Теоретическое обоснование.
При температуре 20 градусов парциальное давление водяных паров в воздухе составляет 10 -17 мм. рт. ст. Сожмем пары. При давлении выше давления насыщенных паров начнется конденсация пара с выделением теплоты парообразования воды. Увеличим парциальное давление паров до 760 мм. рт. ст., при этом часть пара сконденсируется. Часть выделившейся при этом теплоты пойдет на нагрев образовавшейся воды до 100 градусов, а оставшаяся теплота может использоваться для обогрева.

Практическая реализация
Парциальное давление пара будем увеличить с помощью мембраны. (Их производят в г. Дубна, на том, что осталось от ускорителя). Влажный воздух закачивается в сосуд, прикрытый мембраной. Молекулы воздуха проходят через мембрану, а пар остается в сосуде. Прокачав ~ 100 куб. м влажного воздуха, получим 1 л чистейшего кипятка.
Качать легко, на входе и на выходе атмосфера, надо только продуть воздух через мембрану.

Применение
Такое устройство незаменимо в походных условиях. Не надо искать воду и дрова, всегда имеем горячий чай и заодно согреваемся.

Так ли уж?
Чтобы продувать воздух через поры, необходим перепад давлений. Чем меньше диаметр пор, тем больше необходимый перепад давлений. Как оценить, вряд ли скажу с ходу - формула Пуазейля здесь не работает, т.к. диаметр пор порядка размера молекул. А Вы пробовали это оценить?
Ну и, кроме того, надо предусмотреть что-то, чтобы поры засорились не сразу. А то в воздухе всего много...

И вообще не верю я в этот кипятильник! Как пойму почему - напишу.

Такие мембраны работают в фильтрах для очистки воды, крови. С газами, наверно, намного проще.

Может, и проще. Но вот как оценить необходимый перепад давлений?

И как обеспечить чистоту входящего влажного воздуха? А то "кипятильник" сразу забьется и выйдет из строя.

Килограм кипятка это 100 000 кал. Что там у нас написано про второй закон термодинамики?

Для осушки воздуха в химических лабораториях используют эксикаторы (стеклянные емкости с притертыми крышками), на дно которых насыпан обезвоженный слой адсорбента (обычно это силикагели, цеолиты, активные окиси алюминия). Влага (пары воды) адсорбируется на поверхности адсорбента, и воздух в эксикаторе становится суше.
Явление основано на существеной разнице в теплоте адсорбции молекул воды и воздуха на поверхности адсорбента.
С методами осушки воздуха от паров воды с помощью мембранного разделения паро-воздушной смеси лично я на практике не сталкивался.
Интересно, Ксей, а каковы должны быть размеры пор в мембране, чтобы молекулы воздуха проходили, а молекулы воды нет?
Интересно, Ксей, а какое нужно приложить давление, чтобы "продавить" воздух через такую мембрану?
Интересно, Ксей, а отчего это по утрам роса на траву выпадает, а листья растений не свариваются в кипятке?
Таких вопросов можно задать еще, еще и еще...

Цитата(Ксей @ 27.11.2008, 20:50)

Такие мембраны работают в фильтрах для очистки воды, крови.

Эта очистка основана на явлении диализа, при котором размеры молекул воды (или плазмы крови) существенно меньше размеров молекул загрязнений. Частицы крови через мембрану диализатора вряд ли пройдут...

Цитата(Ксей @ 27.11.2008, 20:50)

С газами, наверно, намного проще.

Это вряд ли, от того и мои вопросы...
________________________
Опечатка: исправлена после справедливого замечания уважаемого техника

А чем качать-то будем? Велосипедным насосом?
Чем мозгоблудством заниматься, да языком молоть, не лучше ли сразу приступить к практической реализации этого суперизобретения. Только не надо говорить, что мембраны нет. Можно и в Дубну съездить, а в крайнем случае можно и кусок деревяшки, вырезанной поперек волокон, использовать (как это делал Developer в опытах с кольцаром).

Не-а, не лучше! Пусть сначала оценит необходимую разность давлений. А также ответит на вопросы Developer'а.

Цитата(Vladimir Dubrovskii @ 28.11.2008, 11:39)

Можно и в Дубну съездить...

Ну это всегда можно! Здесь хорошо! А еще лучше летом...

Ну, у каждого свои пристрастия, что лучше, а что хуже. Но тогда уж, сначала надо ответить на вопрос petrovicha, где он возьмет 100 ккал, из воздуха материализует? А потом на вопросы Developera, а потом и на мой вопрос.

Готов поделиться приоритетом в обмен на экспериментальную поддержку. Это же для широкого применения, как зубные щетки... К сожалению, у меня руки не оттуда растут.

а каковы должны быть размеры пор в мембране, чтобы молекулы воздуха проходили, а молекулы воды нет?
-Азот, кислород двухатомные, а пар трехатомный. 3>2.

а какое нужно приложить давление, чтобы "продавить" воздух через такую мембрану?
-сочиться будет начиная от нуля, молекулы газа не связаны, каждая летает сама по себе. Представляете, врежется на скорости 500 м/сек, что ее удержит? Адсорбция может испортить картину, но это же процесс динамический прилипают и отрываются.

а отчего это по утрам роса на траву выпадает, а листья растений не свариваются в кипятке?
-там нет мембраны отделяющей пар от окружающего воздуха.

Цитата(Ксей @ 28.11.2008, 12:48)

...а каковы должны быть размеры пор в мембране, чтобы молекулы воздуха проходили, а молекулы воды нет?
-Азот, кислород двухатомные, а пар трехатомный. 3>2.

В "Таблицах физических величин" под ред. акад. И.К. Кикоина в табл. 18.2 приведены такие диаметры молекул (их называют газо-кинетическими диаметрами; размеры приведены в ангстремах, то есть в единицах в одну сто милионную долю сантиметра, кое-какие я подчеркнул):
двухатомные молекулы
водород -2,5..2,77; азот - 3,5; кислород - 2,94..3,79; хлор - 3,55..5,86; угарный газ - 3,17..3,79;
трехатомные молекулы
углекислый газ - 3,24..4,54; вода - 3,5; закись азота - 3,0;
многоатомные молекулы
метан - 3,24..4,3; аммиак - 3,0.
Для сравнения - поперечник входных пор в цеолитовых молекулярных ситах (подробнее см. Д. Брек. Цеолитовые молекулярные сита) типа NaA, NaX, NaY имеет такой же порядок - единицы ангстрем...
Получается, что идея получать из воздуха кипяток увядает на корню...

Чем поделиться? Каким-таким приоритетом? Вы что же заявку на патент подали?

Да, тяжелый случай. И голова опилками набита, и руки не оттуда растут.
Так где же ответы на вопросы:
1. Откуда взять 100 ккал для нагрева 1 литра воды до 100⁰С?
2. Каким устройством можно быстро, без особого труда прокачать 100 м³ через цеолитовую мембрану?
Жду с нетерпением ответы, надеюсь модераторы их тоже ждут.

А разность давлений, кстати, нулевой не будет. Парциальные давления азота и кислорода одинаковы, а водяной пар только с одной стороны.

Видимо, в этом справочнике приведены некие эффективные с точки зрения газодинамики размеры молекул (почти нет разницы, что CO что CO2).
В трехатомных молекулах атомы обычно выстраиваются в линию. Вода является исключением, атомы водорода располагаются под углом 105 градусов. Размеры атомов C,O,N,H примерно одинаковы, расстояния между атомами порядка размера атома, поэтому минимальное сечение молекулы воды больше, чем О2, N2 и CO2.

Параметры современных мембран (пластик пробитый пучком ионов) не уступают мембранам из 'бычьего пузыря'.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Достаточно тепла выделится при фазовом переходе воды (из пара в жидкость). Теплота парообразования воды 2256 кДж /кг. Теплоемкость воды 4.2 кДж/кг*град.

Любым устройством создающим избыточное давление, перепад давления на мембране зависит от ее параметров, ее площади и потока воздуха (нетерпения пользователя).

А нам и надо через мембрану прокачать только азот и кислород. Правильно, давления на входе и выходе одинаковы, преодолеваем только сопротивление мембраны . А она может быть большой и очень качественной, и качать можно неспеша.

Правильно, азот и кислород будут давить с обеих сторон практически одинаково. А вот водяной пар будет давить только с одной стороны, и затраченная работа будет равна произведению парциального давления пара и объема прокачанного газа (точнее, соответствующему интегралу).

Что значит достаточно тепла? Откуда Вы знаете достаточно или не достаточно? Где расчеты? Ссылка на руки тут уже не проходит. Подумайте сами о чем Вы говорите. У Вас имеются пары воды с температурой окружающего воздуха. В результате предложенного Вами процесса пары конденсируются в воду. Вы полагаете, что выделившаяся при конденсации теплота, будет нагревать воду. Ошибочка вышла. Нагреваться будет осушенный воздух.
И главное, невозможно просто так отобрать у одной части системы энергию и передать ее другой части системы. Для этого надо совершить работу большую, чем величина этой энергии. Вот я и задаю Вам вопрос, кто эту работу будет совершать в походных условиях и чем?


Каким таким любым устройством? При чем здесь нетерпение пользователя. Типичная демагогия альтернативщика. Сначала Вы предлагаете компактное походное устройство, за 15 мин - 1л кипятка, а потом оказывается нужно с собой тащить мотокомпрессор, работающий на дизельном топливе и ждать неизвестно сколько. Вернее известно, пока не кончится топливо. Кипятка все равно не получится. На выходе будет холодная вода и обогрев окружающего пространства.

Итак вывод:
Даже если удасться сконденсировать воду таким устройством (с учетом замечаний Developera), на выходе будет холодная вода и слегка нагретый осушенный воздух. Для осуществления данного процесса необходимо затратить значительную энергию (замечание petrovicha). Данное устройство никак не может быть компактным и походным, как это было заявлено автором.
Я предлагаю считать данное устройство не прошедшим проверки, тему закрыть, автора остепенить.

Будем считать влажность воздуха максимальной 17 % . Из 100 куб м такого воздуха выделится 1.7 л воды и 2256 кДж /кг*1.7 кг =3835 кДж тепла.
Теплоемкость воды 4.2 кДж/кг*град , воздуха 1 кДж/кг*град . Вода и сухой воздух могут нагреться на dt
3835=(4.2*1.7+ 1* 100)*dt откуда dt=3835/107=36 градусов.

Т.о. даже не принимая мер препятствующих выравниванию температур воды и сухого воздуха, мы получаем 1.7 л теплой воды (20+36= 56) градусов и дополнительное тепло.

Воздуходувка тратит энергию на преодоление сопротивления мембраны (на входе и на выходе давления равны). При большой площади мембраны (мембрана с двумя проницаемыми прокладками свернутая в рулон, сопротивление будет незначительным.

Где Вы взяли эти цифры? Абсолютная влажность ~17% будет при температуре ~ 60^oC. А при температуре 17^оC, раз в 10 меньше. Даже в предположении, что тепло у Вас расходуется и на воздух и на воду, прокачать нужно не 100 куб. м., а 1000, и нагрев будет не на 36^оС, а на ~4^oC. Так что положительный эффект ничтожен и ни о каком кипятке речи быть не может.

Не надо произносить заклинания. Значительным будет сопротивление, или не значительным, энергию на прокачку все равно потратить придется, причем расходываться она будет в основном на нагрев воздуха, а не воды.

Объяснения считаются неудовлетворительными. Вердикт остается прежним.

1) Я ошибся, не 17 %, а 17 мм рт. ст. Это максимальная влажность при 20 градусах (в 1куб.м воздуха~17 г воды)
В остальном абзац правильный . Я его повторю:

Будем считать влажность воздуха максимальной 17 мм рт. ст. Из 100 куб м такого воздуха выделится 1.7 л воды и 2256 кДж /кг*1.7 кг =3835 кДж тепла.
Теплоемкость воды 4.2 кДж/кг*град , воздуха 1 кДж/кг*град . Вода и сухой воздух могут нагреться на dt
3835=(4.2*1.7+ 1* 100)*dt откуда dt=3835/107=36 градусов.

2) Знергия на прокачку - это технические потери, их можно уменьшить увеличив площадь.

Но суммарное давление везде практически одинаковое. В сосуде (между насосом и мембраной) чуть выше. Это потери на продавливание воздуха через мембрану. При приближении скорости продавливания к нулевой, эти потери тоже приближаются к нулю.

У меня вопрос когда бывает 100% влажность воздуха? Вот довелось мне полезть в пещеру с интерферометром, температура постоянная 9 градусов. Очень влажно, проводник сказал что влажность 100%.

В закрытой бутылке (с водой) над водой относительная влажность воздуха 100%,
под водой абсолютная влажность воздуха 100%.

Нет, не равны. Равны парциальные давления азота и кислорода, а давление пара равенство нарушает.

Нет, это не так.

Согласимся, что давление паров при 20^оС 17 мм.рт.ст. Каким образом увеличим парциальное давление паров до 760 мм.рт. ст., и главное зачем? Как Вы сами посчитали, часть выделившейся теплоты пойдет на нагрев воды до 56 ^оС, остальная теплота пойдет на обогрев воздуха.

Не чистейшего кипятка, а предположительно тепленькой водички 56^оС. Даже чай заварить нельзя. Но на самом деле не будет там 56 ^оС, а почему скажу чуть ниже.
Не буду с Вами вести холивар по поводу одинакового давления на входе и на выходе. Но даже если одинаковые, почему Вы решили, что качать легко. Я недаром предлагал Вам построить действующую модель, тогда Вы сразу же убедились бы легко это, или не очень. Ну давайте посчитаем. В поход Вы взяли с собой резиновый насос для накачки надувных матрасов. Объем его 1 л, чтобы прокачать 100 м³, надо сделать 100 000 качаний. Теперь вопрос, сколько времени Вы будете качать. Получается сутки. Теперь следующий вопрос - легко Вам будет или не очень. А что у Вас в это время будет происходить с конденсируемой водой? Она очень быстро будет остывать до температуры окружающего воздуха. При каждом качании Вы будете получать каплю в 17 мг с температурой 56^оС. Вы еще не успеете сделать следующее качание, как эта капля уже остынет.


С учетом выше сказанного, все что здесь написано является полной ахинеей.

Не согласен. Отнюдь не все является полной ахинеей.
"Заодно согреваемся" - это будет работать! - попробуйте сделать хотя бы 1000 качаний (а надо 100000) - уже вспотеете.

Хочу выразить благодарность Ксею: такую восхитительную чушь я сам любил нести классе в седьмом-восьмом... воспоминания просто согрели душу
...а сейчас полученное образование сильно ограничивает воображение - законами физики...

Кстати, Ксей, а в каком классе Вы учитесь?
Если примерно в указанном возрасте - не теряйте оптимизма!
Если сохранится реальный интерес к физике и мотивация к учебе - все будет отлично.

Ксей имел ввиду что тепло при конденсации равно теплу при испарении. Испаряющиеся молекулы улетают с большей энергией чем у оставшихся в жидкости. К тому же он учел что давление паров остается неизменным, и поэтому считает что прокачка воздуха через мембрану не потребует "больших" усилий.
Так что его предложение было основано на логике. Лично для меня, оппоненты изложили свои контрдоводы не достаточно убедительно (понятно). Увы, Ксей не сказал заключительного слова - согласился или же нет.

Образование меня тоже давит. Я вот тут подумал, что во многой мудрости мноого печали. Мама говорит, восемь надо обязательно закончить, а как же я потом изобрету вечный двигатель?
А Вы, наверно, все 11?

Марсианин достал.
Действительно, чтобы общие давления везде были почти одинаковы, должны быть примерно равны и парциальные давления. Процесс конденсации паров придется осуществлять изотермически. И еще небольшая уступка – при относительной влажности воздуха 100% (это обычно бывает по утрам).
В этом случае, продувая воздух через мембрану, мы получим прохладную водичку. Но это даже хорошо, потому, что как правильно отметил Snowmen, пользователь может слегка согреться в процессе получения воды.
Затраты энергии на продув воздуха будут зависеть от качества мембраны. Насос от надувного матраса это слишком примитивно. Имея идеальную мембрану размерами 1.5х1.5 м, достаточно будет пробежать с ней 50-100 метров, чтобы охватить 100 куб метров воздуха и получить 1.7 литра чистейшей росы.
Скоростной напор в аппарате меньших размеров, установленном на машине, обеспечит непрерывную добычу воды, даже при меньшей относительной влажности окружающего воздуха.
Т.о воду пользователь получит и согреется, а на счет горячего, так это на любителя.

Цитата(Ксей @ 5.12.2008, 21:23)

Марсианин достал.

Не, все же из девятого :-)

Так. С одним тезисом мы разобрались. Кипятка у нас не будет. Но теперь у нас разительно изменилась конструкция апппарата. У нас нет насоса, нет замкнутого пространства, ограниченного мембраной, нет емкости для сбора воды. Осталась только мембрана неимоверных размеров. Как Вы себе это представляете бегать по лесу с мембраной таких размеров на вытянутых руках. Я себе это не могу представить. Поэтому я предлагаю Вам немного модифицировать это устройство. Вы натягиваете мембрану на каркас дэльтаплана. И утречком, когда влажность около 100% отправляетесь на этом дэльтаплане в полет. В процессе полета мембрана будет собирать всю воду из воздуха, и эта водичка будет капать Вам за шиворот. Очень полезное устройство и на дэльтаплане полетаете и одновременно душ примете. Не надо идти в речку купаться.

В том числе одинаково должно быть и парциальное давление водяного пара с обеих сторон мембраны. А следовательно?

Ну сколько будет в граммах разница от парциального давления пара? Можно просто взять тряпку, как модель мембраны пропускающей и азот и пары воды - и побегать с развернутым парусом/парашютом метр на метр. Вот и основное сопротивление.

Хотелось бы увидеть убедительные расчеты о температуре получаемой воды. А то "Абсолютная влажность ~17% будет при температуре ~ 60oC."
"Я ошибся, не 17 %, а 17 мм рт. ст. Это максимальная влажность при 20 градусах (в 1куб.м воздуха~17 г воды)"

"откуда dt=3835/107=36 градусов."
"Как Вы сами посчитали, часть выделившейся теплоты пойдет на нагрев воды до 56 оС"

Отложим на время технические вопросы и посчитаем еще раз.
Будем полагать, что относительная влажность воздуха 100% (при 20 град. это 17 мм рт ст). 100 куб. м такого воздуха содержат 1.7 л воды и теплоту конденсации водяных паров Q:
Q= 2256 кДж /кг*1.7 кг =3835 кДж.

В процессе отделения пара от воздуха, пар будет пересыщаться и конденсироваться, выделяя теплоту конденсации. Вода и выходящий сухой воздух будут нагреваться. Первые порции воздуха выйдут практически при 20 град. и только последние порции нагреются на dt. Т.е. можно считать, что 1.7 кг воды и только половина (50 куб.м) воздуха нагреются на dt, вследствие выделения тепла Q.

Q = 3835 кДж = (4.2*1.7+ 1* 50)*dt = 57* dt
откуда
dt=3835/57=67 градусов.

(теплоемкость воды 4.2 кДж/кг*град , воздуха 1 кДж/кг*град) .

Т.о. получим 1.7 л воды с температурой 20+67= 87 градусов и дополнительное тепло.

Возможно, этот ответ оставил некоторую неудовлетворенность, поэтому напомню о еще одной особенности воды, которая тоже определяется полярностью ее молекулы и проявляется не только в жидкой фазе, но, как утверждает Snowman, и в паре.

Этот эффект значительно снижает требования к отверстиям мембраны, и делает реализацию предлагаемого устройства еще более реальной.

Такая мембрана (с указанными выше параметрами) будет плотнее самой плотной ткани. Поэтому, если вы пробежите с ней километр, то вряд ли охватите даже пять кубов. Воздух будет обтекать это препятствие, как непроницаемую преграду.

Идея сама по себе интересная, но производительность будет очень низкая.

Не раскрыта тема обратного движения воды через мембрану. Если за мембраной получается кипяток, то должен быть пар, который должен просачиваться через мембрану в обратную сторону.

Воздух выходит, а пар остается в сосуде. Когда давление пара станет выше давления насыщенных паров, из него начнет конденсироваться вода. Пары воды и вода находятся по одну сторону мембраны.

Можно изменить немного конструкцию и использовать ее просто для производства воды в пустынных районах, где, кстати, почти всегда дуют ветра.

Кострукция размещается на мачте и имеет возможность крутиться вокруг вертикальнойц оси. Берется емкость (цилиндр ли куб). Один конец (или грань) - вход для воздуха. С другой стороны - мембрана.

С входной стороны устанавливается раструб для увеличения перепада давления, с противоположной стороны (с зади) киль, который все время будет разворачивать широкую часть раструба четко против ветра. При большом раструбе можно получить приличное давление внутри камеры, где и будет происходить конденсация влаги, и по каким-нибудь специальным направляющим будет стекать в водоприемник.

Даже при низкой влажности воздуха, при емкости камеры в четверть куба, устройство сможет собирать до нескольких литров воды в сутки.

А нагреть стакан воды можно и другим способом.

Не самый лучший велосипедист способен развивать мощность не менее 200 Вт и держать ее не менее двух часов. А это уже больше тысячи килоджоулей (точнее, 1440 кДж). Это сколько воды нагреть можно?

Кажется англицкая королева в надцатом веке объявляла премию, за получение пресной воды на кораблях. Премия так и не вручена.....