Определение коэффициента

Теплового расширения жидкости.

 

Термометр 1 (рис. 1.1) имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненный термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Изменение температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объёма термометрической жидкости и её уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.

 

Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется на основе мысленного эксперимента. Предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельного значения термометра и уровень жидкости в капилляре возрос на величину l.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1. Подсчитать общее число градусных делений ∆T на шкале термометра и измерить расстояние l между крайними штрихами шкалы.

 

2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости

 

∆ W = πr ² l,

 

где r – радиус капилляра термометра (указан на термометре).

 

3. С учётом начального (при 0°С) объёма термометрической жидкости W (значение приведено на термометре) найти коэффициент теплового расширения β_T = (∆ W / W)/∆ T и сравнить его со справочным значением β_T ^*.

 

Измерение плотности жидкости ареометром.

 

Ареометр 2 (рис. 1.1) служит для определения плотности жидкости поплавковым методом.

Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части.

Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована в значениях плотности.

 

Порядок выполнения измерения.

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нём.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле

 

r = 4 m /(πd ² h),

 

где m и d – масса и диаметр ареометра (значения приведены на ареометре).

 

Эта формула получена путём приравнивания силы тяжести ареометра G = mg и выталкивающей (архимедовой) силы F_{A =} ρgW, где объём погружённой части ареометра W =

hπd ²/4.

3. Сравнить опытное значение плотности ρ со справочным значением ρ *.

 

Определение вязкости вискозиметром Стокса.

 

Вискозиметр Стокса 3 (рис. 1.1) содержит цилиндрическую ёмкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик. Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика в ней.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1. Повернуть устройство в вертикальной плоскости на 180° и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе. Шарик должен падать по оси ёмкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

 

2. Вычислить опытное значение коэффициента кинематической вязкости жидкости по формуле

 

n = [ gd ² t (ρ_ш/ρ – 1)] / [ t ( 18 + 43,2 d / D ].

 

Где g – ускорение свободного падения; d, D – диаметры шарика и цилиндрической емкости; ρ, ρ _ш– плотности жидкости и материала шарика (значения ρ _ши d приведены на вискозиметре).

 

Измерение вязкости капиллярным

Вискозиметром.

 

Капиллярный вискозиметр 4 (рис.1.1) включает ёмкость с капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из ёмкости через капилляр.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1..     Перевернуть устройство в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объёма жидкости между метками из ёмкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

 

Вычислить значение коэффициента кинематической вязкости по формуле

 

ν = Mt,

 

где M – постоянная прибора (приведена на вискозиметре), и сравнить его со справочными данными.

 

Измерение поверхностного натяжения

Сталагмометром.

 

Сталагмометр 5 (рис. 1.1) служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит ёмкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна её весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении ёмкости с заданным объёмом.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1. Перевернуть устройство и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объёма жидкости, заключённого между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель п.

 

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения по формуле

 

σ = Kρ / n,

где К – постоянная сталагмометра,

и сравнить его со значением σ^* справочной литературы.

 

													Таблица 1.1
						Свойства жидкостей
	Жидкость					ρ,	βp·103,		βT ·103,		ν 106,		σ ·103,
						кг/м3	МПа		К-1		м2/с		Н/м
	Вода пресная				998		0,49		0,15		1,01		73
	Спирт этиловый				790		0,78		1,10		1,52		23
	Масло:
	моторное М – 10				900		0,60		0,64		800		25
	индустриальное 20				900		0,72		0,73		110		25
	трансформаторное				890		0,60		0,70		30		25
	АМГ – 10				850		0,76		0,83		20		25
													Таблица 1.2.
				Физические свойства воды при атмосферном давлении
	t,		ρ,			µ 106,			ν 106,			σ 104,
	oC		кг/м3			Па·с			м2/с			Н/м
	0		999,9			1788			1,789			756,4
	10		999,7			1306			1,306			741,6
	20		998,2			1004			1,006			726,9
	30		995,7			801,5			0,805			712,2
	40		992,2			653,3			0,659			696,5
	50		988,1			549,4			0,556			676,9

 

Порядок выполнения работы - определения параметров рабочих жидкостей.

1.Получить у преподавателя образец жидкости.

 

2.Определить температуру жидкости.

3.Определить плотность жидкости, сравнить полученные результаты со справочной литературой.

4.Определить значение удельного веса жидкости.

5. По справочным данным определить значение всех необходимых параметров.

6. Полученные результаты занести в рабочую тетрадь.

7. Сделать выводы.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

Тема: Определение давления жидкости расчетами и с помощью манометров.

 

Цель работы: изучить устройства и принцип действия приборов для измерения давления,приобрести навыки измерения гидростатического давления жидкостными приборами.

 

Общие сведения

 

Гидростатическим давлением     p называют нормальное сжимающее напряжение в

 

неподвижной жидкости, т.е. силу, действующую на единицу площади поверхности. За единицу измерения давления в международной системе единиц принят паскаль (Па = Н/м²).

p =_lim∆ ^∆Ρ

∆ S →0  ^S

где ∆Ρ- элементарная равнодействующая поверхностных сил (гидростатическая сила), Н;

 

∆ S - элементарная площадка действия, м²

Различают абсолютное, атмосферное, манометрическое и вакуумметрическое давления.

Абсолютное (полное) давление р отсчитывается от абсолютного вакуума. Атмосферное давление р _а создается силой тяжести воздуха атмосферы. Его значение зависит от высоты места измерения, температуры воздуха (времени года, суток). На уровне моря при температуре 0^оС принимается равным 101325 Па или 760 мм gТ. Ст. Положительную разность между абсолютным давлением и атмосферным называют манометрическим (избыточным) давлением, а отрицательную – вакуумметрическим давлением:

 

Р = Р_а + Р_изб,

 

Р_изб = Р − Р_а.

 

Избыточное давление Р_изб может быть положительной, и отрицательной величиной. Если

 

избыточное давление положительное, то его называют манометрическим. Если отрицательное, то его называют вакуумметрическим. Приборы, измеряющие эти величины соответственно, будут называться манометры и вакуумметрами. Приборы для измерения атмосферного давления назвали барометрами.

 

По принципу действия и типу рабочего элемента приборы бывают жидкостными, механическими и электрическими.

 

Жидкостные приборы исторически стали применяться первыми. Их действие основано на принципе уравновешивания измеряемого давления р силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе:

 

p = ρgh,

 

где ρ – плотность жидкости, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с².

Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба жидкости h (мм gТ. Ст.,

 

м вод. Ст.). Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны только при измерении небольших давлений.

 

В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию чувствительного элемента (трубки, мембраны, сильфона), которая с помощью специальных механизмов передаётся на указатель. В манометре Бурдона используется отклонение трубки овального поперечного сечения под действием давления для перемещения указателя (стрелки) относительно шкалы. Быстродействие его низкое и составляет порядка 1 секунды. Более того, расстояние между точкой измерения и местом расположения манометра лимитируется длиной капиллярной трубки, связывающей эту точку с измерительным устройством. Несмотря на эти недостатки, в инженерной практике манометры Бурдона широко используются благодаря простоте конструкции, низкой стоимости и широкому диапазону измеряемых давлений. Такие приборы компактны и имеют большой диапазон измеряемых давлений. Недостатком механических приборов является инерционность, что не позволяет использовать их для измерения мгновенного значения давления в быстропротекающих процессах.

 

В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал. Сигнал регистрируется показывающим или пишущим прибором (вольтметром, амперметром, самописцем, осциллографом). В последнем случае можно фиксировать давление при быстро протекающих процессах.