измеряет среднюю кинетическую энергию атомов и молекул ⁵ .Эта энергия может передаваться между веществами в виде потока тепла. Передача тепла, будь то воздух, солнечный свет, другой источник воды или тепловое загрязнение, может изменить температуру воды.

Температура воды играет важную роль в качестве водной флоры и фауны и среды обитания. Тепловой поток и колебания температуры определяют, какие виды будут жить и процветать в водоеме.

Температура воды была определена Дж. Р. Бреттом как «основной фактор абиотики» из-за ее воздействия на водные организмы ¹⁵ .Что это значит для озер, рек и океанов?

Почему важна температура воды

Температура воды влияет почти на все остальные параметры качества воды.

Температура — важный фактор, который следует учитывать при оценке качества воды. Помимо собственных эффектов, температура влияет на несколько других параметров и может изменять физические и химические свойства воды. В связи с этим необходимо учитывать температуру воды при определении ⁷ :

— Скорость метаболизма и производство фотосинтеза
— Токсичность соединения
— Концентрация растворенного кислорода и других растворенных газов
— Электропроводность и соленость
— Потенциал снижения окисления (ОВП)
— pH
— Плотность воды

Температура воды и водная жизнь

Скорость метаболизма водных организмов увеличивается с повышением температуры воды.

Сама по себе температура воды может влиять на скорость метаболизма и биологическую активность водных организмов ¹⁴ . Таким образом, он влияет на выбранные среды обитания различных водных организмов ⁸ . Некоторые организмы, особенно водные растения, процветают при более высоких температурах, в то время как некоторые рыбы, такие как форель или лосось, предпочитают более холодные реки ⁸ .

Исследования показали прямую зависимость между скоростью метаболизма и температурой воды. Это происходит, поскольку многие клеточные ферменты более активны при более высоких температурах ¹⁸ .Для большинства рыб повышение температуры воды на 10 ° C примерно вдвое увеличивает скорость их физиологической функции ¹⁶ . Некоторые виды могут справиться с повышением скорости метаболизма лучше, чем другие. Повышенная метаболическая функция может быть замечена по частоте дыхания и пищеварительной реакции у большинства видов. Повышенная частота дыхания при более высоких температурах приводит к повышенному потреблению кислорода, что может иметь пагубные последствия, если частота дыхания остается повышенной в течение длительного периода времени. Кроме того, температура выше 35 ° C может привести к денатурированию или разрушению ферментов, снижая метаболическую функцию ¹⁸ .

Колебания температуры также могут влиять на выбор поведения водных организмов, например переход в более теплую или более прохладную воду после кормления, реакции хищников и жертв и режимы отдыха или миграции ¹⁶ . Некоторые виды акул и скатов даже ищут более теплые воды во время беременности ¹⁶ .

Температура влияет на скорость фотосинтеза различных водорослей.

Растения также подвержены влиянию температуры воды. В то время как некоторые водные растения переносят более прохладную воду, большинство предпочитает более высокие температуры ¹⁷ .В частности, тропические растения будут демонстрировать ограниченный рост и период покоя при температуре воды ниже 21 ° C ¹⁷ . В то время как покой подходит для выживания в холодную зиму, для процветания большинства растений требуются более высокие температуры.

Температура также может подавлять дыхание и фотосинтез растений ¹⁴ . В целом фотосинтез водорослей будет увеличиваться с повышением температуры, хотя разные виды будут иметь разные пиковые температуры для оптимальной фотосинтетической активности ¹⁴ .Выше и ниже этой температуры фотосинтез будет снижен.

Токсичность соединения и температура воды

Температура воды может играть роль в переходе между аммиаком и аммиаком в воде.

Помимо воздействия на водные организмы, высокие температуры воды могут повышать растворимость и, следовательно, токсичность некоторых соединений. ¹ . Эти элементы включают тяжелые металлы, такие как кадмий, цинк и свинец, а также такие соединения, как аммиак ^19,20 .Температура воды может не только увеличивать растворимость токсичных соединений, но также влиять на предел толерантности организма ¹⁹ . Смертность цинка значительно выше при температуре выше 25 ° C, чем при температуре ниже 20 ° C ¹⁹ . Это происходит потому, что проницаемость тканей, скорость метаболизма и потребление кислорода увеличиваются с повышением температуры воды ¹⁹ . В одном исследовании на рыбе labeo bata 24-часовая 50% летальная концентрация (LC50) при 15 ° C составила 540 мг / л, а при 30 ° C LC50 упала до 210 мг / л ¹⁹ .

Концентрация растворенного кислорода зависит от температуры. Чем теплее вода, тем меньше кислорода она может удерживать.

Аммиак известен своей токсичностью при высоких уровнях pH, но температура также может влиять на критические концентрации при острых и хронических заболеваниях. ²¹ . При низких температурах и нейтральном pH следующее уравнение остается смещенным влево, образуя нетоксичный ион аммония:

Nh4 + h3O <=> Nh5 + + OH-

Однако на каждые 10 ° C повышения температуры соотношение от неионизированного аммиака до аммония удваивается ²¹ .В 2013 году EPA определило, что максимальная концентрация критерия для пресноводных видов составляет 17 мг / л общего аммиака-азота (включая как Nh4, так и Nh5 +) из-за его потенциального скачка токсичности при более высоких значениях pH и температуре ²¹ .

Температура растворенного кислорода и воды

Растворимость кислорода и других газов будет уменьшаться при повышении температуры ⁹ . Это означает, что более холодные озера и ручьи могут содержать больше растворенного кислорода, чем более теплые воды. Если вода слишком теплая, она не будет содержать достаточно кислорода для выживания водных организмов.

Электропроводность и температура воды

Температура воды может влиять на проводимость двумя способами. Поскольку проводимость измеряется электрическим потенциалом ионов в растворе, на нее влияют концентрация, заряд и подвижность этих ионов ¹¹ .

Температура воды влияет на вязкость, что, в свою очередь, влияет на ионную активность и проводимость.

Ионная подвижность зависит от вязкости, которая, в свою очередь, зависит от температуры ¹³ . Вязкость означает способность жидкости сопротивляться потоку ²³ .Чем он более вязкий, тем менее жидкий; патока и ртуть более вязкие, чем вода. Обратная зависимость между температурой и вязкостью означает, что повышение температуры приведет к уменьшению вязкости ¹⁴ . Уменьшение вязкости воды увеличивает подвижность ионов в воде. Таким образом, повышение температуры увеличивает проводимость ¹¹ .

Электропроводность увеличивается примерно на 2-3% при повышении температуры на 1 ° C, хотя в чистой воде она увеличивается примерно на 5% на 1 ° C. ¹¹ .Этот вариант является причиной того, что многие профессионалы используют стандартизированное сравнение проводимости, известное как удельная проводимость, то есть с поправкой на температуру до 25 ° C ¹⁰ .

Многие соли более растворимы при более высоких температурах.

Второй способ влияния температуры на проводимость — концентрация ионов. Многие соли более растворимы при более высоких температурах ²² . Когда соль растворяется, она распадается на соответствующие ионы. Так как теплая вода растворяет некоторые минералы и соли легче, чем холодная вода, концентрация ионов часто выше ⁹ .Повышенное содержание минералов и ионов можно заметить в природных горячих источниках, которые рекламируют свои «целебные» свойства ⁵⁰ . Эти растворенные вещества часто называют общим количеством растворенных твердых веществ или TDS ¹² . TDS относится ко всем ионным частицам в растворе, размер которых меньше 2 микрон ²⁴ . Эти соли и минералы попадают в воду из горных пород и наносов, контактирующих с ними. По мере их растворения и увеличения концентрации ионов увеличивается и проводимость воды.

Скорость увеличения проводимости зависит от солей, присутствующих в растворе. ²² .Растворимость KCl увеличится с 28 г KCl / 100 г h3O при 0 ° C до 56 г KCl / 100 г h30 при 100 ° C, в то время как растворимость NaCl увеличится только с 35,6 г до 38,9 г NaCl / 100 г h30 в том же диапазоне температур. . Кроме того, есть несколько солей, которые становятся менее растворимыми при более высоких температурах и, таким образом, отрицательно влияют на проводимость ²² .

Потенциал окисления и температура воды

Температура воды влияет на ОВП, но до какой степени трудно определить в полевых условиях.Окислительно-восстановительные частицы в калибровочных растворах известны количественно, и, таким образом, можно измерить влияние температуры.

Окислительно-восстановительный потенциал, известный как ОВП, также зависит от температуры. Влияние температуры на значения ОВП зависит от химических веществ (атомов, молекул и ионов), присутствующих в растворе ²⁵ . Графики температурной зависимости обычно доступны для калибровочных растворов, но не для полевых образцов ²⁵ .

Этот недостаток данных связан с трудностью идентификации и измерения всех окислительно-восстановительных видов, которые могут присутствовать в любом данном источнике воды.Поскольку эти виды трудно узнать и количественно определить в исследованиях окружающей среды, большинство электродов ОВП не будут автоматически компенсировать температуру. Однако температура по-прежнему может изменять показания и должна регистрироваться при каждом измерении, учитываемом при анализе данных ²⁶ .

pH и температура воды

Температура воды может изменять количество присутствующих ионов, изменяя pH раствора, не делая его более кислым или щелочным.

pH рассчитывается по количеству ионов водорода в растворе.При pH 7 ионы водорода и гидроксила имеют равные концентрации, 1 x 10-7 M, сохраняя раствор нейтральным ²⁷ . Однако эти концентрации сохраняются только при 25 ° C. При повышении или понижении температуры концентрации ионов также изменяются, что приводит к смещению значения pH ²⁷ . Этот ответ объясняется принципом Ле Шателье. Любое изменение в системе в состоянии равновесия, такое как добавление реагента или изменение температуры, будет сдвигать систему до тех пор, пока она снова не достигнет равновесия ²⁸ .
Уравнение:

h30 H + + OH-

— экзотермическая реакция ²⁸ . Это означает, что если температура воды увеличится, уравнение сместится влево, чтобы снова достичь равновесия. Сдвиг влево уменьшает количество ионов в воде, увеличивая pH. Точно так же, если бы температура снизилась, уравнение сместилось бы вправо, увеличивая концентрацию ионов и уменьшая pH.

pH чистой воды меняется в зависимости от температуры, оставаясь при этом совершенно нейтральным.Чистая вода имеет pH всего 7,0 при 25 градусах Цельсия.

Однако это не означает, что изменение температуры сделает раствор более кислым или щелочным. Поскольку соотношение ионов водорода и гидроксила остается неизменным, кислотность воды не меняется с температурой ²⁸ . Вместо этого изменяется весь диапазон pH, так что нейтральная вода будет иметь значение, отличное от 7. Чистая вода останется нейтральной при 0 ° C (pH 7,47), 25 ° C. (pH 7,00) или 100 ° C. (pH 6,14).

Плотность и температура воды

Температура воды и плотность воды напрямую связаны.При повышении или понижении температуры воды изменяется ее плотность. Это уникальное соотношение, так как в отличие от большинства материалов плотность чистой воды уменьшается примерно на 9% при замерзании ²⁹ . Вот почему лед расширяется и плавает по воде. Чистая вода также уникальна тем, что достигает максимальной плотности 1,00 г / мл при 4 ° C ²⁹ . Вода с температурой выше и ниже этой, включая перегретую и переохлажденную воду, будет плавать в воде с температурой 4 ° C.

Айсберги — яркий пример того, как лед плавает над водой.Фото предоставлено Национальной океанской службой NOAA на Flickr

Точки температуры пресной воды

Вода наиболее плотная при 4 градусах Цельсия и наименее плотна в твердой форме, такой как лед.

Точка максимальной плотности особенно важна в пресной воде. Если бы вода была наиболее плотной при температуре замерзания (0 ° C), она бы опустилась на дно, замораживая водоем снизу вверх, убивая все живущие в нем организмы ²⁹ . Вместо этого это свойство гарантирует, что температура дна водоема будет оставаться не менее 4 ° C и, следовательно, незамерзшей. ³⁰ .Соотношение температуры и плотности, таким образом, создает картину конвекции воды при ее охлаждении. Когда температура поверхностной воды приближается к температуре максимальной плотности, она опускается и заменяется более теплой и легкой водой ⁴² . Этот процесс продолжается до тех пор, пока вода не остынет равномерно. Любая вода, которая холоднее этой точки, будет плавать поверх более плотной воды. Такой режим конвекции позволяет воде как более теплой, так и холодной, чем 4 ° C (и при потенциально различных концентрациях растворенного кислорода) смешиваться ³⁰ .Этот процесс происходит сезонно в голомиктических (смешивающихся) озерах, когда температура воды (и, следовательно, другие параметры) достигают равновесия ¹⁴ .

Точки температуры соленой воды

Точка замерзания и максимальная плотность снижаются по мере увеличения уровня солености.

Важно отметить, что соленость не только влияет на плотность воды, но и может сместить максимальную плотность и точки замерзания воды. По мере увеличения концентрации соли максимальная плотность и температура замерзания уменьшаются. ¹⁴ .Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу) и смещенную максимальную плотность -3,5 ° C ¹⁴ . Это более чем на 7 ° отличается от пресной воды и ниже точки замерзания морской воды, равной 1,9 ° C ¹⁴ . Однако эта максимальная плотность никогда не достигается ³⁹ . Вместо этого процесс конвекции просто обеспечивает циркуляцию охлаждающей воды до тех пор, пока весь столб воды на поверхности не достигнет точки замерзания ⁴² . Поскольку фазовая граница между жидкостью и твердым телом требует надлежащего давления, а также температуры, лед образуется только на поверхности ³⁰ .

Самая низкая зарегистрированная температура естественной морской воды составляла -2,6 ° C, зарегистрированная под антарктическим ледником ³⁸ . Аналогичным образом, самые холодные океанические течения были зарегистрированы с температурой -2,2 ° C на глубине 500 м. В обоих случаях гидростатическое давление позволяло воде оставаться жидкой при таких низких температурах ³⁸ .

Образование льда

Лед плавает поверх более плотной воды.

Общеизвестно, что пресная вода начинает замерзать при 0 ° C. Однако у соленой воды температура замерзания ниже.Вот почему соль используется зимой для удаления льда с дорог и тротуаров. Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу), что сдвигает точку замерзания до -1,9 ° C ¹⁴ .

Плотность чистого водяного льда при 0 ° C составляет 0,9168 г / мл, что почти на 9% легче, чем жидкая вода при 0 ° C, которая имеет плотность 0,99987 г / мл ¹⁴ . Это не кажется большой разницей, но этого достаточно, чтобы лед плавал поверх воды и позволял водным организмам пережить зиму.Это падение плотности происходит из-за того, что водородные связи в воде создают открытую гексагональную решетку, оставляя пространство между молекулами ⁴² .

Многолетний лед в Антарктиде свежее морского льда. Фотография предоставлена ​​ICESCAPE через NASA

Лед, образующийся в морской воде, даже менее плотен, чем пресноводный лед ⁴⁰ . Когда морская вода начинает замерзать, молекулы воды начинают образовывать кристаллическую решетку (как в пресной воде). Эти кристаллы содержат только молекулы воды, а не ионы солей, и образование известно как исключение рассола ⁴³ .По мере роста структуры льда очаги концентрированной соленой воды могут быть захвачены внутри льда, но не включены в его структуру. Захваченная вода со временем может стечь, оставив во льду небольшой пузырь воздуха. Оставленные пузырьки воздуха значительно снижают плотность льда — до 0,8-0,9 г / мл ⁴⁰ .

Новый морской лед может иметь соленый привкус из-за захваченного рассола, который еще не вышел. В более старых ледяных структурах, называемых многолетним льдом, не остается рассола, и они достаточно свежие, чтобы их можно было пить после таяния ⁴¹ .

Отношение температура / плотность также способствует стратификации.

Термическая стратификация

Тепловое изображение стратификации ледяного озера за период 22 месяца. Озеро перемешивается каждую весну и осень, выравнивая температуру по всему озеру. Термоклин существует на разных глубинах в зависимости от сезона.

Стратификация — это разделение водяного столба на слои или слои воды с различными свойствами. Эти деления обычно определяются по температуре и плотности, хотя могут использоваться и другие параметры, такие как соленость и химические различия ³¹ .Расслоение происходит потому, что для смешивания жидкостей разной плотности требуется работа (сила и перемещение) ¹⁴ . Термическая стратификация обычно носит сезонный характер, с четкими границами между слоями летом, более узкими слоями зимой и «круговоротом» весной и осенью, когда температура в толще воды довольно однородна. ³² . С течением времени года солнечный свет, ветер, температура окружающей среды и лед (зимой) заставляют озеро снижаться. ³² .

Когда речь идет о слоях температуры и плотности в озере, эти слои обычно называют эпилимнионом, металимнионом и гиполимнионом сверху вниз ¹⁴ . Верхний слой, эпилимнион, подвергается солнечному излучению и тепловому контакту с атмосферой, сохраняя ее теплее. Эпилимнион простирается настолько далеко, насколько позволяют солнечный свет и ветер, и обычно глубже в озерах с большей площадью поверхности ¹⁴ .

Стратификация озера — разные слои разделены термоклинами или температурными градиентами.

Ниже эпилимниона находится слой воды с быстро меняющимся температурным диапазоном, известный как металимнион ³² . Металимнион служит границей между верхним и нижним слоями воды. Температура в этом слое может сильно варьироваться между его верхней и нижней глубинами ¹⁴ . Кроме того, толщина и глубина металимниона может изменяться в зависимости от погодных условий и сезонных изменений ¹⁴ .

Металлимнион окаймлен сверху и снизу кромкой, называемой термоклином.Термоклин определяется как плоскость максимального понижения температуры ¹⁴ . Другими словами, когда температура воды начинает значительно падать, термоклин пересечен. Этой плоскостью принято считать глубину, на которой температура снижается со скоростью более 1 ° C на метр ¹⁴ . Поскольку температура и плотность взаимосвязаны, на тех же глубинах существует второй клин, известный как пикноклин. Пикноклин разделяет толщу водной толщи по плотности ³³ .

Ниже второго термоклина и пикноклина находится гиполимнион. Эти слои обычно слишком глубоки, чтобы на них влияли ветер, солнечная радиация и атмосферный теплообмен ³¹ . Температура гиполимниона обычно определяется весенним оборотом. В более глубоких озерах перемешивание может быть минимальным, а плотность гиполимниона будет близка к максимальной, или 4 ° C ¹⁴ . Более мелкие озера могут повысить температуру гиполимниона до более чем 10 ° C. Эта температура может изменяться лишь минимально, если вообще может изменяться при стратификации ¹⁴ .

Озера, которые полностью перемешиваются по крайней мере один раз в год, известны как голомиктические озера ¹⁴ . Есть шесть типов голомиктических озер, определения которых основаны на средней температуре и частоте совпадения температур ¹⁴ . Эти озера и их разделяющие факторы можно увидеть на следующей блок-схеме:

Блок-схема классификации озер Хатчинсона и Лоффлера на основе стратификации и моделей циркуляции.

Озера, которые не смешиваются полностью, называются меромиктическими озерами ¹⁴ .Эти озера имеют нижние слои, которые остаются изолированными в течение всего года. Этот нижний слой известен как монимолимнион и обычно отделен от коллективных слоев над ним (миксолимнион) галоклином (клин на основе солености) ³¹ . Меромиктические условия могут возникать в голомиктическом озере, когда необычные погодные условия заставляют озеро расслаиваться до того, как оно успевает полностью перемешаться ¹⁴ .

Точки давления и температуры воды

Давление не влияет напрямую на температуру воды.Вместо этого он смещает точки замерзания, кипения и максимальной плотности. Температура, при которой происходит кипение и замерзание, сохраняется только на уровне моря ³ .

Давление может изменить температуру кипения воды.

Как указано в некоторых рецептах, время приготовления на больших высотах больше из-за сдвига точки кипения воды. Это связано с действием атмосферного давления. При более низком давлении (на большей высоте) вода закипит при более низкой температуре. С другой стороны, при более высоком давлении (например, в скороварке) вода закипает при более высокой температуре ³⁴ .Атмосферное давление не влияет на температуру самой воды, а только на ее способность превращаться в пар, сдвигая кипение влево или вправо.

Давление также объясняет, почему лед образуется только на поверхности воды. По мере увеличения гидростатического давления точка замерзания понижается ³⁰ . На больших высотах (более низкое давление) наблюдается небольшое повышение точки замерзания, но изменение давления недостаточно, чтобы существенно повлиять на точку ³⁰ .

Какие факторы влияют на температуру воды?

На температуру воды могут влиять многие окружающие условия. Эти элементы включают солнечный свет / солнечное излучение, теплопередачу из атмосферы, слияние ручьев и мутность. Мелководные и поверхностные воды более подвержены влиянию этих факторов, чем глубоководные ³⁷ .

Солнечный свет

Солнечное излучение оказывает наибольшее влияние на температуру воды.

Самый большой источник теплопередачи к температуре воды — солнечный свет ³⁶ .Солнечный свет или солнечное излучение — это форма тепловой энергии ⁴⁵ . Эта энергия затем передается поверхности воды в виде тепла, повышая температуру воды. Эта теплопередача обусловлена ​​относительно низким альбедо воды ⁴⁴ . Альбедо — это определяемое качество способности поверхности отражать или поглощать солнечный свет. Низкое альбедо воды означает, что она поглощает больше энергии, чем отражает ⁴⁴ . Результат — суточные колебания температуры воды в зависимости от количества солнечного света, получаемого водой.

Если водоем достаточно глубокий, чтобы расслаиваться, солнечный свет будет передавать тепло только через световую зону (достигая света). Большая часть этой энергии (более половины) поглощается в первых 2 м воды ¹⁴ . Эта энергия будет продолжать поглощаться экспоненциально, пока свет не исчезнет. Фотическая зона различается по глубине, но может достигать 200 м в океанах ⁴⁶ . Глубина фотической зоны зависит от количества твердых частиц и других светорассеивающих элементов, присутствующих в воде.Температура воды ниже фотической зоны обычно изменяется только при смешивании воды ³⁷ . Таким образом, более мелкие водоемы нагреваются быстрее и достигают более высоких температур, чем более глубокие водоемы ¹ .

Атмосфера

Реки могут казаться парными зимой, когда более холодный воздух течет над более теплой водой. Фото: Энтони ДеЛоренцо через Flickr

Атмосферная теплопередача происходит на поверхности воды. Поскольку тепло всегда течет от более высокой температуры к более низкой температуре, эта передача может происходить в обоих направлениях ⁶ .Когда воздух холодный, теплая вода передает энергию воздуху и остывает. Это движение часто можно увидеть в виде тумана или «дымящейся» реки ¹⁴ . Если воздух горячий, холодная вода получит энергию и согреется. Степень этой передачи зависит от тепловой инерции и удельной теплоемкости воды ¹⁴ . Колебания температуры воды более постепенные, чем колебания температуры воздуха ¹⁴ .

Мутность

Мониторинг мутности во время проекта дноуглубительных работ на реке Пассаик.Мутность может повысить температуру воды.

Повышенная мутность также увеличивает температуру воды. Мутность — это количество взвешенных твердых частиц в воде. Эти взвешенные частицы поглощают тепло солнечного излучения более эффективно, чем вода ⁴⁷ . Затем тепло передается от частиц к молекулам воды, повышая температуру окружающей воды ⁴⁷ .

Confluence

Поскольку река впадает в озеро, это может влиять на температуру воды.Фото: Роберто Арая Баркхан через Wikimedia Commons

Подземные воды, ручьи и реки могут изменять температуру водоема, в который они впадают. Если родник или источник грунтовых вод холоднее реки, в которую он впадает, река станет прохладнее. Вспоминая правила теплопередачи (энергия течет от горячей к холодной), река теряет энергию более холодной воде, поскольку она ее нагревает ⁶ . Если приток большой или достаточно быстрый, равновесная температура воды будет близка к температуре притока ¹ .Водотоки с ледниковым питанием будут охладить соединяющиеся реки вблизи источника потока, чем дальше вниз по течению ¹ .

Техногенное влияние

Термическое загрязнение от городских и промышленных сточных вод может отрицательно сказаться на качестве воды. Фото: Вменков через Wikimedia Commons

Техногенное влияние на температуру воды включает тепловое загрязнение, сток, вырубку лесов и водохранилища.

Термическое загрязнение
Термическое загрязнение — это любой сброс, который резко изменит температуру природного источника воды ⁴⁸ .Это загрязнение обычно происходит из городских или промышленных сточных вод ¹ . Если температура слива значительно выше температуры естественной воды, это может отрицательно сказаться на качестве воды. Существует несколько серьезных последствий теплового загрязнения, включая снижение уровня растворенного кислорода, гибель рыбы и приток инвазивных видов ⁴⁸ .

Сток с парковок и других непроницаемых поверхностей — еще одна форма теплового загрязнения. Вода, стекающая с этих поверхностей, поглощает большую часть их тепла и передает его ближайшему ручью или реке, повышая температуру на ⁹ .

Вырубка леса
Не только искусственные добавки могут повлиять на температуру воды. Вода, затененная растительностью и другими объектами, не будет поглощать столько тепла, как солнечная вода ¹⁴ . Когда деревья или прибрежные навесы удаляются, водоем может стать необычно теплым, изменяя его естественный цикл и среду обитания ⁴⁸ .

Водохранилища

Плотина Маккензи изменила характер температуры воды ниже по течению, что повлияло на поведение рыб, особенно на воспроизводство.

Водохранилища, такие как плотины, могут резко повлиять на циклы температуры воды. Хотя плотина напрямую не передает тепло воде, она может повлиять на естественные закономерности нагрева и охлаждения воды ⁹ . Действующая плотина без раздвижных ворот может изменить температуру воды ниже по течению от плотины, что может повлиять на поведение местного населения рыб.

Изменение температурного режима может повлиять на миграцию, нерест и вылупление местных видов рыб ⁹ .Температурный режим изменится, если водохранилище расслоится, и сброс плотины будет слишком высоким или слишком низким, выпуская необычно холодную или необычно теплую воду в поток ⁹ .

Типичные температуры

Сезонные колебания температуры в США.

Температура воды может варьироваться от замороженного льда до почти кипящей, так что же определяет «типичную» температуру? Типичные температуры зависят от 1) типа водоема 2) глубины 3) сезона 4) широты 5) окружающей среды.Хотя конкретный водоем может иметь общую схему, которой он следует ежегодно, не существует окончательной «типичной» температуры воды. Даже конкретный водоем может отличаться из-за любого из этих источников; озеро может замерзнуть за одну зиму, но может не замерзнуть в следующем году из-за теплой зимы. Оба года он следует одной и той же схеме потепления и похолодания, но не достигает одинаковых температур. Любые «необычные» температуры следует рассматривать в контексте.

Реки и ручьи, как правило, подвержены более сильным и быстрым колебаниям температуры, чем озера и океаны ¹⁴ .Точно так же широкие мелкие озера будут теплее, чем их более глубокие аналоги. Из-за изменения угла солнечной радиации и влияния атмосферной теплопередачи температура воды будет сезонно меняться ⁴⁴ . Поскольку солнечная радиация более интенсивна вблизи экватора, вода в более низких широтах будет теплее, чем вода в более высоких широтах ⁴⁴ . Затененные потоки не будут подвержены такому влиянию солнечного излучения, как их открытые аналоги, и могут оставаться более прохладными. Водоемы, на которые влияет поток подземных вод или ледниковый поток, также будут более холодными ¹ .

Температура океана также зависит от сезона, широты, глубины, океанских течений и конвекции. ⁵¹ . Поверхностные воды будут больше изменяться в зависимости от сезона и широты, чем более глубокие воды, и будут демонстрировать суточные (суточные) колебания из-за солнечной радиации и ветра ⁵³ . Эти суточные колебания могут достигать 6 градусов по Цельсию ⁵³ . Из-за своих огромных размеров и высокой удельной теплоемкости воды океан имеет столь же большую теплоемкость ¹⁴ . Это означает, что колебания между сезонами или из-за необычных событий будут иметь лишь незначительное влияние ⁵¹ .Исследования показали, что за прошедшее столетие океан нагрелся примерно на 0,1 градуса Цельсия ⁵² . Хотя это число кажется небольшим, оно довольно велико по сравнению с размером океана.

Температура поверхности моря в декабре 2013 года. Изображение предоставлено: JPL Regional Ocean Modeling System через NASA

Температура океана играет важную роль в атмосферных условиях во всем мире. В зависимости от температуры океана могут возникать ураганы, циклоны, грозы и другие погодные явления. ⁵³ .Муссоны могут возникать при большой разнице температур между сушей и морем, вызывая циклические осадки и штормы ³⁵ . Ураганы и циклоны развиваются над теплой водой, где тепло может быстро передаваться воздуху посредством конвекции ⁵⁴ . Аналогичным образом, снег в виде озера и другие сильные осадки могут образовываться, когда холодный воздух течет над большим, более теплым водоемом ⁵⁵ . Океан также взаимодействует с атмосферой, создавая явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья.Эль-Ниньо описывает потепление Тихого океана из-за отсутствия ветра, который изменяет глубину термоклина. Это потепление, в свою очередь, влияет на погодные и температурные режимы во всем мире ³⁵ . Ла-Нинья — это противоположное состояние океана, где температура ниже нормы, как правило, с обратным воздействием на погоду ³⁵ . Эти события нерегулярны, происходят каждые 2-7 лет. Они могут длиться от 9 месяцев до пары лет, в зависимости от силы эпизода ³⁵ .

На этих картах показаны колебания температуры поверхности на Тихоокеанском экваторе. В условиях Ла-Ниньо полоса холодной воды выталкивается на запад вдоль экватора, в то время как в условиях Эль-Ниньо преобладают теплые температуры. Изображение предоставлено: Дай МакКлург, проект TAO через NOAA

Уникальные условия

Бассейн утренней славы в Йеллоустонском национальном парке является примером горячего источника. Фото: Джон Салливан

Есть несколько водоемов с уникальными уровнями температуры.Наиболее известные примеры — горячие источники. Горячие источники, также известные как гидротермальные источники, питаются подземными водами, которые значительно теплее, чем другие потоки ⁵⁰ . Эти уникальные воды согреваются геотермальным теплом. Этот перенос тепла может происходить от потоков грунтовых вод, которые уходят достаточно глубоко в земную кору, или которые вступают в контакт с магмой в вулканических зонах ⁵⁰ . Горячие источники остаются намного более теплыми, чем температура окружающей среды, а некоторые вулканические горячие источники даже достигают температуры кипения ⁵⁰ .

Другими уникальными водными объектами являются гелиотермические озера. Эти озера обычно являются солеными, меромиктическими озерами, что означает, что когда они расслаиваются, только верхний слой воды будет смешиваться ¹⁴ . Как обсуждалось в разделе стратификации, слои разделены галоклином, при этом миксолимнион остается довольно свежим, а нижний монимолимнион содержит более высокую концентрацию соли ¹⁴ . Когда это расслоение попадает в фотическую зону, происходят необычные события.Солнечный свет, достигающий монимолимниона, нагревает воду. Это тепло не может уйти, потому что на плотность нижнего слоя солевого раствора не оказывает существенного влияния повышение температуры ¹⁴ . Результатом является тепловая ловушка в галоклине, где температура может легко достигать 50 ° C и выше ¹⁴ . Горячее озеро в Вашингтоне является одним из примеров гелиотермического озера, где галоклин остается около 30 ° C, даже когда озеро покрыто льдом ¹⁴ .

Последствия необычных уровней

Максимально рекомендуемые уровни температуры для различных видов рыб на разных этапах жизни.

Слишком теплая вода обычно считается более опасной для водных организмов, чем холодная вода. Однако оба эти фактора могут влиять на рост, переносимость болезней и выживаемость ⁸ . Слишком холодная вода влияет на биологические процессы и скорость метаболизма водных организмов ¹⁴ . С другой стороны, слишком теплая вода может вызвать чрезмерную частоту дыхания и стресс у рыб. Теплая вода также не может удерживать столько растворенного кислорода, как холодная вода, поэтому меньше кислорода доступно для поглощения организмами ¹⁴ .У каждого вида рыб свой диапазон комфорта. Температура за пределами этого диапазона может быть вредна для роста и выживания. Лосось и форель предпочитают плавать в более холодных реках, тогда как большеротый и малоротый окунь переносят гораздо более теплые воды как для роста, так и для нереста ⁸ .

Важность мониторинга

Итак, как определить качество воды по температуре? EPA и некоторые штаты, включая Аляску, Айдахо, Орегон и Вашингтон, рекомендовали максимальные сезонные и региональные температуры ⁴⁹ .В других штатах числовое значение отсутствует, и вместо этого указывается «отсутствие измеримых изменений по сравнению с естественными условиями» ¹ . Это ставит во главу угла тщательный и долгосрочный мониторинг. Чем больше исторических данных доступно, тем больше аномальных колебаний можно обнаружить и устранить. Если озеро, которое обычно стратифицируется год за годом около 20 ° C и 8 ° C в эпилимнионе и гиполимнионе, начинает показывать 23 ° C и 17 ° C соответственно, оно может стать эвтрофным (богатым питательными веществами, часто гипоксическим) из-за сельскохозяйственных стоков ¹ .

Влияние температуры воды на множество других параметров делает ее тонким, но жизненно важным фактором при определении качества воды.

Что такое единицы?

Наиболее распространенные температурные шкалы: Фаренгейта, Цельсия и Кельвина.

Поскольку температура измеряет тепловую энергию, были разработаны шкалы, показывающие значения температуры относительно других значений. Сегодня температура воды обычно измеряется по одной из трех шкал: Цельсия, Фаренгейта или Кельвина ² .При использовании шкалы Цельсия или Фаренгейта температура измеряется в градусах. По шкале Кельвина единицей измерения является кельвин, но это та же величина, что и градус Цельсия ² . Из-за универсального использования температура воды обычно указывается по шкале Цельсия ¹ .

Шкалы Фаренгейта и Цельсия определяются градусами замерзания и кипения воды. ³ . Шкала Цельсия также называется шкалой Цельсия, потому что между двумя определенными точками (замерзание и кипение воды) существует интервал в 100 градусов. ² .Шкала Кельвина основана на теоретической точке абсолютного нуля ² .

Температуру в градусах Цельсия можно преобразовать в градусы Фаренгейта или Кельвина с помощью следующих уравнений: ³ :

° F = (1,8 * ° C) + 32
K = ° C + 273,15

Cite This Work

Fondriest Environmental , Inc. «Температура воды». Основы экологических измерений. 7 февраля 2014 г. Web. .

Дополнительная информация

Научный эксперимент по температуре воды

Вы можете увидеть тепловую энергию? Да, всего с несколькими обычными кухонными предметами!

Хотя мы можем объяснить, что молекулы движутся быстрее в горячем состоянии и медленнее в холодном состоянии, в этом научном эксперименте дети смогут увидеть тепловую энергию в действии и изучить эту концепцию на практике.

Мы включили список материалов, инструкции для печати и простое объяснение того, как работает эксперимент.Наслаждайтесь нашим демонстрационным видео, чтобы начать работу!

ПЕРЕХОД В РАЗДЕЛ: Инструкции | Видеоурок | Как это работает

Требуются припасы

• 3 стеклянные банки
• Холодная вода
• Вода комнатной температуры
• Горячая вода
• Пищевой краситель

Инструкции по научному эксперименту с температурой воды

Шаг 1 — Начните с приготовления трех одинаковых кувшинов с водой.Наполните одну банку холодной водой, одну банку водой комнатной температуры и одну банку горячей водой.

Полезный совет: Для холодной воды наполните банку и поставьте ее в холодильник на час или два. Для воды комнатной температуры налейте банку и оставьте ее на прилавке на час или два. Для горячей воды вскипятите воду на плите или положите в микроволновую печь на минуту или две.

Перед тем, как перейти к следующему шагу, обратите внимание на банки. Единственной разницей должна быть температура воды.Как вы думаете, повлияет ли температура воды на то, что происходит при добавлении пищевого красителя в каждую банку? Запишите свою гипотезу (прогноз), а затем продолжите эксперимент, чтобы убедиться, что вы были правы.

Шаг 2 — Поместите 2-3 капли пищевого красителя в каждую банку и посмотрите, что произойдет.

Вы сразу заметите, что пищевой краситель ведет себя по-разному в каждой банке. Ваша гипотеза верна? Вы знаете, почему пищевой краситель медленно смешивается с холодной водой и быстро смешивается с горячей водой? Прочтите раздел о том, как работает этот эксперимент, прежде чем узнать ответ.

Видеоурок

Научный эксперимент по температуре воды Пошаговые инструкции

Как работает эксперимент?

Наблюдая за пищевым красителем в воде, вы сразу заметите, что он ведет себя по-разному в зависимости от температуры воды.

Хотя стаканы с водой выглядят одинаково, разница в температуре воды заставляет молекулы, составляющие воду, вести себя по-разному.Молекулы, составляющие материю, движутся быстрее, когда они теплее, потому что у них больше тепловой энергии, и медленнее, когда они холоднее, потому что у них меньше тепловой энергии. В этом эксперименте молекулы горячей воды движутся намного быстрее, чем молекулы холодной воды.

Тепловая энергия — это полная энергия частиц в объекте.

При помещении в воду пищевой краситель начинает смешиваться с водой. Пищевой краситель быстрее всего смешается с горячей водой, потому что молекулы движутся быстро из-за их повышенной тепловой энергии.Эти быстро движущиеся молекулы толкают молекулы пищевого красителя по мере их движения, заставляя пищевой краситель распространяться быстрее.

Пищевой краситель в воде комнатной температуры будет дольше смешиваться с водой, потому что молекулы движутся медленнее из-за уменьшения их тепловой энергии.

Наконец, красителю в холодной воде потребуется много времени, чтобы смешаться с водой, потому что молекулы движутся еще медленнее из-за дальнейшего уменьшения тепловой энергии.

Больше научных развлечений

В конце концов, пищевой краситель смешается со всеми банками. Расширьте эксперимент, оценив, сколько времени потребуется, чтобы смешаться с водой в каждой банке. Затем установите таймер и узнайте, насколько близка была ваша оценка.

Кроме того, вы также можете попробовать эти другие забавные эксперименты с водой и пищевым красителем:

Эксперимент с температурой воды

Материалы

• Три стеклянные банки
• Холодная вода
• Вода комнатной температуры
• Горячая вода
• Пищевой краситель

Инструкции

1. Начните с приготовления трех кувшинов с водой.Налейте в один холодную воду, в один комнатной температуры и в одну горячую. Полезный совет: для холодной воды налейте банку и поставьте в холодильник на час или два. Для воды комнатной температуры налейте банку и оставьте ее на прилавке на час или два. Для горячей воды вскипятите воду на плите или положите в микроволновую печь на минуту или две.
2. Добавьте 2-3 капли пищевого красителя в каждую банку.
3. Посмотрите, что происходит с пищевым красителем. В каждой банке он ведет себя по-разному?

Тепло, температура и проводимость | Глава 2: Состояния материи

Примечание. Энергия также может передаваться посредством излучения и конвекции, но в этой главе речь идет только о передаче тепла посредством теплопроводности.

Обсудите, что происходит, когда ложку помещают в горячую жидкость, такую ​​как суп или горячий шоколад.

Спросите студентов:

Вы когда-нибудь клали металлическую ложку в горячий суп или горячий шоколад, а затем прикасались ложкой ко рту? Как вы думаете, что может происходить между молекулами супа и атомами в ложке, чтобы ложка стала горячей?

В настоящее время учащимся не обязательно полностью отвечать на эти вопросы.Более важно, чтобы они начали думать, что что-то происходит на молекулярном уровне, что заставляет одно вещество делать другое горячее.

Раздайте каждому учащемуся лист с упражнениями.

Студенты будут записывать свои наблюдения и отвечать на вопросы о деятельности в листе действий. «Объясни это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это». Дальнейшие разделы рабочего листа будут заполнены либо в классе, либо в группах, либо индивидуально в зависимости от ваших инструкций.Посмотрите на версию листа деятельности для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

Предложите учащимся изучить, что происходит, когда металл комнатной температуры помещается в горячую воду.

Если вы не можете получить материалы для всех групп для выполнения этого задания, вы можете выполнить это задание в качестве демонстрации или показать учащимся видеоролики «Нагревательные стиральные машины» и «Охлаждающие стиральные машины».

Вопрос для расследования

Почему температура объекта меняется, когда он помещен в горячую воду?

Материалы для каждой группы

• 2 комплекта больших металлических шайб на шнурке
• Стакан из пенополистирола с горячей водой
• Вода комнатной температуры
• 2 термометра
• Градуированный цилиндр или стакан

Материалы для учителя

• 1 стакан из пенополистирола
• Термометр
• Конфорка или кофеварка
• Большой стакан или кофейник

Подготовка учителей

• С помощью веревки свяжите вместе 5 или 6 металлических шайб, как показано.Каждой группе учеников понадобится два набора шайб, завязанных веревкой.
• Повесьте один комплект стиральных машин для каждой группы в горячей воде на плите или в воде в кофеварке, чтобы стиральные машины могли нагреться. Эти стиральные машины должны оставаться горячими до второй половины работы.
• Другой набор следует оставить при комнатной температуре, и его можно раздать студентам вместе с материалами для упражнения.
• Непосредственно перед упражнением налейте около 30 миллилитров (2 столовых ложки) горячей воды (около 50 ° C) в чашку из пенополистирола для каждой группы.Обязательно налейте одну чашку горячей воды, чтобы использовать ее в качестве контроля.

Скажите студентам, что они собираются посмотреть, изменится ли температура горячей воды в результате помещения в воду металлических шайб комнатной температуры. Единственный способ узнать, вызывают ли стиральные машины изменение температуры, — это выпить чашку горячей воды без стиральных машин. Объясните, что у вас будет чашка с горячей водой, которая будет контрольным.

Вам нужно будет поместить термометр в чашку с горячей водой одновременно с учениками.Попросите учащихся записать начальную температуру контрольной панели в своих таблицах на листе действий вместе с начальной температурой их собственной чашки с горячей водой. Температура двух образцов должна быть примерно одинаковой.

Процедура

1. Поместите в чашку термометр, чтобы измерить начальную температуру воды. Запишите температуру воды в столбце «До» таблицы на листе активности. Не забудьте также записать начальную температуру воды в контрольной чашке.

2. Используйте другой термометр для измерения температуры стиральных машин. Запишите это в колонку «До».

Примечание. Измерять температуру шайб обычным термометром немного неудобно, потому что между шариком термометра и поверхностью шайб есть небольшая точка соприкосновения. Стиральные машины должны иметь комнатную температуру.

Попросите учащихся сделать прогноз:

• Что произойдет с температурой воды и стиральных машин, если вы поместите стиральные машины в горячую воду?

1. Пока термометр все еще находится в воде, возьмитесь за шнур и полностью опустите металлические шайбы в горячую воду.

2. Наблюдайте за любым изменением температуры воды. Оставьте стиральные машины в воде, пока температура не перестанет меняться. Запишите температуру воды в каждой чашке в столбце «После».

Таблица 1. Показания температуры для стиральных машин комнатной температуры, помещенных в горячую воду

Температура…	Перед	После
Вода в чашке
Вода в контрольной чашке
Шайба металлическая

1. Снимите шайбы с воды.Затем измерьте и запишите температуру стиральных машин в столбце «После».
2. Опорожните чашку в контейнер для отходов или раковину.

Ожидаемые результаты

Температура воды немного снизится, а температура стиральных машин немного повысится. Величина понижения и повышения температуры на самом деле не так уж и важна. Важно то, что температура воды понижается, а в стиральных машинах повышается.

Подробнее об энергии и температуре читайте в разделе «Биография учителя».

Примечание. В конце концов, два соприкасающихся объекта с разной температурой будут иметь одинаковую температуру. Во время занятия мойки и вода, скорее всего, будут разной температуры. В этом упражнении стиральная машина и вода контактируют только в течение короткого времени, поэтому, скорее всего, температура не будет одинаковой.

Студенты могут спросить, почему температура воды снизилась на другую величину, чем повысилась температура стиральных машин.В воде осталось то же количество энергии, что и в стиральных машинах, но для изменения температуры различных веществ требуется другое количество энергии.

Предложите учащимся изучить, что происходит, когда горячий металл помещается в воду комнатной температуры.

Спросите студентов:

• Как вы думаете, изменится температура, если вы поместите горячие стиральные машины в воду комнатной температуры?

Налейте в контрольную чашку около 30 миллилитров воды комнатной температуры.Поместите термометр в чашку и скажите учащимся температуру воды.

• Налейте в чашку из пенополистирола около 30 миллилитров воды комнатной температуры.
• Поместите термометр в воду и запишите его температуру в столбце «До» таблицы на листе активности. Не забудьте также записать начальную температуру воды в контрольной чашке.
• Извлеките стиральные машины из горячей воды, где они нагревали, и быстро используйте термометр, чтобы измерить температуру стиральных машин.Запишите это в столбце «До» на листе занятий.
• Пока термометр все еще находится в воде, возьмитесь за шнур и полностью опустите горячие металлические шайбы в воду.
• Наблюдайте за любым изменением температуры воды. Оставьте стиральные машины в воде, пока температура не перестанет меняться. Запишите температуру воды в вашей чашке в столбце «После» в таблице ниже. Также запишите температуру воды в контрольной чашке.
• Выньте шайбы из воды.Измерьте и запишите температуру стиральных машин.

Таблица 2. Показания температуры для горячих стиральных машин, помещенных в воду комнатной температуры

Температура…	Перед	После
Вода в чашке
Вода в контрольной чашке
Шайба металлическая

Ожидаемые результаты

Температура воды повышается, а температура стиральных машин понижается.

Обсудите наблюдения студентов и причины изменения температуры металлических шайб и воды.

Спросите студентов:

Как изменилась температура стиральных машин и воды в обеих частях деятельности?

На основании своих данных учащиеся должны понимать, что температура стиральных машин и воды изменилась.

Почему, как вы думаете, изменилась температура, зная, что вы делаете с нагреванием и охлаждением атомов и молекул?

Если необходимо, помогите студентам задуматься о том, почему температура каждого из них изменилась, спросив их, что, вероятно, движется быстрее, атомы в металлических шайбах или молекулы в воде.Скажите студентам, что анимация молекулярной модели, которую вы покажете дальше, покажет им, почему изменилась температура обоих.

Покажите две анимации, чтобы помочь учащимся понять, как энергия передается от одного вещества к другому.

Показать анимацию молекулярной модели Ложка с подогревом.

Укажите студентам, что молекулы воды в горячей воде движутся быстрее, чем атомы в ложке.Молекулы воды ударяются об атомы ложки и передают этим атомам часть своей энергии. Вот как энергия воды передается ложке. Это увеличивает движение атомов в ложке. Поскольку движение атомов в ложке увеличивается, температура ложки увеличивается.

Это нелегко заметить, но когда быстро движущиеся молекулы воды ударяются о ложку и ускоряют атомы в ложке, молекулы воды немного замедляются.Таким образом, когда энергия передается от воды к ложке, ложка становится теплее, а вода холоднее.

Объясните студентам: когда быстро движущиеся атомы или молекулы сталкиваются с более медленно движущимися атомами или молекулами и увеличивают их скорость, передается энергия. Передаваемая энергия называется теплом. Этот процесс передачи энергии называется проводимостью.

Покажите анимацию молекулярной модели «Охлажденная ложка».

Укажите студентам, что в этом случае атомы в ложке движутся быстрее, чем молекулы воды в холодной воде.Быстрее движущиеся атомы в ложке передают часть своей энергии молекулам воды. Это заставляет молекулы воды двигаться немного быстрее, а температура воды повышается. Поскольку атомы в ложке передают часть своей энергии молекулам воды, атомы в ложке немного замедляются. Это вызывает снижение температуры ложки.

Спросите студентов:

Опишите, как процесс проводимости вызвал изменение температуры стиральных машин и воды в процессе работы.

Стиральные машины комнатной температуры в горячей воде

Когда стиральные машины комнатной температуры помещаются в горячую воду, более быстро движущиеся молекулы воды ударяются о медленно движущиеся атомы металла и заставляют атомы в шайбах двигаться немного быстрее. Это вызывает повышение температуры стиральных машин. Поскольку часть энергии воды была передана металлу, чтобы ускорить их, движение молекул воды уменьшается. Это приводит к понижению температуры воды.

Горячие стиральные машины в воде комнатной температуры

Когда горячие металлические шайбы помещаются в воду комнатной температуры, более быстро движущиеся атомы металла сталкиваются с более медленно движущимися молекулами воды и заставляют молекулы воды двигаться немного быстрее. Это вызывает повышение температуры воды. Поскольку часть энергии от атомов металла была передана молекулам воды, чтобы ускорить их, движение атомов металла уменьшается. Это вызывает снижение температуры стиральных машин.

Обсудите связь между движением молекул, температурой и проводимостью.

Спросите студентов:

Как движение атомов или молекул вещества влияет на температуру вещества?

Если атомы или молекулы вещества движутся быстрее, это вещество имеет более высокую температуру. Если его атомы или молекулы движутся медленнее, значит, он имеет более низкую температуру.

Что такое проводимость?

Проводимость возникает, когда два вещества при разных температурах контактируют. Энергия всегда передается от вещества с более высокой температурой к веществу с более низкой температурой. По мере того как энергия передается от более горячего вещества к более холодному, более холодное вещество нагревается, а более горячее вещество — холоднее. В конце концов, температура обоих веществ становится одинаковой.

Студенты склонны понимать нагревание, но часто имеют неправильное представление о том, как вещи охлаждаются.Так же, как нагревание вещества, охлаждение вещества также работает за счет теплопроводности. Но вместо того, чтобы сосредотачиваться на ускорении более медленно движущихся молекул, вы сосредотачиваетесь на замедлении более быстро движущихся молекул. Более быстрые атомы или молекулы более горячего вещества контактируют с более медленными атомами или молекулами более холодного вещества. Более быстрые атомы и молекулы передают часть своей энергии более медленным атомам и молекулам. Атомы и молекулы более горячего вещества замедляются, и его температура понижается.Объект или вещество не могут стать холоднее, если добавить им «холода». Что-то может стать холоднее, только если его атомы и молекулы передадут свою энергию чему-то более холодному.

Попросите учащихся нарисовать молекулярные модели, чтобы показать проводимость между ложкой и водой.

Примечание. На модели, которую вы покажете учащимся, изменение скорости как молекул воды, так и атомов в ложке представлено разным количеством линий движения.Учащиеся могут помнить, что, когда атомы или молекулы движутся быстрее, они отдаляются друг от друга, а когда они движутся медленнее, они сближаются. Для этой деятельности изменение расстояния между молекулами воды или между атомами в ложке не является фокусом, и поэтому не показано в модели. Вы можете сказать учащимся, что модели могут выделять одну особенность над другой, чтобы помочь сосредоточиться на главном представляемом моменте.

Ложка комнатной температуры, помещенная в горячую воду

Проецируйте иллюстрации «Ложка в горячей воде до и после» из рабочего листа.

Попросите учащихся взглянуть на линии движения на картинке «До» на их рабочем листе. Затем спросите студентов, как изменится движение атомов и молекул на картинке «После». На листе действий вместе с проецируемым изображением нет линий движения на рисунке «После». Правильно их ввести — задача студентов.

Попросите учащихся добавить линии движения к иллюстрации «После» и добавить описательные слова, такие как «теплее» или «холоднее», чтобы описать изменение температуры воды и ложки.

Горячая ложка в воде комнатной температуры

Проектируйте иллюстрации Горячая ложка в воде комнатной температуры до и после из рабочего листа

Попросите учащихся посмотреть второй набор картинок «До» и «После». Попросите учащихся добавить линии движения к иллюстрации «После» и добавить описательные слова, такие как «теплее» или «холоднее», чтобы описать изменение температуры воды и ложки.

Покажите моделирование, чтобы проиллюстрировать, что температура — это средняя кинетическая энергия атомов или молекул.

Следующая симуляция показывает, что при любой температуре атомы или молекулы вещества движутся с разными скоростями. Некоторые молекулы движутся быстрее других, некоторые медленнее, но большинство находятся посередине.

Примечание. После нажатия кнопки «Старт» симуляция будет работать лучше всего, если вы переберете все кнопки, прежде чем использовать ее для обучения учащихся.

Показать температуру моделирования.

• Перебрав кнопки «Холодный», «Средний» и «Горячий», выберите «Средний», чтобы начать обсуждение с учащимися.Скажите студентам, что это моделирование показывает взаимосвязь между энергией, движением молекул и температурой.

Скажите студентам, что все, что имеет массу и движется, независимо от того, насколько оно велико или мало, обладает определенным количеством энергии, называемой кинетической энергией. Температура вещества дает вам информацию о кинетической энергии его молекул. Чем быстрее движутся молекулы вещества, тем выше кинетическая энергия и температура. Чем медленнее движутся молекулы, тем ниже кинетическая энергия и температура.Но при любой температуре молекулы не все движутся с одинаковой скоростью, поэтому температура на самом деле является мерой средней кинетической энергии молекул вещества.

• Эти идеи применимы к твердым телам, жидкостям и газам. Маленькие шарики в симуляции представляют молекулы и меняют цвет, чтобы визуализировать их скорость и кинетическую энергию. Медленные — синие, более быстрые — фиолетовые или розовые, а самые быстрые — красные. Объясните также, что скорость отдельных молекул изменяется в зависимости от их столкновений с другими молекулами.Молекулы передают свою кинетическую энергию другим молекулам посредством проводимости. Когда быстро движущаяся молекула сталкивается с более медленной молекулой, более медленная молекула ускоряется (и становится более красной), а более быстрая молекула замедляется (и становится более синей).


• Объясните, что при любой температуре большинство молекул движутся примерно с одинаковой скоростью и имеют примерно одинаковую кинетическую энергию, но всегда есть некоторые, которые движутся медленнее, а некоторые — быстрее. Температура на самом деле представляет собой комбинацию или среднее значение кинетической энергии молекул.Если бы вы могли поместить термометр в эту симуляцию, он бы столкнулся с молекулами, движущимися с разной скоростью, так что он зарегистрировал бы среднюю кинетическую энергию молекул.

Чтобы добавить энергии, начните с «Холодный», затем нажмите «Средний», а затем «Горячий».

Спросите студентов:

Что вы замечаете в молекулах при добавлении энергии?

По мере добавления энергии больше молекул движется быстрее.Розовых и красных молекул больше, но есть еще более медленные синие.

Чтобы удалить энергию, начните с «Горячий», затем нажмите «Средний», а затем «Холодный».

Спросите студентов:

Что вы замечаете в молекулах по мере удаления энергии?

По мере удаления энергии большее количество молекул движется медленнее. Пурпурных и синих молекул больше, но некоторые все еще меняют цвет на розовый.

Предложите учащимся попробовать одно или несколько расширений и использовать дирижирование для объяснения этих общих явлений.

Сравните фактическую температуру и ее ощущения для различных предметов в комнате.

Спросите студентов:

Коснитесь металлической части стула или ножки стола, а затем прикоснитесь к обложке учебника. Кажется, что эти поверхности имеют одинаковую или разную температуру?

Они должны чувствовать себя иначе.

Почему металл становится холоднее, хотя его температура такая же, как у картона?

Скажите студентам, что, хотя металл кажется холоднее, металл и картон на самом деле имеют одинаковую температуру.Если учащиеся не верят этому, они могут использовать термометр, чтобы измерить температуру металла и картона в комнате. Находясь в одном помещении с одинаковой температурой воздуха, обе поверхности должны иметь одинаковую температуру.

Покажите анимацию «Проводя энергию», чтобы ответить на вопрос, почему металл холоднее картона.

Скажите студентам, чтобы они наблюдали за движением молекул в металле, картоне и в пальце.

Объясните: молекулы в вашем пальце движутся быстрее, чем молекулы металла, имеющего комнатную температуру.Таким образом, энергия вашего пальца передается металлу. Поскольку металл является хорошим проводником, энергия передается от поверхности через металл. Молекулы в вашей коже замедляются, поскольку ваш палец продолжает отдавать энергию металлу, поэтому ваш палец кажется более прохладным.

Подобно металлу, молекулы в вашем пальце движутся быстрее, чем молекулы в картоне, имеющем комнатную температуру. Энергия передается от пальца к поверхности картона.Но поскольку картон является плохим проводником, энергия не легко передается от поверхности через картон. Молекулы в вашей коже движутся примерно с одинаковой скоростью. Поскольку ваш палец не теряет много энергии для картона, он остается теплым.

Сравните фактическую температуру с ощущением температуры воды и воздуха.

Попросите учащихся использовать два термометра для сравнения температуры воды комнатной температуры и температуры воздуха.Они должны быть примерно одинаковыми.

Спросите студентов:

Опустите палец в воду комнатной температуры, а другой — в воздух. Кажется, что вода и воздух имеют одинаковую или разную температуру?

Палец в воде должен казаться холоднее.

Почему вода кажется прохладнее, хотя ее температура такая же, как у воздуха?

Напомните учащимся, что, хотя вода кажется более холодной, на самом деле вода и воздух имеют примерно одинаковую температуру.Студенты должны понимать, что вода лучше проводит энергию, чем воздух. Чем быстрее энергия отводится от пальца, тем холоднее становится кожа.

Подумайте, почему чашки с холодной и горячей водой достигают комнатной температуры.

Попросите учащихся подумать и объяснить следующую ситуацию:

Допустим, вы поставили чашку холодной воды в одну комнату, а чашку горячей воды — в другую. В обеих комнатах одинаковая комнатная температура.Почему холодная вода становится теплее, а горячая холоднее?

В обоих случаях энергия переместится из области с более высокой температурой в область с более низкой температурой. Таким образом, энергия воздуха комнатной температуры перейдет в холодную воду, которая нагревает воду. И энергия от горячей воды перейдет в более прохладный воздух, который охлаждает воду.

Проглатывание холодной воды и ледяной суспензии для снижения температуры тела во время физических упражнений в жару

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ

• Холодная вода и ледяные напитки — это методы охлаждения тела, которые можно легко применять во время физических упражнений в жару.Однако внутренняя температура не снижается надежно по сравнению с более теплыми напитками даже во время упражнений при фиксированной выработке тепла.
• Прием холодной жидкости стимулирует терморецепторы в брюшной полости, которые, по-видимому, уменьшают потоотделение независимо от температуры тела и кожи.
• В сухой и ветреной среде уменьшение потоотделения при проглатывании холодной жидкости снижает потери тепла от испарения с кожи на величину, которая, по крайней мере, сводит на нет внутренние потери тепла от нагрева проглоченной холодной жидкости до температуры тела.
• Во влажной и неподвижной среде, когда с кожи начинает капать пот, должен развиваться чистый охлаждающий эффект от проглатывания холодной воды и ледяной кашицы во время тренировки.
• Охлаждающий эффект от проглатывания холодной жидкости / льда во время упражнений, вероятно, наиболее велик для спортсменов с физиологическими нарушениями потоотделения, например, со спинным мозгом или ожоговыми травмами, поскольку их способность к испарению с поверхности кожи намного ниже.
• Проглатывание холодной жидкости / льда во время тренировки также с большей вероятностью будет способствовать снижению внутренней температуры у спортсменов, носящих защитное снаряжение, препятствующее испарению пота (например,г., американский футбол, хоккей, автоспорт, фехтование).
• Холодная вода и ледяные напитки наиболее эффективны для понижения температуры тела спортсмена при употреблении непосредственно перед тренировкой или во время восстановления после тренировки.

Введение

Во время аэробных упражнений в организме выделяется огромное количество метаболической энергии в виде тепла. Это тепло должно переноситься к коже, а затем рассеиваться в окружающую среду, чтобы предотвратить значительное и потенциально опасное повышение внутренней температуры тела (Kenny & Jay, 2013).С точки зрения спорта, значительное повышение температуры тела также способствует значительному снижению показателей выносливости: время до истощения при фиксированной интенсивности на 50% короче при температуре воздуха 31 ° C по сравнению с 11 ° C (Nybo et al., 2014 ). Поэтому стратегии охлаждения, которые минимизируют масштабы гипертермии, вызванной физическими упражнениями, очень востребованы как спортсменами, так и спортивными практиками.

Спортсмены с предварительным охлаждением с использованием погружения в холодную воду (2-20 ° C), ледяных жилетов и / или охлаждающих воротников для шеи могут улучшить аэробные характеристики в жару (Bongers et al., 2015). Однако большинство из этих стратегий не особенно применимы в условиях ограниченных ресурсов и могут быть проблематичными для применения (и пополнения при необходимости) во время упражнений / соревнований. С другой стороны, употребление холодной воды или ледяной каши (холодная вода, смешанная с колотым льдом) до и / или во время тренировки является более удобной альтернативой. Эффективность ледяной суспензии или проглатывания холодной (<10 ° C) воды для улучшения аэробных показателей в жару была всесторонне изучена, и баланс доказательств поддерживает повышение производительности (Tan & Lee, 2015).Менее точно известно, действительно ли проглатывание холодной воды и / или ледяной суспензии снижает количество тепла, хранящегося внутри тела. В то время как холодные напитки обеспечивают дополнительную теплопередачу (за счет теплопроводности) внутри тела, параллельные изменения потоотделения могут при определенных условиях уменьшить количество потерь тепла за счет испарения, происходящих на поверхности кожи. Основные цели этой статьи по обмену спортивной наукой - предоставить 1) обзор факторов, которые влияют на накопление тепла телом и, в конечном итоге, на повышение внутренней температуры, когда во время тренировки в жару дается проглатывание холодной воды / ледяной суспензии, и 2) предоставить практические соображения о том, когда следует рекомендовать холодные напитки как эффективную стратегию снижения содержания тепла в теле во время упражнений.

ТЕПЛОВЫЙ БАЛАНС ЧЕЛОВЕКА И ТЕПЛОХРАНЕНИЕ ТЕЛА

Количество избыточной тепловой энергии, хранящейся внутри тела во время физических упражнений и / или теплового воздействия, определяется фундаментальными законами теплового баланса человека:

Накопленное тепло = Вырабатываемая тепловая энергия — Тепловая энергия, теряемая поверхностью кожи

Вырабатываемая тепловая энергия (метаболическое производство тепла: H _prod ) исходит изнутри тела и является побочным продуктом клеточного метаболизма.H _prod — это разница между расходом метаболической энергии (M) и объемом выполняемой внешней работы (W). Отсюда следует, что M определяется абсолютным уровнем потребления кислорода спортсменом (VO ₂ ; в Lžmin ^-1 ) и долей этого кислорода, который используется для катаболизма углеводов по сравнению с жирами (т. Е. Респираторным коэффициентом). . Количество выполняемой внешней работы определяется механической эффективностью (процент метаболической энергии, которая используется для внешней работы) деятельности.Во время езды на велосипеде от 20 до 25% M используется для W, а оставшиеся 75-80% M выделяются в виде тепла внутри тела. С другой стороны, бег по плоской поверхности приводит к незначительному количеству внешней работы (~ 0% от M), поскольку движущая сила и разрушающая сила походки приводят к равному количеству положительной и отрицательной работы, соответственно (Margaria, 1968).

Хотя небольшая потеря тепла происходит через дыхание, подавляющая часть тепловой энергии, теряемой телом , происходит на поверхности кожи , при этом теплообмен происходит по четырем различным направлениям.Проводимость (K), которая представляет собой передачу тепла через прямой контакт с твердой поверхностью, обычно считается незначительной для большинства сценариев упражнений (Parsons, 2003). Конвекция (C), теплопередача между твердым телом и движущейся жидкостью, определяется 1) потоком воздуха через поверхность кожи, который может быть вызван либо окружающей средой, либо самогенерированным движением воздуха, когда спортсмен продвигается через воздушную массу. ; и 2) разница температур между кожей и воздухом. Когда температура воздуха превышает температуру кожи (от ~ 33 до 35 ° C), конвективная потеря тепла становится конвективным притоком тепла.Излучение (R) — это передача электромагнитной энергии между относительно теплым и холодным телом, обусловленная разницей между температурой кожи и средней температурой излучения. Самым большим источником теплового излучения в большинстве мест, связанных со спортом, является солнечное излучение, которое зависит от времени суток, сезона, облачности и географической широты. Наконец, испарение (E) пота является наиболее важным способом потери тепла во время упражнений в жару: 2427 Дж тепловой энергии выделяется для испарения каждого 1 г пота (Parsons, 2003).Скорость потери тепла за счет испарения зависит от разницы в абсолютной влажности между поверхностью кожи и окружающей средой, а также от скорости воздушного потока через кожу. Максимальная скорость испарения определяется также физиологической способностью насыщать поверхность кожи потом. Например, даже при максимальном потоотделении человек, не акклиматизированный к теплу, может покрыть потом только 85% поверхности кожи, тогда как это значение увеличивается до 100% при полной акклиматизации к теплу (Candas et al., 1979b). Очевидно, спортсмены с травмами, снижающими потоотделение, например, спортсмены с травмами спинного мозга или спортсмены с ожоговыми травмами, могут достичь только гораздо более низких уровней покрытия потом и, таким образом, иметь нижний верхний предел потери тепла за счет испарения при фиксированном наборе условий окружающей среды. Наконец, по мере того, как кожа становится все более влажной, эффективность потоотделения, то есть количество пота, которое испаряется, по отношению к количеству выделяемого пота, резко снижается (Candas et al., 1979a).В условиях пониженной эффективности потоотделения уменьшение потоотделения будет иметь меньшее влияние на потери тепла за счет испарения.

Количество тепловой энергии, хранящейся внутри тела (S), определяется совокупной разницей между H _prod и чистым тепловыделением от кожи в окружающую среду (± K ± C ± R ± E) (Parsons, 2003). Во время тренировки с фиксированным H _prod количество испарения (E) и, следовательно, количество потоотделения, необходимое для ограничения S, постепенно увеличивается по мере повышения температуры воздуха.В жаркой и влажной среде необходимое количество испарения может оказаться невозможным, что приведет к сценарию непоправимого теплового стресса, который характеризуется непрерывным повышением внутренней (и обычно кожи) температуры из-за непрерывного накопления тепла внутри тела (Кенни И Джей, 2013). В таких условиях, если упражнения продолжаются, риск заболеваний и травм, связанных с жарой, для спортсмена значительно повышается (Nybo et al., 2014). Наблюдаемое повышение внутренней температуры для данного количества тепла, хранящегося внутри тела во время упражнений в жару, в основном определяется массой тела (Kenny & Jay, 2013), при этом более крупные люди при фиксированном H _prod демонстрируют гораздо меньшее повышение температуры. температура ядра по сравнению с их меньшими аналогами из-за их большего радиатора (Dervis et al., 2016).

ВЛИЯНИЕ ПРОГЛАТЫВАНИЯ ХОЛОДНОЙ ЖИДКОСТИ ИЛИ ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ НА ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Непосредственная выгода от проглатывания холодной жидкости или ледяной суспензии заключается в том, что они вводят дополнительный канал передачи тепла (внутренний перенос тепла) к четырем каналам передачи тепла на поверхности кожи. Таким образом, аккумулирование тепла телом определяется совокупной разницей между H _prod и объединенными потерями тепла с поверхности кожи и любой внутренней теплопередачей с проглоченной жидкостью.Если потеря тепла на поверхности кожи остается неизменной после проглатывания холодной жидкости или ледяной кашицы, аккумулирование тепла телом будет ниже, и спортсмен теоретически будет оставаться более прохладным. Поскольку потеря тепла поверхности кожи во время физических упражнений в жару происходит в основном за счет испарения, любое изменение потоотделения будет иметь наибольшее влияние на тепловой баланс. В частности, если испарение с поверхности кожи уменьшится на ту же величину, что и увеличение внутренней теплопередачи (внутри желудка), сохранение тепла в теле останется неизменным (рис. 1).

Реакция потоотделения при проглатывании холодной жидкости или ледяной каши во время упражнений и влияние на испарение с кожи

Реакция потоотделения при проглатывании холодной жидкости или ледяной каши во время упражнений и влияние на испарение с кожи

Об уменьшении потоотделения при приеме холодной воды сообщалось еще в 1942 году в классическом исследовании Пинсона и Адольфа (1942). Совсем недавно было показано, что эти изменения потоотделения происходят по всему телу в течение ~ 1 минуты пребывания в холодной воде (Morris et al., 2014), а также ледяной кашицы (Morris et al., 2016) во время тренировки (Рисунок 2). Однако снижение потоотделения наблюдается до (и часто без) каких-либо различий в температуре ядра или кожи и вместо этого опосредуется независимыми терморецепторами, скорее всего, находящимися в желудке или вокруг него (Morris et al., 2014).

Учитывая, что испарение 1 г пота приводит к потере скрытой теплоты в размере 2427 Дж, можно рассчитать возможное снижение потерь тепла от испарения с поверхности кожи при проглатывании суспензии холодной воды / льда.Более того, это значение можно сравнить с параллельным увеличением внутренних тепловых потерь, оцененных с использованием удельной теплоемкости воды (4,186 Дж ^-1 ) и энтальпии плавления льда (334 Дж ^-1 ). , а также масса / объем воды и изменение температуры, необходимое для уравновешивания с температурой тела.

В таблице 1 подробно представлены исследования из литературы, в которых сообщалось о потере потоотделения всего тела после приема холодной воды или льда и более теплой контрольной жидкости известного объема во время устойчивых упражнений в неинкапсулированной среде.Исследования выполнения упражнений не были включены, поскольку на интенсивность упражнений, выбранную самостоятельно (и, следовательно, на выработку метаболического тепла), может влиять температура прогретой жидкости, которая изменяет потоотделение независимо от внутреннего теплообмена (Mündel et al., 2006). Из 10 включенных исследований в семи тестировалось проглатывание холодной жидкости и в трех тестировалось проглатывание ледяной суспензии. Также сообщается о параллельных различиях в температуре ядра тела в конце упражнения при проглатывании холодной воды или ледяной кашицы и более теплой контрольной жидкости (Таблица 1).Было возможно двенадцать сравнений по 10 исследованиям, при этом только пять из 12 показали большую чистую потерю тепла при проглатывании холодной воды / ледяной суспензии по сравнению с контрольной жидкостью (увеличение внутренних тепловых потерь было больше, чем уменьшение испарения тепла с поверхности кожи) . Независимо от каких-либо нарушений теплового баланса, четкое соответствие между всеми захваченными исследованиями состоит в том, что при фиксированной метаболической выработке тепла прием холодной воды / ледяной суспензии во время тренировки не приводит к наблюдаемым различиям в изменении внутренней температуры.Фактически, только в одном исследовании сообщалось о значениях в конце упражнения, которые были более чем на 0,1 ° C ниже, чем при приеме термонейтральной жидкости при той же интенсивности упражнений (Таблица 1). Это наблюдение важно, поскольку спортсмены, тренирующиеся на , могут чувствовать себя на холоднее при приеме холодной жидкости (Burdon et al., 2013), но данные показывают, что они на , а не на , на самом деле будут холоднее на .

Существуют ли ситуации, когда проглатывание холодной воды / ледяной суспензии во время тренировки снижает накопление тепла телом?

Самым важным фактором для спортсменов и тренеров, использующих прием холодной воды или ледяной каши во время тренировки в качестве стратегии охлаждения, являются преобладающие условия окружающей среды, в которых находится спортсмен.Большинство исследований, представленных в Таблице 1, проводились в относительно прохладной среде (т. Е. При температуре воздуха ≤ 27 ° C), и следует отметить, что в трех исследованиях с наиболее жаркими / влажными условиями (Burdon et al., 2013; Gisolfi & Copping, 1974; Hailes et al., 2016), употребление ледяной каши или холодной воды, по-видимому, постоянно приводило к несколько более низким (0,1-0,2 ° C) основным температурам тела в конце упражнения.

Основное преимущество внутренних тепловых потерь, возникающих при проглатывании холодной воды или ледяной суспензии, заключается в том, что вся теплопередача осуществляется на 100%.В то время как потери тепла за счет испарения пота, как описано ранее, могут быть очень неэффективными, особенно в жарких, влажных и неподвижных средах. Действительно, эффективность испарения пота у акклиматизированных к жаре элитных спортсменов, как сообщается, значительно ниже 50% (Malchaire et al., 2001). Следовательно, в таких условиях уменьшение потоотделения поверхности кожи при проглатывании холодной воды или ледяной суспензии не приведет к пропорциональному снижению потерь тепла за счет испарения, а это означает, что увеличение внутренних потерь тепла с большей вероятностью превысит уменьшение испарения, что приведет к большему увеличению потерь тепла. вероятность накопления тепла в нижней части тела.Таким образом, ясно, что момент, когда проглатывание холодной воды или ледяной кашицы становится выгодным с точки зрения снижения накопления тепла телом, в значительной степени зависит от достаточного снижения эффективности потоотделения. Снижение потоотделения происходит при различных комбинациях температуры и влажности воздуха для данного метаболического производства тепла и скорости воздушного потока через кожу; следовательно, граничные условия окружающей среды, при которых холодные напитки могут снижать накопление тепла телом, будут различаться для разных видов спорта.

В качестве примера граничные комбинации температуры и влажности воздуха для езды на велосипеде на выносливость, бега на 50 км и марафона, при которых холодная вода и ледяные напитки полезны для получения более низкого накопления тепла, показаны на рисунке 3.

Относительная влажность, при превышении которой проглатывание холодной воды и ледяной суспензии будет вызывать чистый охлаждающий эффект, становится ниже при повышении температуры окружающего воздуха для всех видов деятельности. Фактически, когда упражнения высокой интенсивности сочетаются с высокой температурой и влажностью воздуха, снижение потоотделения при приеме холодной воды / льда вообще не влияет на испарение, потому что любой дополнительный пот будет только капать с кожи, и в любом случае достигается максимальное испарение. .Однако граничные условия заметно меняются между спортивными соревнованиями из-за различных самогенерируемых воздушных потоков, вызываемых основными видами деятельности. Например, поток воздуха через кожу намного выше для данного метаболического производства тепла у велосипедиста по сравнению с бегуном-марафонцем, и тем более по сравнению с бегуном. Более сильный конвективный поток во время цикла в конечном итоге приводит к более высокому коэффициенту теплопередачи при испарении и, следовательно, большему стимулу к испарению при том же градиенте давления пара между кожей и воздухом.Следовательно, влажность окружающей среды, при которой снижается потоотделение при езде на велосипеде, больше, чем при беге, и больше при беге, чем при ходьбе.

А как насчет проглатывания холодной воды / ледяной суспензии для уменьшения накопления тепла телом до или после тренировки?

Перед тренировкой. В отличие от исследований, оценивающих охлаждающий эффект от употребления холодной воды / льда во время тренировки, очевидно, что употребление холодной жидкости перед тренировкой более эффективно для снижения температуры тела.Поскольку охлаждающий эффект холодных напитков сводится на нет за счет уменьшения потоотделения на поверхности кожи, очевидно, что их лучше всего употреблять в пищу при минимальном потоотделении или отсутствии потоотделения. Существующая литература показывает, что снижение внутренней температуры на ~ 0,5 ° C постоянно происходит при употреблении холодной воды или ледяной кашицы перед началом упражнений. Однако важно учитывать, что предварительное охлаждение холодными напитками не должно приводить к падению внутренней температуры за пределы межпороговой зоны (<36,2 ° C), поскольку может быть вызван дрожащий термогенез.Кроме того, более низкая внутренняя температура в начале упражнения, скорее всего, приведет к отсроченному началу потоотделения и, возможно, к притуплению сосудорасширяющей реакции, что, вероятно, приведет к более высокой скорости накопления тепла и повышения внутренней температуры на ранних этапах упражнений, как это уже произошло. было продемонстрировано с другими формами предварительного охлаждения (Lee & Haymes, 1995). Тем не менее, употребление холодных напитков перед тренировкой, по-видимому, надежно увеличивает продолжительность тренировки, необходимую при фиксированной выработке метаболического тепла, чтобы достичь критического абсолютного порога внутренней температуры (Tan & Lee, 2015).

После тренировки. Хотя холодная жидкость / ледяные напитки могут вызвать охлаждающий эффект во время тренировки при определенных условиях, относительная польза от употребления холодной жидкости во время восстановления после тренировки может быть больше. Хорошо задокументировано, что быстрое снижение потоотделения (снижение примерно на 50% в течение 5 минут) происходит сразу после прекращения упражнений из-за влияния нетепловых факторов (например, входа барорецепторов) (Kenny & Jay, 2013). Следовательно, уменьшение потоотделения на поверхности кожи из-за стимуляции абдоминальных терморецепторов от употребления холодных жидкостей или ледяной суспензии после тренировки будет иметь меньшее влияние на накопление тепла телом, потому что выделение пота в любом случае быстро снижается.Следовательно, холодные напитки могут быть особенно эффективными для спортсменов, участвующих в соревнованиях по прерывистым видам спорта с регулярными перерывами, например, в теннисе или турнирах, включающих несколько игр / матчей за один день. Лишь небольшое количество исследований изучали эффективность приема холодной жидкости в период после тренировки, но Stanley et al. (2010) сообщили о снижении ректальной температуры на ~ 0,4 ° C через 50 минут после тренировки при приеме ледяной кашицы по сравнению с холодной водой. Ли и др. (2013) также сообщили о ~ 0,2 — 0.На 3 ° C большее снижение внутренней температуры при употреблении воды после тренировки на 4 ° C по сравнению с водой на 28 ° C.

ДРУГИЕ СООБРАЖЕНИЯ

Спортсмены, которые полностью (например, фехтовальщики, водители / гонщики автоспорта) или частично (например, игроки в американский футбол и хоккеисты) инкапсулируют защитное снаряжение / одежду, не могут полностью изменить потерю тепла поверхности кожи за счет изменений потоотделения из-за тот факт, что испарение пота затрудняется свойствами системы одежды.Следовательно, потребление холодной жидкости этими людьми должно создавать большой чистый охлаждающий эффект, поскольку снижение потоотделения не будет сильно влиять на испарение с поверхности кожи, но внутренний теплообмен с холодным напитком останется на 100% эффективным. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы экспериментально продемонстрировать это понятие. Точно так же спортсмены с физиологическим нарушением потоотделения из-за травм спинного мозга или поверхности кожи (например, ожогов), вероятно, также получат пользу от приема холодной жидкости / льда.Максимальная доля поверхности кожи, которую эти люди могут физиологически пропитать потом, и сопутствующий уровень потери тепла за счет испарения значительно ниже по сравнению с их неповрежденными коллегами (Crandall & Davis, 2010). Следовательно, любое снижение потоотделения при приеме холодной жидкости, вероятно, будет иметь меньшее влияние на чистую потерю тепла. Также возможно, но еще не установлено, что потоотделение не прерывается стимуляцией абдоминальных терморецепторов при приеме холодной жидкости у некоторых спортсменов с травмой грудного или шейного отдела спинного мозга.

Практическое применение

Сводная таблица с подробным описанием основных практических моментов, связанных с приемом холодной воды или ледяной суспензии в качестве стратегии охлаждения для уменьшения накопления тепла телом перед тренировкой, во время тренировки и после тренировки, представлена ​​в таблице 2.

Сводка

Хотя проглатывание холодной воды и ледяной каши во время упражнений, кажется, улучшает выносливость в жару и может помочь спортсмену чувствовать себя прохладнее, это не обязательно приводит к чистому охлаждающему эффекту из-за компенсирующего снижения потоотделения и потенциальной потери тепла за счет испарения. на поверхности кожи.Однако в жарких, влажных и / или неподвижных средах снижение эффективности потоотделения (т. Е. Количества испаряющегося пота) гарантирует, что проглатывание холодной воды / льда станет более полезным для охлаждения, поскольку внутренний теплообмен с проглоченной жидкостью сохраняется. 100% эффективность независимо от внешнего климата. Следовательно, употребление холодной воды и ледяной кашицы во время тренировки может быть рекомендовано для охлаждения спортсмена в жаркую, влажную и тихую погоду; но не в теплой, сухой и ветреной среде.Проглатывание холодной воды и ледяной кашицы, вероятно, наиболее эффективно для охлаждения при приеме перед тренировкой — до того, как спортсмен начнет потеть и / или после того, как тренировка прекратится, — когда уровень потоотделения начинает снижаться. В целом, проглатывание холодной воды / льда, вероятно, наиболее полезно для охлаждения пешеходов и бегунов, а не велосипедистов из-за больших различий в потоке воздуха через кожу, что значительно влияет на эффективность испарения пота. Спортсмены с физиологическими нарушениями потоотделения, например спортсмены с травмами спинного мозга, а также спортсмены, носящие оборудование / одежду, обладающую высоким уровнем сопротивления испарению (например,(например, водители гоночных автомобилей, игроки в американский футбол) также с большей вероятностью выиграют от охлаждающего воздействия холодной воды или проглатывания ледяной суспензии.

ССЫЛКИ

Бейн, А.Р., Н.С. Лесперанс, и О. Джей (2012). Сохранение тепла телом во время физической активности ниже при приеме горячей жидкости в условиях, допускающих полное испарение. Acta Physiol. 206: 98–108.

Бонгерс, C.C.W.G., D.H.J. Thijssen, M.T.W. Veltmeijer, M.T.E. Хопман, Т.М. Эйсфогельс (2015). Предварительное охлаждение и переохлаждение (охлаждение во время тренировки) улучшают производительность в жару: метааналитический обзор. Br. J. Sports Med. 49: 377–384.

Бердон, К.А., М.В. Хун, Н.А. Джонсон, П.Г. Чепмен, Х. О’Коннор (2013). Влияние приема ледяной слякоти и жидкости для полоскания рта на терморегуляцию и выносливость в жару. Внутр. J. Sport Nutr. Упражнение. Метаб. 23: 458–469.

Кандас, В., Дж. П. Либерт, Дж. Дж. Фогт (1979а).Влажность кожи человека и испарительная способность потоотделения. J. Appl. Physiol. 46: 522–528.

Кандас, В., Дж. П. Либерт, Дж. Дж. Фогт (1979b). Влияние скорости воздуха и акклиматизации тепла на влажность кожи человека и эффективность потоотделения. J. Appl. Physiol. 47: 1194–1200.

Crandall, C.G., and S.L. Дэвис (2010) Кожные и судомоторные реакции в трансплантатах кожи человека. J. Appl. Physiol. 109: 1524-30.

Dervis, S., G.B. Кумбс, Г.К. Часелинг, Д. Филингери, Дж. Смолянич и О. Джей (2016). Сравнение терморегулирующих реакций на упражнения в группах с подобранной массой с большими различиями в жировых отложениях. J. Appl. Physiol. 120: 615–623.

Gisolfi, C.V., and J.R. Copping (1974). Тепловые эффекты длительных занятий на беговой дорожке в жару. Med. Sci. Спорт 6: 108–113.

Hailes, W.S., J.S. Кадди, К. Кокрейн и Б.С. Рубин (2016). Терморегуляция при длительных упражнениях в жару: сравнение объема жидкости и температуры. Wilderness Environ. Med. 27: 386–392.

Кенни, Г.П., и О. Джей (2013). Термометрия, калориметрия и средняя температура тела при тепловом стрессе. Компр. Physiol. 3: 1689–1719.

Ламарш, Д.Т., Р.Д. Мид, Р. Макгинн, М.П. Пуарье, Б.Дж. Фризен и Г. Кенни (2015). Температура питьевой воды во время тренировки не влияет на сохранение тепла телом. Med. Sci. Спортивные упражнения. 47: 1272–1280.

Ли, Д.Т., и Э.М.Хеймс (1995).Продолжительность упражнений и реакции терморегуляции после предварительного охлаждения всего тела. J. Appl. Physiol. 79: 1971–1976.

Ли, J.K.W. и С.М. Ширреффс (2007). Влияние температуры напитка на терморегуляторные реакции при длительных упражнениях в умеренной среде. J. Sports Sci. 25: 975–985.

Ли, J.K.W., R.J. Моэн, С. Ширеффс (2008). Влияние последовательного кормления напитками при разных температурах на терморегуляторные реакции во время езды на велосипеде. J. Sports Sci. 26: 583–590.

Ли, J.K.W., Z.W. Йео, A.Q.X. Нио, A.C.H. Кох, Ю.С. Тео, Л.Ф. Гох, П.М. Тан и К. Бирн (2013). Холодные напитки уменьшают тепловую нагрузку во время циклов работы и отдыха. Внутр. J. Sports Med. 34: 1037–1042.

Малчайр Дж., А. Пьетт, Б. Кампманн, П. Менерт, Х. Гебхардт, Г. Хэвенит, Э., Ден Хартог, И. Холмер, К. Парсонс, Г. Альфано, Б. Грифан (2001). Разработка и проверка модели прогнозируемой тепловой деформации. Ann. Ок.Hyg. 45: 123–135.

Маргария, Р. (1968). Положительные и отрицательные рабочие характеристики и их эффективность в передвижении человека. Внутр. Z. Für Angew. Physiol. Einschließlich Arbeitsphysiologie 25: 339–351.

Моррис, Н.Б., А.Р. Бэйн, М. Крамер и О. Джей (2014). Доказательства того, что временные изменения судомоторного выброса при приеме холодной и теплой жидкости независимо модулируются абдоминальными, но не оральными терморецепторами. J. Appl. Physiol. 116: 1088–1095.

Моррис, Н.Б., Дж. Кумбс и О. Джей. (2016). Проглатывание ледяной суспензии приводит к снижению чистых тепловых потерь во время физических упражнений в жару. Med. Sci. Sports Exer. 48: 114–122.

Mündel, T., J. King, E. Collacott, D.A. Джонс (2006). Температура напитка влияет на потребление жидкости и выносливость у мужчин во время тренировок в жаркой и сухой среде. Exp. Physiol. 91: 925–933.

Нибо, Л., П. Расмуссен и М.Н. Савка (2014).Эффективность теплофизиологических факторов, влияющих на утомление, вызванное гипертермией. Компр. Physiol. 4: 657–689.

Парсонс, К. (2003). Тепловая среда человека (Второе изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Taylor & Francis Inc.

Пинсон, Э.А., и Э.Ф. Адольф (1942). Теплообмен при восстановлении после экспериментального дефицита тепла тела. Am. J. Physiol. 136: 105–114.

Стэнли, Дж., М. Леверит и Дж. М. Пик (2010). Терморегулирующие реакции на прием ледяных напитков и упражнения в жару. Eur. J. Appl. Physiol. 110 : 1163–1173.

Tan, P.M.S., и J.K.W. Ли. (2015). Роль температуры и формы жидкости на выносливость в жару. Scand. J. Med. Sci. Спорт 25: 39–51.

Wimer, G.S., D.R. Lamb, W.M. Шерман и С.С. Свонсон (1997). Температура принимаемой воды и терморегуляция во время упражнений средней интенсивности. Can. J. Appl. Physiol. 22: 479–493.

Читайте о тепловой энергии | Естественные науки для 6–8 классов [Версия для печати]

Изменение состояний материи

Тепловая энергия и температура помогают нам объяснить, как материя переходит из одного состояния в другое.Возьмем, к примеру, воду. Молекулы льда (твердая вода) плотно упакованы вместе и просто колеблются на месте. Температура льда низкая, 0 ° C или ниже. Молекулы в жидкой воде вибрируют сильнее, постоянно сталкиваются и скользят мимо друг друга. Температура жидкой воды выше, чем у льда, от 0 ° C до 100 ° C. Молекулы водяного пара, газа, движутся так быстро, что разлетаются далеко. Температура водяного пара, который также называется паром , выше, чем у жидкой воды, на 100 ° C или выше.Материя может изменить состояние, когда тепловая энергия передается в вещество или из него. Лед тает, а жидкая вода закипает по мере добавления тепловой энергии. Водяной пар конденсируется, а жидкая вода замерзает по мере удаления тепловой энергии. Тепловая энергия всегда перемещается из более горячей области в более холодную, и это движение тепловой энергии называется теплом .

Чтение вслух Чтение вслух

Изменение состояний материи Тепловая энергия и температура помогают нам объяснить, как материя переходит из одного состояния в другое.Возьмем, к примеру, воду. Молекулы льда (твердая вода) плотно упакованы вместе и просто колеблются на месте. Температура льда низкая, 0 ° C или ниже. Молекулы в жидкой воде вибрируют сильнее, постоянно сталкиваются и скользят мимо друг друга. Температура жидкой воды выше, чем у льда, от 0 ° C до 100 ° C. Молекулы водяного пара, газа, движутся так быстро, что разлетаются далеко. Температура водяного пара, который также называют паром, выше, чем у жидкой воды, на 100 ° C или выше.Материя может изменить состояние, когда тепловая энергия передается в вещество или из него. Лед тает, а жидкая вода закипает по мере добавления тепловой энергии. Водяной пар конденсируется, а жидкая вода замерзает по мере удаления тепловой энергии. Тепловая энергия всегда перемещается из более горячей области в более холодную, и это движение тепловой энергии называется теплом.

Тестирование аквариумной воды — HORIBA

Тестирование аквариумной воды, такой как пресная и соленая (естественная или искусственная морская вода) с помощью надежных инструментов, необходимо для создания чистой и безопасной среды для ваших водных видов.Для карманных счетчиков LAQUAtwin требуется всего несколько капель воды, и результаты выдаются всего за несколько секунд.

Введение

Химический состав воды в аквариуме имеет жизненно важное значение для здоровья рыб и других водных видов. В аквариумах может быть пресная или соленая вода. Морская вода, естественная или искусственная, используется только для рыб, только для рыбы с живыми камнями (FOWLR) и рифовых резервуаров, в то время как пресная вода используется для выращивания растений, биотопов, цихлид, солоноватых и хищных резервуаров.Как правило, первое дороже и сложнее в обслуживании, поскольку требуется дополнительное оборудование и частые испытания.

Для обеспечения хорошего качества воды требуется регулярное техническое обслуживание (фильтрация, подмена воды и тестирование). Для тестирования параметры морской воды для рифового аквариума, взятые из онлайн-журнала Reefkeeping Online Magazine, обобщены в таблицах 1 и 2, а некоторые из них поясняются ниже.

Кальций

Кальций является важным элементом для здоровья кораллов в аквариуме с морской водой.Кораллы используют его для формирования скелетов, состоящих в основном из карбоната кальция. Когда уровень кальция опускается ниже 360 частей на миллион или заканчивается водой, кораллам становится трудно собирать кальций для своего роста. В этом случае хлорид кальция (CaCl ₂ ) может быть добавлен в воду для повышения уровня кальция.

Щелочность

Щелочность, также называемая карбонатной жесткостью, вызывается карбонатными (CO ₃ ^2–) и бикарбонатными (HCO ₃ ^–) анионами.

Выражается в частях на миллион (ppm или мг / л) или в градусах KH (dKH). Один dKH равен 17,848 ppm CaCO ₃ . Как и кальций, щелочность также важна для скелетов кораллов. Считается, что кораллы поглощают бикарбонат, превращают его в карбонат, а затем используют его для формирования скелетов из карбоната кальция. Сбалансированная система добавок кальция и щелочности, такая как известковая вода, карбонат кальция и двухкомпонентные системы добавок, рекомендуются для текущего обслуживания, а пищевая сода или стиральная сода рекомендуется для быстрой коррекции щелочности.

Соленость

Соленость — это мера всех солей, растворенных в воде. Это связано с концентрацией растворенных солей в морской воде. Основное отличие пресной воды от соленой — это соленость. Пресная вода содержит лишь небольшое количество солей. Слишком много или слишком мало соли пагубно скажется на здоровье рыб. Рекомендуется ориентироваться на значение естественной солености морской воды, которое составляет 35 ppt. Чтобы создать эту естественную среду, добавьте больше пресной воды, если соленость высокая, или увеличьте количество солевой смеси, если соленость низкая.

Соленость может быть измерена непосредственно с помощью солеометра или косвенно с помощью кондуктометра. Значение солености 35 ppt (удельный вес = 1,025) морской воды эквивалентно проводимости 53 мСм / см.

Температура

Оптимальная температура воды зависит от вида в аквариуме. В целом тропические рыбы здоровы при температуре от 24 до 28ºC. Холодноводные рыбы, как и золотые рыбки, любят воду с температурой ниже этого диапазона. Обеспечьте стабильную температуру, поскольку быстрые, резкие и частые изменения температуры в течение дня вызывают стресс у рыб.

Еще один важный фактор, на который следует обратить внимание, — это доступность кислорода для рыб. Кислород менее растворим в воде при более высокой температуре.

pH

pH означает степень водорода, это измерение ионов водорода в растворе. Это дает нам кислотность или щелочность воды по шкале от 0 до 14. Карбонатная жесткость и уровень кальция в воде влияют на значение pH. Оптимальный pH также зависит от вида в аквариуме. Для выживания большинства видов pH воды должен быть близок к pH 8.2 натуральной морской воды.

Есть несколько способов отрегулировать pH. Чтобы повысить pH, добавьте измельченные кораллы, известняк или пищевую соду или выполните аэрацию. Чтобы снизить pH, добавьте коряги или торф. Не забывайте регулировать pH медленно, так как быстрые, резкие и частые изменения pH могут убить ваш вид.

Магний

Магний — еще один элемент, используемый кораллами для выращивания их скелетов из карбоната кальция и коралловых водорослей для образования отложений карбоната кальция. Этого иона много в естественной морской воде.Уровень магния следует измерять, особенно если в аквариуме трудно поддерживать уровень кальция и щелочности. Концентрация магния должна быть близка к 1280 ppm естественной морской воды.

Фосфат

Высокий уровень фосфатов препятствует кальцификации или наращиванию каркаса карбоната кальция кораллов и коралловых водорослей. Выше 0,03 ppm рост водорослей неконтролируемый. Таким образом, поддержание концентрации фосфата ниже 0,03 ppm будет сдерживать рост водорослей.

Для поддержания низкого уровня фосфата используйте механизмы экспорта фосфата, такие как выращивание и сбор макроводорослей или других быстрорастущих организмов. Другой способ — использовать известковую воду, фосфатсвязывающие вещества или продукты без чрезмерного количества фосфатов.

Аммиак

Аммиак выделяется всеми водными животными и считается токсичным для них даже в концентрации 0,2 ppm. Уровень аммиака в воде увеличивается с повышением уровня pH. В этом случае переместите рыбок в более чистую воду или обработайте аквариум средством, связывающим аммиак.

Карманные счетчики LAQUAtwin используются для измерения и мониторинга пресной или соленой воды в аквариуме. Измерители оснащены плоскими датчиками для быстрого, прямого и точного измерения микрообъемов воды без добавления каких-либо химикатов.

Метод

Откалибруйте карманные счетчики LAQUAtwin в соответствии с инструкциями производителя, используя стандартные растворы, включенные в каждый набор.

Измерение пробы
Поместите пробу аквариумной воды на датчик с помощью пипетки или открыв крышку датчика и зачерпнув воду непосредственно из аквариума.В качестве альтернативы можно выполнить прямое измерение, открыв защитный кожух датчика и погрузив датчик в аквариум. Промойте датчик деионизированной водой и промокните мягкой тканью между образцами.

При измерении образца вы можете позволить измерителю заблокировать стабильные показания, нажав кнопку MEAS. Это активирует функцию автоматического удержания — MEAS будет мигать, пока показания не станут стабильными, и появится значок. Нажмите кнопку MEAS еще раз, чтобы отключить функцию автоматического удержания. Примечание. Для измерителей pH, соли и проводимости обязательно установите автоматическое удержание (AH) в настройках измерителя перед измерением.

См. Технические советы №№ 1, 2 и 3 для получения подробной информации о кондиционировании, очистке и хранении датчиков. Технические советы можно просмотреть и загрузить в разделе поддержки на нашем веб-сайте www.horiba-laqua.com.

Результаты и преимущества

В таблице 3 ниже показаны результаты карманных расходомеров LAQUAtwin при измерении искусственной морской воды. Результаты сравнивали со значениями, указанными на этикетке продукта.

Соленость и проводимость

Счетчик Salt 11 запрограммирован с использованием кривых хлорида натрия (NaCl) и морской воды.Для этого применения подходит кривая морской воды. Измеритель отображает показания солености и температуры.

Кондуктометры EC 11, 22 или 33 могут использоваться для косвенного определения солености. После получения значения проводимости обратитесь к таблице 4, чтобы проверить соответствующее значение солености.

pH

Измерители pH 11, 22 или 33 имеют функцию температурной компенсации, но только измеритель ph43 отображает показания температуры. Для точного измерения откалибруйте измеритель как минимум с двумя буферами pH, которые соответствуют ожидаемому pH пробы.Если ожидаемый pH составляет 8,0, выберите настройку буфера США и откалибруйте измеритель, используя буферы pH 7,00 и 10,01, или выберите настройку буфера NIST и откалибруйте с использованием буферов pH 6,98 и 9,18.

Ионы кальция, натрия, калия и нитрата

Измеритель B-722, измеритель B-731 и измеритель B-751 измеряют свободные ионы натрия, ионы калия и ионы кальция соответственно. Все результаты, полученные при измерении искусственной морской воды, имеют погрешность менее 10%.

При измерении нитрат-ионов хлорид-ион в морской воде является одним из мешающих ионов.Концентрация хлорид-иона в морской воде составляет около 20 000 частей на миллион и влияет на концентрацию нитрат-иона. Целевая концентрация нитратов в аквариумной воде составляет менее 0,2 частей на миллион, но измеритель B-743 измеряет нитраты в диапазоне от 62 до 6200 частей на миллион.

Ссылки и предлагаемая литература

1. Морские и пресноводные аквариумы Кэтрин Баррингтон http://www.ratemyfishtank.com/blog/saltwater-versus-freshwater-aquariums
2. Параметры воды в рифовых аквариумах Рэнди Холмса-Фарли http: // рифоводство.com / issues / 2004-05 / rhf /
3. AquariumDetective.com http://aquariumdetective.com/articles/watertest.php

Версия 1.0, 10 октября 2016 г.

Вопрос об эффекте Мпембы: горячая вода не работает охлаждают быстрее, чем холод

Анализ наших данных «в стиле Мпемба» и данных других исследований

На рисунке 1 показано изменение во времени t ₀ для охлаждения образцов до 0 ° C с начальной температурой из различных исследований, включая наши эксперименты типа «Мпемба».Мы попытались представить широкий выбор опубликованных экспериментальных данных, касающихся эффекта Мпемба. Отметим, что данные тщательных экспериментов ²⁹ , сообщающие о времени охлаждения до 0 ° C (их рис. 5), которые не показали никаких доказательств эффекта Мпемба, не могли быть включены из-за трудностей с точным получением данных из их печатный рисунок. Их результаты относительно времени до того, как слой льда вырастет до глубины 25 мм, не могут быть справедливо включены в наш анализ, поскольку мы исключаем процесс замерзания; однако мы обсуждаем эти результаты, когда делаем наши выводы.Масса воды, геометрия контейнера и характер охлаждения сильно различались в разных наборах данных, и это различие отражается в разбросе данных. Из рис. 1 трудно сделать какие-либо выводы из данных, за исключением того, что в общих чертах время охлаждения увеличивается с начальной температурой. Единственное исключение, которое сообщает данные (в широком диапазоне температур), которые демонстрируют тенденцию к уменьшению времени охлаждения с повышением начальной температуры, — это Mpemba & Osborne ⁸ .

Рисунок 1

Время t ₀ для охлаждения до 0 ° C в зависимости от начальной температуры, T _i для экспериментов «типа Мпемба».

Данные показывают широкую тенденцию увеличения времени охлаждения с увеличением начальной температуры, за исключением данных Mpemba & Osborne ⁸ .

На рис. 2 показано изменение времени охлаждения t ₀ , масштабированное по шкале конвективного времени, с усредненным по температуре числом Рэлея из различных исследований, подробно описанных на рис.1 (подробные сведения о шкале конвективного времени и усредненном по температуре числе Рэлея см. В разделе «Методы»). Некоторые из исследований, представленных на рис. 2, не предоставили в явном виде всех деталей, необходимых для масштабирования данных, и в таких случаях мы сделали разумные оценки на основе предоставленной информации (детали которой также представлены в разделе «Методы»). Условия экспериментов сильно различаются между восемью независимыми исследованиями, данные которых включены в рисунок. Нет очевидной систематической погрешности в отношении времени охлаждения в зависимости от геометрии охлаждающей емкости, несмотря на соотношение ширины к высоте D / H , изменяющееся в пятнадцать раз, и глубину охлаждаемой воды, изменяющуюся в множитель восемь в данных, что указывает на то, что геометрия может быть надлежащим образом отражена масштабами длины в пределах усредненного по температуре числа Рэлея Ra _T .Однако существует очевидное смещение во времени охлаждения, основанное на характере охлаждения, и мы в целом разделили данные на два набора данных. Первый набор, который мы описываем как данные с «преобладанием конвекции» (отмечены сплошными символами на рис. 2), в основном состоит из образцов, в которых основание было изолировано или охлаждение снизу было каким-то образом подавлено (см. Легенду на рис. Детали). В таких случаях отсутствует прямая теплопередача между основанием морозильной камеры (или охлаждающей пластиной), и образец воды преимущественно охлаждается через стороны или верх образца, что способствует нестабильному расслоению плотности.В таких случаях теплопередача затрудняется добавлением изоляции, и, следовательно, время охлаждения обычно увеличивается, несмотря на усиление роли конвекции. Второй набор данных, который мы описываем как «стабильно охлажденный» (отмечен синими полыми символами на рис. 2), состоит из данных, для которых ожидается, что тепловой поток через основание образца будет значительным (например, где образец был помещен непосредственно на охлаждающей пластине), и ожидается, что охлаждение способствовало стабильному расслоению пробы воды (по крайней мере, выше 4 ° C).

Рисунок 2

Данные на рисунке 1 масштабированы, чтобы показать изменение t ₀ / t _conv (время охлаждения до 0 ° C в единицах конвективной шкалы времени) с Число Рэлея, Ra _T = t _cond / t _conv .

Данные «стабильно охлажденные» отмечены синими открытыми символами, а данные «конвективно преобладающие» отмечены сплошными символами.Черная сплошная линия обозначает шкалу для конвективного охлаждения с высоким числом Рэлея (5).

Данные в каждом отдельном наборе данных демонстрируют в целом согласованную тенденцию: время охлаждения увеличивается на Ra _T , и наборы данных лучше всего подходят (в смысле наименьших квадратов) по степенному закону приблизительно. Это говорит о том, что время охлаждения соответствует

. Мы отмечаем, что мы масштабировали данные на рис. Число Рэлея, ср. Уравнение (7). Все различные определения числа Рэлея, которые мы проверили, привели к тому, что различные наборы данных демонстрируют тенденции, хорошо аппроксимируемые (1).

Рассмотрение конвекции с высоким числом Рэлея, в которой предположение, что тепловой поток не зависит от глубины жидкости, подразумевает, что

(например, см. Ссылку 31), где Nu = Q / ( κ Δ T / H ) — число Нуссельта, κ — коэффициент температуропроводности жидкости, Q пропорционален потоку тепла, а Δ T — характерная разница температур между жидкостью и охлаждаемой поверхностью. .Скорость изменения температуры для данного образца тогда пропорциональна тепловому потоку, то есть Q , и при условии, что Ra ∼ β Δ TgH ³ / ( κv ), из уравнения (2) мы можем записать

, где β и v — коэффициент теплового расширения и кинематическая вязкость жидкости, а A — площадь охлаждаемой поверхности жидкости. Следовательно,

, где и — начальная и конечная характеристические разности температур (между жидкостью и охлаждаемой поверхностью).Таким образом,

. Отметим, что принципиально важно, что при выводе (5) мы предположили, что конвекция демонстрирует поведение, связанное с поведением конвекции с асимптотически высоким числом Рэлея. Данные по исследованию эффекта Мпемба, представленные на рис.2 (полученные при начальных числах Рэлея до O (10 ¹⁰ )), хорошо согласуются с тенденцией, предсказанной (5), что позволяет предположить, что экспериментальные данные можно рассматривать как высокое число Рэлея. Таким образом, если данные, представленные на рис. 2, не демонстрируют эффекта Мпемба, как мы действительно продолжаем спорить, то следует ожидать, что данные, полученные при более высоких числах Рэлея, также не будут демонстрировать эффект Мпемба.

Анализ возникновения эффекта Мпембы

Приведенный выше анализ, хотя и информативен в отношении физики охлаждающей воды, не касается явным образом, когда эффект Мпембы наблюдался. Чтобы установить единичное наблюдение эффекта Мпембы, нужно сравнить два эксперимента, которые идентичны во всех отношениях, за исключением разницы в начальных температурах образцов воды. Затем можно утверждать, что эффект Мпембы можно рассматривать как наблюдаемый, если образец воды, первоначально находящийся при более высокой температуре, сначала достигает желаемой температуры охлаждения.Чтобы проиллюстрировать, когда может наблюдаться эффект Мпемба, мы рассматриваем среднюю скорость передачи тепла Q от первоначально горячего Q _H и первоначально холодного Q _C образцов. , где для данного образца Q = Δ E / t ₀ = ( E _i — E ₀ ) / t _{0 913 Δ11 T / t 0 = ( T i — T 0 ) / t 0 с E i и 93211 E 9326} и 93211 9 начальная и конечная энтальпия образцов соответственно.

Можно сообщить, что эффект Мпемба наблюдался при неравенстве Q _H / Q _C > Δ E _H / Δ E C _{9130 удовлетворяется, так как Q H / Q C > Δ E H / Δ E C ⇒}

4 t 932630

_{9119 t H} , где t _c и t _H обозначают время охлаждения холодного и горячего образцов соответственно.На рисунке 3 (a) показано изменение отношения Q _H / Q _C с Δ E _H / Δ E C 911Δ15 (или эквивалентно T _H / Δ T _C ) для различных пар данных, показанных на рис. 1, и результатов наших экспериментов «второго типа» (см. Раздел «Методы»). На рисунке 3 (b) показаны результаты наших экспериментов «второго типа» с учетом пространственного изменения в измерениях температуры.Соотношение Q _H / Q _C = Δ E _H / Δ E _C обозначено сплошными черными линиями на рис. 3. Следовательно, любые данные, расположенные выше этой линии, могут быть обоснованно представлены как наблюдение эффекта Мпемба.

Рисунок 3

Изменение отношения средних скоростей теплопередачи к начальной температуре (или эквивалентной энтальпии) для пар идентичных образцов горячей и холодной воды.

( a ) Исторические данные, показанные на рис. 1, и краткое изложение наших экспериментов «второго типа». ( b ) Результаты наших экспериментов «второго типа». Сплошными черными линиями обозначены Q _H / Q _C = Δ T _H / Δ T _C . Зеленые крестики () в ( b ) показывают данные, которые мы бы сообщили, если бы высота, на которой мы измеряли температуру, была неточной на 1 см.

Изучение рис. 3a показывает, что большая часть представленных данных находится ниже «линии эффекта Мпемба» ( Q _H / Q _C = Δ E _H / Δ E _C ) и, следовательно, эффект Мпемба в этих случаях явно не наблюдался. Данные ряда исследований действительно лежат на линии эффекта Мпемба или чуть выше нее. Примечательно, что эти данные имеют тенденцию быть ближе к левому концу горизонтальной оси, т.е.е. температура более горячего образца лишь незначительно превышает температуру более холодного образца. Это говорит о том, что любые неточности в измерении температуры могут быть значительными. Есть два набора данных, которые являются исключением из этого вывода, а именно: Mpemba & Osborne ⁸ и Thomas ¹⁴ . Ни одно из данных Thomas ¹⁴ не лежит далеко выше линии эффекта Мпемба. Действительно, на рис. 3b показаны наши данные из наших экспериментов «второго типа», то есть тех, которые предназначены для предотвращения образования льда, в которых мы регистрировали температуры в диапазоне разной высоты в пределах каждого образца.В дополнение к нашим данным, полученным путем сравнения температур, записанных на одинаковых высотах в более горячих и более холодных образцах, рис. 3b включает данные (отмечены), которые мы бы сообщили, если бы вертикальные положения, в которых мы зарегистрировали температуру, были неправильно измерены на величину до 1 см. Эти данные показывают наблюдения, которые лежат выше линии эффекта Мпембы и как таковые могут быть совершенно неверно описаны как наблюдения эффекта Мпембы, если в наших экспериментах не было уделено должного внимания.Вертикальное и горизонтальное расположение этих данных на рисунке охватывает область, которая включает в себя все данные, представляющие собой наблюдения эффекта Мпемба в других исследованиях. Следовательно, если в какой-либо конкретной серии экспериментов вертикальное положение измерений температуры было неверным, всего на 1 см, то по данным этих экспериментов можно (опять же, совершенно неверно) сделать вывод, что Мпемба наблюдалась. Мы отмечаем, что в исследованиях, сообщающих о наблюдениях за эффектом Мпемба, авторы либо не могут воспроизвести эффект повторяющимся образом, либо детали, относящиеся к точной высоте измерения температуры, не сообщаются.Единственное исследование, которое включает наблюдения за пределами области, охватываемой нашими данными, показанными на рис. 3b, — это исследование Mpemba & Osborne ⁸ , которое включает наблюдения, которые лежат как далеко выше линии эффекта Мпембы, так и ближе к правому концу горизонтальная ось — отметим, что эти данные показывают значительный разброс от любого физически обоснованного тренда.

Мы постарались связаться с обоими авторами, г-ном Эрасто Б. Мпемба и доктором Денисом Осборном. Пытаясь связаться с доктором Осборном, мы были опечалены, узнав о его смерти в сентябре 2014 года.Похоже, что на протяжении всей своей жизни доктор Осборн продолжал вносить чрезвычайно положительный вклад как в науку, так и в политику. Нам пока не удалось связаться с г-ном Мпембой, хотя мы понимаем, что он был главным сотрудником отдела диких животных Министерства природных ресурсов и туризма Танзании (сейчас он на пенсии). Нам не удалось установить источник какой-либо систематической ошибки в экспериментальной процедуре или экспериментальной установке Mpemba & Osborne ⁸ , которая могла бы привести к регистрации таких экстремальных данных.

Обсуждение и выводы

Мы пришли к выводу, что, несмотря на все наши усилия, мы не смогли провести наблюдения каких-либо физических эффектов, которые можно было бы разумно описать как эффект Мпембы. Более того, мы показали, что все данные (за исключением единственного исследования), представляющие собой наблюдения эффекта Мпембы в рамках существующих исследований, находятся чуть выше линии эффекта Мпемба, то есть разницы во времени охлаждения между горячим и холодным. образцы маргинальны.Мы показали (рис. 3), что большая часть данных, представляющих собой наблюдения за эффектом Мпембы, была получена из исследований, в которых не сообщалось о высоте, на которой были измерены температуры ^{7,14,20,21,22,23} , и что выводы полученные из этих данных, можно было изменить, просто записав температуру без точного отслеживания высоты. Действительно, все данные, которые лежат чуть выше линии эффекта Мпемба на рис. 3 (включая данные, для которых высота измерения температуры тщательно контролировалась и сообщалась ^17,24,28 ), по самой природе экспериментов подлежат некоторая степень неопределенности, которая может в конечном итоге повлиять на то, записываются ли наблюдаемые результаты как очевидное наблюдение эффекта Мпемба или нет.Чтобы быть точными в отношении того, что мы понимаем под этим утверждением, давайте теперь рассмотрим сообщения о наблюдениях эффекта Мпембы, возможно, в двух наиболее тщательных сериях экспериментов в литературе ^28,29 . В исследовании ²⁸ действительно представлены данные для одного наблюдения эффекта Мпембы, но также сообщается о получении «разных кривых охлаждения, даже если начальные температуры были идентичными», кроме того, они заявляют: «[c] Можно провести тщательные и точные эксперименты по исследованию эффекта Мпембы. пытались охладить горячую и холодную воду одновременно в двух одинаковых емкостях, но получить научно значимые и воспроизводимые результаты чрезвычайно сложно ».В исследовании ²⁹ показано возможное наблюдение эффекта Мпемба (время роста слоя льда до 25 мм, их цифра 19) для одной пары начальных температур (из 21 возможных начальных температурных пар). , а именно пара начальных температур 10 ° C и 15 ° C. По данным, записанным на фиксированной высоте (например, 5 мм), образцы, охлаждающиеся с 15 ° C, показывают среднее время охлаждения примерно 95 минут, в то время как образцы, охлаждающиеся с 10 ° C, среднее значение составляет примерно 105 минут — следовательно, принимая только среднее значение. Используя данные для этого конкретного температурного сочетания, можно было бы описать эффект Мпембы как наблюдаемый.Однако различия в условно идентичных экспериментах значительны. При той же высоте записи для образцов, охлаждаемых от 15 ° C, регистрируемое время составляет 95–105 минут, а для образцов, охлаждаемых от 10 ° C, регистрируемое время составляет 100–110 минут. Таким образом, вариация в теоретически идентичных экспериментах, по крайней мере, достаточно велика, чтобы сделать любой вывод о том, что эффект Мпемба наблюдался в средних данных, как весьма сомнительный, и поэтому это не может рассматриваться как значимое наблюдение эффекта.

Единственное исключение из приведенных выше утверждений, единственное исследование, в котором представлены некоторые данные, показывающие, что значительно более теплые образцы охлаждаются за значительно меньшее время (т.е. точки данных, которые находятся намного выше линии Q _H / Qc = Δ T _H / Δ Tc на рис. 3) — данные, представленные Mpemba & Osborne ⁸ . Если бы эти данные можно было воспроизводить повторяющимся образом и понять лежащий в их основе механизм, то они имели бы реальное значение для множества приложений, полагающихся на передачу тепла.Например исх. 8, сообщают об охлаждении образца с 90 ° C до точки замерзания за 30 минут, тогда как для образца при 20 ° C потребовалось 100 минут для охлаждения до точки замерзания, т.е. средняя скорость теплопередачи во время охлаждения увеличилась в 15 раз на просто увеличивая начальную температуру образца. При использовании современных теплообменников такой результат будет иметь серьезные последствия для эффективности любого числа обычных промышленных процессов. Однако в течение последующих 47 лет многочисленные исследования пытались продемонстрировать «эффект» в масштабе, сопоставимом со шкалой, описанной Mpemba & Osborne.Несмотря на эти усилия, в том числе наши собственные, ни одна из них не увенчалась успехом. Поэтому мы должны утверждать, что этот конкретный набор данных может быть в корне ошибочным, и поэтому, если не будет доказано, что он воспроизводим и повторяем, этот набор данных следует рассматривать как ошибочный.

Мы должны подчеркнуть, что наша основная задача заключалась в изучении охлаждения воды до точки замерзания (наблюдаемой при стандартных атмосферных условиях), то есть энтальпийного эквивалента 0 ° C. Таким образом, мы смогли показать, что большая часть опубликованных экспериментальных данных демонстрирует масштабное поведение, связанное с конвекцией с асимптотически высоким числом Рэлея.Таким образом, нельзя ожидать наблюдения образцов, охлаждаемых горячей водой до 0 ° C быстрее, чем более холодных образцов, проводя эксперименты с более высокими числами Рэлея. В соответствии с нашим определением эффекта Мпембы, аналогичным определению в «исходной» статье Мпембы и Осборна ⁸ (в которой они задокументировали «время, когда вода начинает замерзать»), мы вынуждены заключить, что эффект Мпембы ‘не является подлинным физическим эффектом и является научной ошибкой.

Если расширить определение эффекта Мпемба, включив в него процесс замораживания, то можно будет изучить экспериментальные данные, представленные рядом научных исследований, которые пытались включить эффект замораживания, например.грамм. ссылки 9,21,22,28 и 29. Замерзание воды до льда — термодинамически интенсивный процесс. Например, энергия, необходимая для преобразования фазы данной массы воды при 0 ° C в лед при 0 ° C, приблизительно равна энергии, необходимой для охлаждения той же массы воды с 80 ° C до 0 ° C в жидкое состояние. Таким образом, интуиция подсказывает, что время полного замерзания образца воды может лишь слабо зависеть от начальной температуры воды. Более того, замораживание инициируется процессом зародышеобразования и, как таковое, подвержено изменениям в мельчайших физических масштабах, например.грамм. несовершенства поверхности емкостей или примесей в пробах воды — физические масштабы которых чрезвычайно трудно контролировать даже в самых точных экспериментах. Такая интуиция полностью подтверждается экспериментальными данными, и ни одно исследование не может сообщить о повторяющихся наблюдениях эффекта Мпемба, когда включен процесс замораживания ^{9,21,22,28,29} . Были проведены экспериментальные наблюдения за конкретным примером охлаждения и замораживания теплой воды за меньшее время, чем за конкретный пример изначально более холодной воды — еще предстоит сообщить какие-либо экспериментальные доказательства того, что образцы воды можно последовательно охлаждать и замораживать за меньшее время. (время становится меньше на повторяемую и статистически значимую величину), просто инициируя охлаждение с более высокой температуры.Таким образом, мы можем сделать вывод, что даже с учетом процесса замораживания, включенного в определение эффекта Мпемба, эффект Мпемба не наблюдается в каком-либо значимом виде.

Такой вывод нас не радует, даже наоборот. Эффект Мпембы оказался замечательной головоломкой, с помощью которой можно заинтересовать и заинтересовать людей любого возраста и происхождения в поисках научного понимания. Однако роль ученых заключается в объективном изучении фактов и дополнительных знаний, сообщая о выводах, и поэтому мы чувствуем себя обязанными распространять наши выводы.Наконец, мы хотим дать надежду педагогам, которые, возможно, раньше полагались на эффект Мпембы как на полезный инструмент, с помощью которого можно вдохновлять своих учеников. Есть множество подлинных научных артефактов, которые могут и дальше служить источником вдохновения. Например, попробуйте наполнить два одинаковых стакана, один с пресной водой, а другой с соленой водой (оба одинаковой температуры), поместите в каждый по несколько кубиков льда и посмотрите, какой из них тает первым — многие ученики будут удивлены результатом, обнаружив его. вопреки их опыту и интуиции.Точно так же можно попробовать положить тонкий лист карты на стакан с водой, перевернуть стакан вверх дном, а затем убрать руку с карты — наблюдайте, как атмосферное давление воздуха позволяет воде удерживаться в стакане — повторите это , заменив карту жесткой сеткой с отверстиями до нескольких миллиметров, и вода все равно будет удерживаться внутри стакана.