Д ругие физические свойства жидкости

Сжимаемость – это свойство жидкости изменять свой объём в зависимости от изменения давления. Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом сжимаемости или объёмного сжатия (β_V)

,

представляет собой отношение изменения объёма жидкости (dV) при изменении давления на 1 (dp), к её первоначальному объёму (V).

Знак (-) – объём изменяется (уменьшается) при увеличении давления.

- величина, обратная коэффициенту сжимаемости, называется модулем упругости, ,

изменяется в зависимости от p и t.

Ввиду малой сжимаемости капельных жидкостей при гидравлических расчётах сжимаемостью жидкостей обычно пренебрегают и считают жидкости практически несжимаемыми, за исключением отдельных случаев (например, гидравлический удар).

Температурное расширение – это способность жидкости изменять свой объём при её нагревании. Характеризуется коэффициентом температурного расширения (β_t)

,

выражающим относительное изменение объёма жидкости при увеличении её температуры на 1 ˚С.

Коэффициент температурного расширения для несжимаемых жидкостей ничтожно мал и при обычных гидравлических расчётах, как правило, не учитывается.

Упругость паров жидкости называется парциальным (частичным) давлением насыщенных паров жидкости над её поверхностью, при котором пары находятся в равновесии с жидкостью (то есть жидкость не испаряется, а пары не конденсируются).

У пругость паров увеличивается с повышением температуры для различных жидкостей.

Упругость паров можно определить как давление, соответствующее точке кипения жидкости при данной температуре.

Поверхностное натяжение

Молекулы жидкости внутри её объёма испытывают примерно одинаковое воздействие соседних молекул, в то время как молекулы, находящиеся непосредственно у поверхности раздела фаз, притягиваются молекулами внутренних слоёв жидкости сильнее, чем молекулами окружающей среды. В результате на поверхности жидкости возникает давление, направленное внутрь жидкости по нормали к её поверхности, которое и стремится уменьшить эту поверхность до минимальной величины.

Следовательно, для увеличения поверхности, то есть для создания новой поверхности, необходима некоторая затрата энергии.

Работу, требуемую для образования единицы новой поверхности, называют поверхностным натяжением и обозначают

σ, в СИ.

Поверхностное натяжение можно рассматривать как силу, действующую на единицу длины поверхности раздела жидкости и соприкасающейся с ней среды.

Поверхностное натяжение уменьшается с увеличением температуры. С величиной σ связаны характеристики смачивания капельными жидкостями твёрдых материалов.

В справочной литературе обычно приводятся значения σ на границе жидкость-воздух.

С илы поверхностного натяжения приходится учитывать при исследовании движения жидкости в капиллярных трубках некоторых измерительных приборов. При обычных же гидравлических расчётах влиянием этих сил из-за их малости обычно пренебрегают.

2. Гидростатика

В гидростатике изучается равновесие жидкостей, находящихся в общем случае в состоянии относительного покоя, при котором в движущейся жидкости её частицы не перемещаются друг относительно друга. При этом силы внутреннего трения отсутствуют, что позволяет считать жидкость идеальной.

В состоянии относительного покоя форма объёма жидкости не изменяется, и она, подобно твёрдому телу, перемещается как единое целое (например, жидкость в перемещающейся цистерне, или внутри вращающегося с постоянной скоростью барабана центрифуги и т.д.) В подобных случаях покой рассматривают относительно стенок движущегося сосуда.

Жидкость в неподвижном сосуде находится в абсолютном покое (относительно поверхности Земли), который в таком понимании является расчётным случаем относительного покоя.

Независимо от вида покоя на жидкость действуют силы тяжести и давления. В случае относительного покоя следует учитывать также силу инерции переносного (вместе с сосудом) движения жидкости.

Соотношение между силами, действующими на жидкость, которая находится в состоянии покоя, определяющее условия равновесия жидкости, выражается дифференциальными уравнениями равновесия Эйлера.

Давление

1 . Жидкость оказывает давление на дно и стенки сосуда, в котором она находится, и на поверхность любого погруженного в неё тела.

Рассмотрим некоторую элементарную площадь ΔF внутри объёма покоящейся жидкости V. Независимо от положения площадки в данной точке объёма (С) жидкость будет давить на неё с некоторой силой, равной ΔP и направленной по нормали к площадке, на которую она действует.

Эту силу называют силой гидростатического давления

- есть среднее гидростатическое давление, а предел этого отношения при ΔF называется напряжением гидростатического давления или просто давлением в данной точке

, .

Свойство гидростатического давления: через каждую точку внутри жидкости может проходить бесконечно большое число элементарных площадок.

При этом сила ΔP в любой точке в любой точке направлена по нормали к каждой такой площадке, на которую она действует.

Иначе эту силу можно было бы разложить на нормальную и параллельную плоскости площадки составляющие и параллельная составляющая вызвала бы перемещение слоёв жидкости, что невозможно, так как по условию жидкость находится в покое.

Д авление в любой точке жидкости одинаково по всем направлениям, поскольку в противном случае также происх одило бы перемещение жидкости внутри занимаемого ею объёма.

Единицы измерения давления

Из определения давления следует, что его единица в системе СИ , в системе МКГСС .

В расчётах давление часто выражают также в физических и технических атмосферах или в единицах высоты столба манометрической жидкости (воды, ртути и др.)

Можно установить следующие соотношения между различными единицами давления:

1 атмосфера физическая (1 атм) = 760 мм рт. ст. = 10,33 м вод. ст. = 1,033 = 10330 = 101300 .

1 атмосфера техническая (1 ат) = 735,6 мм рт. ст. = 10 м вод. ст. = 1 = 10000 = 98100 .

Давление, равное 1 называется атмосферным (ат).

1 ат = 1 = 0,98 бар = 0,98^.10⁵ = 0,98^.10⁶ дин = 1^.10⁴ .

Давление абсолютное, избыточное, вакуум

Приборы для измерения давления (манометры или вакуумметры) показывают не абсолютное давление p_абс внутри замкнутого объёма, а разность между абсолютным и атмосферным или барометрическим давлением, p_атм.

Эту разность называют избыточным давлением p_изб, если давлением в объёме превышает атмосферное, и разрежением (вакуумом) p_вак, если оно ниже атмосферного. Таким образом,

,

.

Величина вакуума определяется разностью между атмосферным и абсолютным давлениями жидкости

и изменяется в пределах от нуля до атмосферы.

Вакуум можно также характеризовать величиной абсолютного давления.

Например, абсолютное давления p_абс = 0,3 ата соответствует вакууму p_вак = 1 – 0,3 = 0,7 ат.

Барометрическое давление

Барометрическое (атмосферное) давление (p_бар или p_атм) зависит от высоты места над уровнем моря и от погоды.

За нормальное барометрическое давление принимают давление, равное 760 мм рт. ст. (101325 ).

С высотой давление убывает. Наоборот, в глубоких шахтах барометрическое давление значительно больше, чем на уровне моря.