Температура воды. Нагрев воды.

[shaxel]

Приветствую, господа.
Есть задача нагреть воду посредством электрических колебаний, или излучения.
На данном этапе думаю на тем, что же такое теплота воды, что отличает теплую воду от холодной... Надо предполагать, что именно это отличительное качество и надо увеличивать для нагрева. Из школьной программы помню, что температура вещества есть мера кинетической энергии его молекул, то есть, помня формулу кинетической энергии тела, молекулы воды при нагреве должны увеличивать скорость колебаний или массу. Масса, понятно остается неизменной. Но какое движение молекул происходит в горячем стакане воды? Колебания ли это, или просто упругие столкновения подобно разбросанным шарам на бильярдном столе. Если колебания, то должен ли быть их период одинаковым и нагревая воду, мы увеличиваем скорость и амплитуду колебаний? Или мы увеличиваем только скорость, если это упругие столкновения, то о какой амплитуде идет речь?
Если, как я сказал выше, задача стоит в нагреве воды посредством переменного электростатического поля, то для себя считаю важным рассматривать молекулу воды как диполь, ведь она обладает дипольным моментом, а кинетического воздействия в этом случае нет, только электростатическое. Представляется следующая картина: помня что молекула воды это диполь, получается что 2 атома водорода - одно плечо диполя, а атом кислорода - второе плечо, помня что кислород тяжелее водорода в 16 раз, имеет место несбалансированная кинетическая колебательная система. А вот что происходят дальше, если поместить такую молекулу между двумя пластинами переменно заряжающегося конденсатора? Понятно что диполь должен развернуться по силовым линиям поля, но дальше я не знаю в каком ключе думать... Ну развернулся диполь, и что? Как изменилась скорость системы?
Единственное что приходит в голову, это модель камертона с натянутой между его "усов" резинкой, в центре которой приклеен массивный шарик. Дергая рогатку вверх-вниз, мы сообщаем шарику огромную амплитуду. В этой схема шарик - атом кислорода, 2 плеча камертона - атомы водорода.
Помогите развить образ с камертоном. Можно ли вообще эту модель рассматривать? Если эта модель имеет место быть, то у этого камертона должна быть своя частота колебаний, если дергать его на свое частоте, амплитуда, а следовательно и температура воды возрастет быстро...У воды же есть какие-то собственные частоты и вроде не одна. Помогите подумать над моделью, кто что скажет?
Посоветуйте литературу по воде и ее частотам, желательно что-нибудь попроще.
Заранее спасибо!

[DimaM]

shaxel в сообщении #1390764 писал(а):

Есть задача нагреть воду посредством электрических колебаний, или излучения.

Эта задача уже решена: ставим стакан воды в микроволновку и вуаля!

shaxel в сообщении #1390764 писал(а):

Помогите развить образ с камертоном. Можно ли вообще эту модель рассматривать? Если эта модель имеет место быть, то у этого камертона должна быть своя частота колебаний, если дергать его на свое частоте, амплитуда, а следовательно и температура воды возрастет быстро...У воды же есть какие-то собственные частоты и вроде не одна. Помогите подумать над моделью, кто что скажет?

Справочник говорит, что колебательный спектр воды - это в основном ИК. Ставите рядом со стаканом воды включенный утюг, и вода нагревается.

[shaxel]

Понятно что микроволновка нагревает воду. Но какая частота колебаний поля в микроволновке, случайна ли она? Какие параметры должна иметь микроволновка чтобы нагреть воду максимально быстро, а гласное с максимальным КПД?
Так все таки вода имеет колебательный спектр, то есть модель камертона с резинкой и шариком отвечает действительности?

[DimaM]

shaxel в сообщении #1390769 писал(а):

Но какая частота колебаний поля в микроволновке, случайна ли она?

2.45 ГГц в основном. Думаю, потому что магнетроны на эту частоту делать достаточно просто и дешево.

shaxel в сообщении #1390769 писал(а):

Какие параметры должна иметь микроволновка чтобы нагреть воду максимально быстро, а гласное с максимальным КПД?

Можете поисследовать, только нужно перестраиваемый излучатель. Наверно, интересно попробовать попасть в резонанс и начать раскачивать какую-то одну моду колебаний, но не думаю, что КПД в этом случае заметно изменится.

[Pphantom]

DimaM в сообщении #1390771 писал(а):

2.45 ГГц в основном. Думаю, потому что магнетроны на эту частоту делать достаточно просто и дешево.

К тому же это уже почти максимум поглощения водой (дальнейший рост частоты стоит дорого и к сильному увеличению поглощения не приводит) и разрешенный для использования в подобных целях диапазон.

[shaxel]

То есть в микроволновке на этой частоте максимум поглощения водой?
На счет КПД, думаю что его можно увеличить. Главное использовать, как бы так выразиться, стаккато. Я это уже применяю в индуктивно связанных контурах. Объясню на примере гитарной струны. Раскачать струну мы можем так: просто взяться пальцами за центр струны и вести руку с зажатой струной вверх-вниз с частотой например ноты ля 1-й октавы: 880 раз в секунду меняя направление. Но в этом случае в движении находится и рука и струна, то есть большая масса. Или мы можем поступить так: выделить половину периода колебания и стрелять в струну маленькой пулькой с небольшой массой но большей чем у струны скоростью, гласное соблюдать синхронизм. В таком случае в струну мы передадим почти всю энергию пули. Эта степень передачи будет пропорционально разности скорости пули и струны.
Понимаете разницу между этими двумя вариантами возбуждения струны?

[Pphantom]

shaxel в сообщении #1390775 писал(а):

То есть в микроволновке на этой частоте максимум поглощения водой?

Не только в микроволновке и почти максимум, но разница невелика. Соответственно, никакой "КПД" дальше существенно не увеличить.

[shaxel]

Хорошо, а если задача стоит не в КПД а в скорости нагрева воды с помощью переменного электростатического поля. В каком направлении думать тогда?

[Pphantom]

shaxel в сообщении #1390778 писал(а):

В каком направлении думать тогда?

А надо? Микроволновка эту задачу решает. Если нужно быстрее, нужно просто увеличивать мощность.

[shaxel]

Нужно или нет - это другой вопрос. Герц не знал как использовать эм волны, но изучал.
А какая часть энергии эл. поля заряженного конденсатора в микроволновке передается воде за один такт? Может достаточно увилить степень передачи энергии в воду, а не увеличивать мощность? Смотрите выше мой пример со струной.

[Pphantom]

shaxel в сообщении #1390796 писал(а):

Может достаточно увилить степень передачи энергии в воду, а не увеличивать мощность?

Еще раз: практически все излучение магнетрона поглощается водой (при разумных размерах нагреваемых в микроволновке объектов). Увеличивать дальше некуда.

[Munin]

shaxel в сообщении #1390778 писал(а):

с помощью переменного электростатического поля.

Такого не бывает.

[DimaM]

shaxel в сообщении #1390796 писал(а):

А какая часть энергии эл. поля заряженного конденсатора в микроволновке передается воде за один такт?

Странная постановка вопроса. Что за "заряженный конденсатор" в микроволновке?

(Оффтоп)

shaxel в сообщении #1390775 писал(а):

Главное использовать, как бы так выразиться, стаккато.

Лучше вибрато. Или даже аллегро модерато. Я не вполне понимаю смысл этих слов, но их звучание греет душу

[shaxel]

Цитата:

Такого не бывает.

Согласен, переменного электрического.

Ну в микроволновке есть конденсатор, полагаю, что он там не для сглаживания напряжения...

[realeugene]

shaxel в сообщении #1390775 писал(а):

На счет КПД, думаю что его можно увеличить.

В микроволновке потери в магнетроне и силовых цепях. Электромагнитные волны стальными стенками печки не поглощаются, так что, вся энергия, закачанная в магнетрон, уходит на нагрев воды в составе разогреваемых продуктов. Оптимизируйте цепи питания магнетрона.