Понятие жидкость
ЖИДКОСТИ И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Любое вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Состояние вещества – газообразное или жидкое – зависит от условий, в которых находится это вещество, от его температуры и давления, а также от их соотношения. Обычно, под общим названием жидкости объединяют капельные жидкости и газы при небольших перепадах давлений, когда газы представляют собой сплошную легкоподвижную среду.
Жидкость – это физическое тело, в котором силы межмолекулярного сцепления намного меньше, чем у твердых тел. Поэтому жидкость настолько подвижна, что она течет под действием силы тяжести и не обладает способностью сохранять свою форму, приобретая форму сосуда, в котором она находится. Жидкости практически не оказывают сопротивления разрыву, но оказывают значительное сопротивление относительному движению соседних слоёв из-за вязкости.
Капельные жидкости (топливо, масла, вода и т.д.) при разбрызгивании образуют капли, газообразные жидкости (воздух и другие газы) в обычном состоянии капель не образуют. Капельные жидкости оказывают большое сопротивление при сжатии, и в отличие от газов, практически не изменяют при этом своего объема. Газы при сжатии способны резко изменить свой объём, меняя при этом свою плотность.
|
|
Наиболее существенными свойствами жидкости, необходимыми при проведении расчётов, являются: плотность, удельный вес, сжимаемость, температурное расширение и вязкость.
Плотность характеризует количество массы жидкости в единице объёма. Плотность однородной жидкости
, (1.1)
где m – масса жидкости, кг;
V – объём жидкости, м3.
Формула (1.1) позволяет определить среднюю плотность неоднородной жидкости.
Плотность ряда жидкостей приведена в табл. 1.
Таблица 1 – Плотность, удельный вес и вязкость некоторых жидкостей
Жидкость | Температура, t, оС | Плотность, ρ, кг/м3 | Удельный вес γ, кН/м3 | Вязкость ν, м2/с |
Вода пресная | 9,8 9,68 | 1,31х10-6 0,55х10-6 | ||
Морская вода | 1020…1030 | 10,00…10,10 | ||
Воздух | 1,293 | 12,67 | 1,4 х10-6 | |
Дымовые газы | 1,295 | 12,69 | 5 х10-6 | |
Бензин | 650…740 | 6,4...7,25 | 0,65 х10-6 | |
Глицерин | 12,23 | 1,189 х10-3 | ||
Масла | 880…920 | 8,65...9,05 | 1 х10-5..2 х10-4 | |
Мазут | 890…940 | 8,7…9,2 | 2 х10-3 | |
Нефть легкая | 860…880 | 8,45…865 | 2,5 х10-5 | |
Нефть тяжелая | 920..930 | 9,00…9,10 | 1,4 х10-4 | |
Ртуть | 133,33 | 1,6 х10-6 | ||
Спирт | 790…800 | 7,75…7,85 | 1,5 х10-7 |
Плотность капельных жидкостей зависит от температуры и давления. С ростом температуры плотность жидкостей понижается. Однако при небольших перепадах температур величину плотности в расчётах можно принимать постоянной.
|
|
Плотность воды в отличие от других жидкостей имеет пик. Он возникает при температуре +4 оС. При других температурах - как больше, так и меньше t= +4 оС плотность воды уменьшается. Это одно из аномальных свойств воды.
Плотность газов при изменении температур изменяется значительно больше, чем плотность воды. Её значения можно рассчитать, зная, что при постоянном давлении ρТ=const. Составив уравнения ρоТо= ρхТх, можно определить искомую плотность
, (1.2)
где ρо - известная плотность при начальной температуре Т о , оК;
Тх - абсолютная температура газа, оК.
Удельный вес однородной жидкости – это отношение силы веса жидкости к её объёму
, (1.3)
где G – сила веса жидкости, прямо пропорциональная массе жидкости, Н;
g – ускорение свободного падения в условиях Земли, м/с2.
Формула (1.3) показывает, что удельный вес при изменении температуры изменяется аналогично изменению плотности и поэтому приборы для измерений плотности можно использовать при определении удельного веса.
Сжимаемость – это способность жидкости изменять свой объём при изменении давления. Хотя для большинства задач сжимаемость жидкости не играет существенной роли, и капельная жидкость условно считается несжимаемой, существуют, однако задачи, в которых обязательно необходимо учитывать изменение объема жидкости. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объёмного сжатия
, (1.4)
где ∆V – изменение объема жидкости под воздействием изменения давления, м3.
Vo – первоначальный объем жидкости, м3;
∆p – изменение давления в жидкости, .
Значение коэффициента объемного сжатия зависит от вида жидкости, её температуры и давления. Однако изменением коэффициента объёмного сжатия в зависимости от температуры и давления можно в большинстве случаев пренебречь, что даёт возможность считать его величиной постоянной для этой жидкости. Так, для воды при t = 4оС βv = 4,75х10-9, Па-1. И это значение мы используем независимо от действительной температуры воды в диапазоне до 100 оС и для давлений до 10 мПа. Величина обратнопропорциональная коэффициенту объёмного сжатия – это модуль объёмной упругости
. (1.5)
Температурное расширение – это свойство жидкости изменять объём при изменении температуры. Это свойство жидкости характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение (или уменьшение) объёма жидкости из-за изменения ее температуры
. (1.6)
При увеличении температуры у большинства жидкостей (кроме воды) коэффициент температурного расширения уменьшается. Данные об изменении коэффициента температурного расширения воды приведены в таблице 2: