22

Лабораторная работа № 3

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ

ПРОВОДИМОСТИ ВОДЫ

Цель работы: Освоить методику определения удельной проводимости воды.

Программа работы

1. Ознакомиться с устройством установки для определения удельной проводимости воды.

2. Выполнить эскизный разрез установки для определения удельной проводимости воды и начертить электрическую схему.

3. Снять зависимость I=f(t), построить графики P=f(t), =f(t), =f(t) для различных опытов.

Общие сведения

В сельскохозяйственном производстве применяются электрические водонагреватели различной конструкции и принципа действия. В практике большое распространение получили электродные водонагреватели с параллельными или концентрически размещенными электродами.

В электродных водонагревателях вода нагревается прямым способом – тепло выделяется при протекании электрического тока через слой воды между электродами.

Электрическое сопротивление воды между электродами существенно влияет на процесс прямого нагрева и зависит от площади электродов, расстояния между ними, температуры воды, количества солей, растворенных в ней и ряда других факторов.

Наибольшим сопротивлением порядка 10⁴ Омм обладает дисцилированная вода и практически не проводит электрический ток.

«Обычная» вода содержит в растворенном виде соли и другие химические соединения, молекулы которых диссоциируют в воде на ионы, сообщая ей ионную (электролитическую) проводимость. Удельное электрическое сопротивление воды зависит от концентрации солей и приближенно может быть определено по эмпирической формуле

, (1)

где ₂₀ - удельное сопротивление воды при 20 ^оС, Омсм; С – суммарная концентрация солей, мг/л.

Атмосферная вода содержит растворенных солей не более 50 мг/л, воды рек - 500…600 мг/л, подземные воды – от 100 мг/л до нескольких граммов на литр. Значения ₂₀ для воды находятся в диапазоне (2…10)10³ Омсм.

Электрическое сопротивление воды зависит от температуры. С ее возрастанием увеличивается степень диссоциации молекул солей на ионы и их подвижность, вследствие чего проводимость повышается, а сопротивление снижается. Для любой температуры до начала заметного парообразования удельная электрическая проводимость воды, Омсм^-1, определяется линейной зависимостью

, (2)

где ₂₀ – удельная проводимость воды при 20 ^оС, ₂₀ = (0,1…0,5)10^-3 Омсм^-1;  - температурный коэффициент проводимости, равный 0,025…0,035 ^оС^-1.

В технических расчетах обычно используют удельное сопротивление

, (3)

и его упрощенную зависимость, при  = 0,025 ^оС^-1.

. (4)

При парообразовании удельное сопротивлении воды возрастает. В расчетах это учитывается коэффициентом , зависящим от давления воды и плотности тока:

, (5)

где _см – удельное сопротивление смеси вода-пар; _В – удельное сопротивление воды без заметного парообразования; a - постоянная, равная для воды 0,925; k – величина, зависящая от давления в котле (для сельскохозяйственных парообразователей k принимают равным 1,5 см²/А); J – плотность тока на электродах, А/см².

При нормальном давлении влияние парообразования сказывается при температуре выше 75 ⁰С. Для паровых котлов коэффициент  достигает значения 1,5.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рисунок1) состоит из пластмассового корпуса 1, внутри которого помещены два цилиндрических электрода – наружный 2 и внутренний 3, подключенные к сети переменного тока 220 В через автотрансформатор TV1. Рядом с электродами расположены измерительные зонды 4. Сверху корпус установки закрывается крышкой 5.

Ток, протекающий через жидкость, измеряется миллиамперметром PA1, напряжение между электродами – вольтметром PV1, температура жидкости – термометром TI. Величина напряжения контролируется вольтметром PV2.

При проведении опытов необходимо соблюдать следующие меры безопасности: 1.Не прикасаться к неизолированным токоведущим частям установки, они могут оказаться под напряжением. 2. Не включать установку под напряжение без наличия воды в изолированном сосуде. 3. Помнить, что в приэлектродной области в результате разложения воды образуется взрывоопасный гремучий газ.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки

Порядок выполнения работы

Опыты проводят в двукратной повторности при различных объемах воды.

На лабораторную установку подают напряжение менее 100 В.

В процессе нагрева воды через каждые 5 ⁰С записывают показания контрольно-измерительных приборов до достижения 70 ⁰С. Измеренные величины и результаты вычислений заносят в таблицу 1. Опыты проводят для воды без

добавления соды и с водой, в которую добавляют соду.

Таблица 1 – Протокол измерений и расчетов

Опыты	Измерения				Расчеты
	, сек	U, В	I, А	t, 0С	P, Вт			По опытным данным		По эмпирической формуле
								, Омсм	, Омсм-1	t, Омсм		t, Омсм-1
Опыт 1, V=1 л
Водопроводная вода без соды	0	65	0,5	18		32,5	1,8·104		0,55·10-4		1,05·104		0,95·10-4
	50		0,9	23		58,3	0,99·104		1,01·10-4		0,93·104		1,01·10-4
	117		1	28		65	0,89·104		1,12·10-4		0,83·104		1,2·10-4
	195		1,05	33		68,25	0,85·104		1,18·10-4		0,75·104		1,33·10-4
	265		1,2	38		78	0,74·104		1,35·10-4		0,69·104		1,45·10-4
	330		1,25	43		81,25	0,71·104		1,4·10-4		0,63·104		1,58·10-4
	390		1,35	48		87,75	0,66·104		1,52·10-4		0,59·104		1,7·10-4
	460		1,45	53		94,25	0,61·104		1,64·10-4		0,55·104		1,83·10-4
	525		1,55	58		100,8	0,57·104		1,75·10-4		0,51·104		1,95·10-4
	585		1,65	63		107,3	0,54·104		1,85·10-4		0,48·104		2,08·10-4
	670		1,8	70		117	0,49·104		2,04·10-4		0,44·104		2,25·10-4
Водопроводная вода с содой	0	25	0,5	20		12,5	0,68·104		1,47·104		1·104		0,1·104
	200		0,75	25		18,75	0,46·104		2,17·10-4		0,89·104		1,13·10-4
	385		0,95	30		23,75	0,36·104		2,78·10-4		0,8·104		1,25·10-4
	565		1	35		25	0,34·104		2,94·10-4		0,73·104		1,38·10-4
	780		1,05	40		26,25	0,33·104		3,03·10-4		0,67·104		1,5·10-4
	960		1,2	45		30	0,28·104		3,57·10-4		0,62·104		1,63·10-4
	1140		1,3	50		32,5	0,26·104		3,84·10-4		0,57·104		1,75·10-4
	1320		1,35	55		33,75	0,25·104		4·10-4		0,53·104		1,87·10-4
	1500		1,45	60		36,25	0,24·104		4,17·10-4		0,5·104		2·10-4
	1680		1,6	65		40	0,21·104		4,76·10-4		0,47·104		2,13·10-4
	1820		1,75	70		43,75	0,2·104		5·10-4		0,44·104		2,25·10-4

Опыт 2, V=0,75 л
Водопроводная вода без соды	0	65	0,2	15	13	2,37·104	0,42·10-4	1,14·104	0,8·10-4
	60		0,2	20	13	2,37·104	0,42·10-4	10·104	1·10-4
	110		0,2	25	13	2,37·104	0,42·10-4	0,89·104	1,13·10-4
	160		0,2	30	13	2,37·104	0,42·10-4	0,8·104	1,25·10-4
	210		0,3	35	19,5	1,58·104	0,63·10-4	0,73·104	1,38·10-4
	240		0,4	40	26	1,18·104	0,85·10-4	0,67·104	1,5·10-4
	300		0,4	45	26	1,18·104	0,85·10-4	0,62·104	1,63·10-4
	360		0,5	50	32,5	0,95·104	1,05·10-4	0,57·104	1,75·10-4
	410		0,5	55	32,5	0,95·104	1,05·10-4	0,53·104	1,87·10-4
	460		0,6	60	39	0,38·104	2,63·10-4	0,5·104	2·10-4
	510		0,6	65	39	0,38·104	2,63·10-4	0,47·104	2,13·10-4
	580		0,6	70	39	0,38·104	2,63·10-4	0,44·104	2,25·10-4
Водопроводная вода с содой	0	25	1	16	25	0,18·104	5,6·10-4	1,11·104	0,9·10-4
	120		1,1	21	27,5	0,17·104	5,88·10-4	0,98·104	1,03·10-4
	220		1,2	26	30	0,15·104	6,67·10-4	0,87·104	1,15 ·10-4
	320		1,4	31	35	0,13·104	7,69·10-4	0,78·104	1,28·10-4
	350		1,4	36	35	0,13·104	7,69·10-4	0,71·104	1,4·10-4
	400		1,5	41	37,5	0,12·104	8,33·10-4	0,66·104	1,53·10-4
	540		1,6	46	40	0,11·104	9,09·10-4	0,61·104	1,65·10-4
	610		1,6	51	40	0,11·104	9,09·10-4	0,56·104	1,78·10-4
	700		1,7	56	42,5	0,11·104	9,09·10-4	0,53·104	1,9·10-4
	790		1,8	61	45	0,1·104	10·10-4	0,49·104	2,03·10-4
	840		1,8	66	45	0,1·104	10·10-4	0,47·104	2,15·10-4
	870		1,8	70	45	0,1·104	10·10-4	0,44·104	2,25·10-4

Удельное сопротивление воды, Омсм, определяют по выражению

(6)

где h – высота столба воды, см; d_н и d_в – соответственно диаметры наружного и внутреннего цилиндрических электродов, см; a – расстояние от электродов до измерительных зондов, см.

Удельная проводимость, Омсм^-1

. (7)

Полученные значения  и  сравнивают с расчетными _t и _t, вычисленными по выражению (3).

По результатам опытов и вычислений строят зависимости I=f(t), P=f(t), =f(t), =f(t), _t=f(t), _t=f(t) для различных опытов.