我想告诉人们我是学术中恢复。但事实是,我没有留下物理。是不可能,因为我一直做一个职业在世界建筑科学。所以今天我要深入研究,构建科学的子集称为建筑物理,我们看一看水在多孔材料的物理特性。您还将了解第四状态的水,这不是液体,固体,而不是蒸汽。

但是不要害怕!我要做这一切有很多图片,我不会包括单个方程(虽然有一个链接到一个如果你足够的勇气)。

极性水分子的性质

让我们开始与水分子。一个氧气,两个氢原子,共价结合在一起。这意味着每个氢股票与氧原子的一个电子,原子被这样做来完成他们的外层。

事实证明,氧原子穿上,共享电子从每个氢原子比氢更强烈,所以氧气的分子是负值。氢结束因此稍微积极。因为水分子弯曲(而不是线性的,氢的两侧氧),分子是极性。它有一个消极的和积极的结束。正电荷集中在两个区域在氢原子附近,你可以看到在左边的插图。

当你把一群水分子在一起,单个分子的极性使他们相互吸引。同种电荷相互排斥,异种电荷互相吸引。如你所见,每个水分子会形成弱键,氢键,和其他四个水分子。

水的极性的结果之一是,它是一种液体在较高的温度下类似的分子。二氧化碳,例如,是一个线性、非极性分子,成为气体大约在-71°F (-57°C)。如果水就像二氧化碳,海洋将不会在这里。山就没有雪。我不会写这个是因为我们人类将不会存在,至少不是现在。

水分子的极性意味着,当你把它与另一种材料,取决于所发生的吸引力更强:水为自己或其他材料。

当水更强烈吸引本身,如你所见图左边的左边,我们所说的其他材料疏水性或水的担心。当水更强烈吸引其他材料本身,我们说材料是亲水或亲水。

当源是液态水

现在是时间来回忆热力学第二定律:水从湿干燥的地方。

如果一个多孔材料有一端坐在水,毛孔,或毛细血管,将水填满。水的运动通过毛细血管取决于亲水,或可湿的表面和毛细血管是多么渺小。毛细管越小,水可以上升越高,你可以看到在左边的插图。

文章的顶部的照片展示了完美的水如何从地面进入多孔混凝土和混凝土砌块。也不稀罕水分问题阁楼与湿产生的基础。

下面的砖的照片显示了水的毛细上升。有点一个多小时后,水是四分之三的砖块。

可以水有多高?我说一开始我要做这篇文章没有方程,所以我要告诉你,有一个你可以用来计算高度毛细管水上升的一列。它可湿性直接取决于表面和反向毛细管的半径,水的密度和重力加速度。(如果你想看到方程,去维基百科页面毛细管作用并寻找一节半月板的高度。)

因为树木水分从地面移到树叶利用毛细管作用,下面的照片可能会给你一个想法的水可以有多高。

(如果你仔细看,你会看到我站在树的基础。如果你看到我在那里,我会祝贺你的想象力。)

当源是水蒸气

液体是很容易的。事情开始变得有趣当我们看看会发生什么当水蒸气与多孔材料。如果你有这样的材料(石膏板、木材、混凝土、纤维素…)与潮湿的空气在一边,水蒸气会找到进入毛孔。如果亲水材料,水蒸气就会坚持。

然后我们开始使用一个新单词。当表面把水从空气中像这样,我们称之为吸湿。材料吸湿,我们还说,表面吸湿水。

你需要知道这是另一个词“吸附。“那些单层膜表面的水坚持第四状态的水。这是为什么。

当第一个单层表面的水分子开始坚持,它有着浓厚的兴趣。记住,我们讨论的吸湿材料,可以把水汽从周围的空间。他们真的喜欢对方!

第二个单层也吸引了强劲…但不是第一个单层一样强烈。自第二次单层吸引到表面的单层水已经在那儿,低调一点吸引力。同样与第三、第四和第五层。

左边的图给你一幅画的吸引力减弱。第一个单层完成当相对湿度上升到10%。然后相对湿度已上升到50%之前第二个单层是完整的。随着相对湿度持续上涨,单层膜不断增加,五到100%。

景点可以把能量。回想一下,当水沸腾或发出的能量吸收或凝结叫做汽化潜热。当水蒸气吸附到表面吸附(免费或优惠),有吸附潜热。

根据Chris Timusk教授,第一单层吸附热是3700焦每千克。第二,2972 kJ /公斤。在第五个单层,吸附热是2500焦每千克,等于液体水的蒸发热。

这意味着吸附水真的不同于其他三个州。很明显不是蒸汽。这不是冰。最类似于液态水,但它不像液体自由移动,因为它肯定更强烈的表面比周围的水分子。只有当你得到超过五层,你看到它开始像液态水。

三种运输方式

现在我们准备讨论如何通过多孔材料水流。这三个运输方式是:

• 蒸汽扩散
• 表面扩散
• 毛细管流

蒸汽扩散进行水蒸气通过蒸汽的物质状态。它不坚持任何表面的邂逅。它只是漂浮在空间的毛孔。通过这样的没有多少水。

表面扩散转移更多的水比蒸汽扩散。这是因为我前面讨论的吸引力。以来第一个单层是吸引最强烈,它的积极分子在第二个单层移动到第一层,如果可以,如下所示。

同样,从第三单层分子想移动到第二,第三,第四,等等。以这种方式,水通过多孔材料通过表面扩散可以移动。

但事情真的打开当毛细血管开始填写。装满水,一旦毛孔完全可以移动更迅速地通过多孔材料。这是毛细管流。

吸附等温线

现在我们可以把所有这一切放在一起并理解发生了什么在这些客的东西称为吸附等温线。下面的图,取自Timusk教授的博士论文,是一个很好的例子。

首先,让我指出,这里有三条曲线:两个不同密度的木头和一个黏土砖。每一个显示材料的含水率的函数周围空气的相对湿度。

注意,每个曲线表现出相同的模式:快速上升,平缓,然后另一个迅速崛起。回顾上面的解释吸附和三种类型的水分运输,你认为发生在那些地区?看看你能不能弄明白之前下一个段落。

分散你欺骗的眼睛免受“不小心”首先阅读答案,我会让你看看这个外星人喝啤酒的照片。现在想!

嗯,首先,曲线显示表面扩散和毛细管流。我们知道毛细管流从较高的相对湿度,所以最初的崛起和扁平的一部分是表面扩散。但是为什么初始平上升得如此之快?

回想一下,第一个单层表面感觉最强烈的吸引力。它变得相对湿度在10%左右。平面曲线的一部分,主要是填第二个单层加一点在砖的木材和更多。

当曲线再次暴涨,毛细管流开始(参见下面的图)。现在含水量可以迅速增加与增加相对湿度。在这里我们可以看到一些很有趣的材料之间的区别。

注意毛细管流才开始在砖的相对湿度远高于两种类型的木头。嗯。什么可能导致毛细血管不填满在较低相对湿度在木头吗?当然原因。这是因为他们更大!

了解吸附等温线的另一个重要的事情是,你在上面看到的曲线为一个特定的温度。当你提高或降低温度,曲线的转变。为什么?因为材料的水分总量能给相对湿度取决于温暖或凉爽。

温暖的材料不能容纳尽可能多的水分,因为有足够的热量来干他们。冷却器材料持有更多的水分。事实上,比尔玫瑰称之为材料湿润的基本规则:温暖的材料往往是干燥和凉爽的材料往往是潮湿的。

现在你可以看看吸附等温线和明白他们在讲材料…没有一个科学家或学术,练习或在复苏。

来源

我用于本文的主要来源是第三章克里斯Timusk教授的博士论文(pdf)。其余大部分来自约瑟夫Lstiburek博士的报告建立科学基础和行为分析,维基百科,玫瑰和比尔的书,水建筑。

Allison贝尔斯迪凯特,乔治亚州,是一个演讲者,作家,能源顾问,RESNET-certified教练,的作者能源先锋的博客。看看他的深入,掌握建筑科学Heatspring学习研究所,在推特上跟随他@EnergyVanguard。