Физические свойства морской воды

Физические свойства морской воды зависят от температуры, давления и солености. Некоторые свойства, как, например сжимаемость, термическое расширение, коэффициент преломления относительно мало изменяются с изменением солености, в то время как другие – плотность, температура замерзания, электропроводность существенно зависят от солености.

Плотность, удельный вес и удельный объем морской воды. Одной из важнейших характеристик морской воды является плотность, с которой связаны удельный вес и удельный объем.

От распределения плотности зависит горизонтальная и вертикальная циркуляция вод Мирового океана. В свою очередь плотность зависит от температуры, солености и давления, из которых наибольшей изменчивостью во времени и пространстве обладает температура воды.

Плотностью морской воды (S ^T/₄) в океанографии принято называть отношение веса единицы объема при температуре ее наибольшей плотности к весу единицы объема дисцилированной воды при 4º С. Как следует из определения, принятое определение не соответствует физическому понятию плотности, согласно которому плотность определяется массой содержащейся в единице объема кг/м³. Океанографическое понятие плотности соответствует принятому в практике понятию удельного веса, который является величиной безразмерной. Однако при производстве расчетов, в которых используется плотность морской воды, следует помнить о ее размерности. Так как плотность морской воды всегда больше единицы (среднее значение для океанов равно 1, 025 кг/м³), то для сокращения записи введено понятие условной плотности s_t определяемой из соотношения

s_{t =} (S ^T/₄ - 1) 10³ (2.1)

Величина обратная плотности называется удельным объемом морской воды a^t/₄. Так как удельный объем всегда больше 0, 9 и меньше 1, 0, то введено понятие условного удельного объема n_t, определяемого из соотношения

n_t = (a^t/₄ - 0, 9) 10³ (2.2)

При определении истинных значений плотности и удельного объема морской воды, которые она имеет на глубине залегания, необходимо знать ее сжимаемость.

Сжимаемость морской воды. Гидростатическое давление - важнейший механический параметр термодинамического состояния этой системы. Под действием давления выше лежащих слоев происходит сжатие воды и уменьшение удельного объема. Единицей давления является 1 Па=1 Н/м². Удобно представлять давление единицами длины – высотой столба воды определенной плотности. Увеличение глубины на 1 м вызывает увеличение гидростатического давления примерно на 10⁴ Па= 1дбар. При этом относительная погрешность не превышает 4 %; например, на глубине 1000, 6000, 10000, и 11022 м давление соответственно равно 1021, 6146, 10319 и 11390 дбар. Наиболее точные результаты можно получить, если использовать формулу А.С. Полосина:

p=9, 81·10⁴(1, 033+1, 028126·10^-1z+2, 38·10^-7z²-6, 8·10^-17z⁴) (2.3)

где z – глубина, м; р – гидростатическое давление, Па.

Сжимаемость невелика, однако неучет ее при изучении таких процессов, как расчет плотностных течений, адиабатических изменений температуры, устойчивости, скорости звука может привести к существенным погрешностям. Можно отметить, что, несмотря на малую сжимаемость морской воды, уровень реального Мирового океана расположен примерно на 30 м ниже того уровня, который он бы занимал при условии несжимаемости воды.

Уравнение состояния морской воды характеризует ее как термодинамическую систему и устанавливает количественную связь между плотностью и определяется ее параметрами:

a = 1/r = f(t, S, p) (2.4)

r =r(t, S, p) (2.5)

где t – температура; S – соленость; p – гидростатическое давление.

Эмпирические формулы определения параметров состояния морской воды настолько сложны, что в случаях, когда не требуется большая точность удобно использовать формулу П.С. Линейкина:

r(t, S, p)= 1+10^-5(6, 98·t- 0, 918·t² - 0, 39 S·t+82·S + 5·10^-3·p) (2.6)

где t -температура ^º С; S -соленость ⁰/оо; р – гидростатическое давление, Па.

ВЫВОДЫ:

1. Физические свойства морской воды взаимосвязаны с её химическими свойствами и во многом определяются циркуляцией вод в Мировом океане и климатическими условиями района.