1.3. Плотность, удельный объем, удельный вес, сжимаемость, температурное расширение, поверхностное натяжение жидкости

Под плотностью ρ (кг/м³) понимают массу жидкости m, заключенную в единицу ее объема W, т.е.

ρ = m/V (1.1)

Формула Д.И. Менделеева для расчета плотности нефтепродуктов при

любой температуре и атмосферном давлении:

ρ_t = (1.2)

Таблица 1.1. Зависимость плотности воды от температуры

Температура t ºС	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Плотность ρ, кг/м³	1000	1000	998	996	992	988	983	978	972	965	958

Вместо плотности в формулах может быть использован также удельный вес γ (Н/м³),

т.е. вес G, приходящийся на единицу объема W:

γ = G/V (1.3)

Плотность и удельный вес жидкости связаны между собой. Эта связь легко устанавливается, если учесть, что G = mg:

γ = = → = ρg (1.4)

Изменения плотности и удельного веса жидкости при изменении температуры и р давления незначительны, и в большинстве случаев их не учитывают. Плотности наиболее употребляемых жидкостей и газов (кг/м³): бензин – 710…780; керосин – 790…860; вода – 1000; ртуть – 13600; масло гидросистем (АМГ – 10) – 850; масло веретенное – 890…900; масло индустриальное – 880…920; масло турбинное – 900; метан – 0,7; воздух – 1,3; углекислый газ – 2,0; пропан – 2,0.

Удельный объем – величина, обратная плотности, ν = 1 / ρ. В системе СИ единица удельного объема – кубический метр на килограмм (м³ / кг).

Сжимаемость – это свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость капельных жидкостей и газов существенно различается. Так, капельные жидкости при изменении давления изменяют свой объем крайне незначительно. Газы, наоборот, могут значительно сжиматься под действием давления и неограниченно

расширяться при его отсутствии.

Сжимаемость капельных жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия β_V ( Па ^-1):

β_V = - , (1.5)

где ∆ρ – изменение давления; ∆W – изменение объема под действием ∆ρ, W_o – первоначальный объем.

Знак минус в формуле обусловлен тем, что положительное приращение давления поршня вызывает отрицательное приращение объема.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия β_р , называется объемным модулем упругости жидкости (или модулем упругости) К = 1 / βv ( Па).

Модуль упругости капельных жидкостей изменяется при изменении

температуры и давления. Однако в большинстве случаев К считают

постоянной величиной, принимая за нее среднее значение в данном диапазоне

температур или давлений. Различают изотермический и адиабатический

модули упругости. Причем обычно для расчетов используют изотермический

модуль. Адиабатический модуль применяется при анализе быстротечных

процессов. Изотермические модули упругости некоторых жидкостей (МПа):

бензин –– 1300; керосин – 1280; вода 2000; ртуть – 32400; масло гидросистем (АМГ – 10) – 1300; масло индустриальное

50 – 1470; масло турбинное – 1700.

Таблица 1.2. Коэффициент объемного сжатия для некоторых

жидкостей (р ≤ 50 МПа)

Жидкость	βυ ∙ ,		Жидкость	βυ ∙ ,
Вода 4, 75 Нефть 7, 4 Эфир 11			Ртуть 0, 3 Бензин 9, 2 Глицерин 2, 5

Капельные жидкости изменяют свой объем и при колебании

температуры. Это их свойство, называемое температурным расширением свойство жидкости изменять свой обьем с изменением температуры

(так как с увеличением температуры объем их увеличивается),

характеризуется коэффициентом температурного расширения β_t(К^-1):

β_t = , (1.6)

где ∆Т – изменение температуры; ∆W – изменение объема под действием ∆Т;

W_o начальный объем.

Газы весьма значительно изменяют свой объем при изменении

температуры.

Поверхностное натяжение это свойство обусловлено силами взаимного

притяжения, возникающие между частицами поверхностного слоя жидкости

на границе раздела с другой жидкостью или газом и вызывающим

напряженное его состояние.

Поверхностное натяжение жидкости зависит от температуры и

уменьшается с ее ростом.

Формула Лапласса:

Р_пов = σ (1/r₁ – 1/r₂), (1.7)

где σ – поверхностное натяжение; r₁, r₂ – радиусы кривизны двух главных

нормальных сечений поверхности жидкости.