Основные свойства жидкостей и газов

2.1. Плотность жидкостей и газов

Плотностью называется количество массы вещества, заключенное в единице объема, плотность отражает инерционные свойства жидкости.

Представление о жидкости как о сплошной материальной среде, позволяет дать определение плотности жидкости в данной точке через предельное отношение элементарной массы жидкости к ее элементарному объему , когда он стремится к нулю, т.е.

(2.1)

В общем случае плотность жидкости может изменяться от точки к точке в объеме, занятом жидкостью, и изменяется в каждой точке объема с течением времени. Это означает, что в механике жидких сред плотность можно рассматривать, как непрерывную функцию координат и времени

Во многих случаях в гидрогазодинамике рассматриваются задачи, связанные с однородной жидкостью, т.е. жидкостью, физические свойства которой неизменны во всем объеме. Плотность во всех точках однородной жидкости одинакова и равна отношению общей массы жидкости к величине объема , занимаемого жидкостью:

(2.2)

Сжимаемость и тепловое расширение. Плотность жидкости меняется с изменением давления и температуры. Эта зависимость существенно различна для капельных жидкостей и для газов. Взаимосвязь между давлением, температурой и плотностью отражает проявление жидкостями таких свойств, как сжимаемость и температурное расширение.

2. Сжимаемость жидкостей и газов

Сжимаемость - свойство жидкостей изменять объем при изменении давления.

Физическим параметром, характеризующим это свойство, является коэффициент объемного сжатия , который равен относительному изменению объема фиксированной массы жидкости при изменении давления на единицу при постоянной температуре:

(2.3)

где - коэффициент объемного сжатия, .

Знак минус отражает тот факт, что увеличение давления приводит к уменьшению объема жидкости.

Сжимаемость реальных капельных жидкостей незначительна и в подавляющем большинстве случаев этим свойством пренебрегают.

В отличие от капельных жидкостей, газы (упругие жидкости) обладают большой степенью сжимаемости. Под действием внешнего давления объем газов значительно уменьшается и соответственно возрастает плотность. Связь между плотностью газов , их давлением и температурой обычно описывается термодинамическими уравнениями состояния в виде функции или специальными таблицами.

В качестве такого уравнения состояния при рассмотрении большинства задач механики жидкости широко используют уравнение состояния идеального газа Менделеева - Клапейрона:

(2.4)

где - абсолютное давление в газе, ; - удельная газовая постоянная, ; - абсолютная температура, .

Данное уравнение достаточно точно описывает поведение реальных газов в широких пределах изменения параметров, но при этом предполагается, что газы находятся в состоянии далеком от условий сжижения.