Для создания такого же давления водой потребуется столб, высотой

.

Вакуумметрической высотой h _вак называют высоту, на которую жидкость поднимается вследствие разрежения:

.

 

Простейшими приборами для измерения вакуума могут служить вакуумметры, представленные на Рис.2.

 

Рис. 2. Вакуумметр

1 Па = 1 Н/м² = 10^-3 кПа = 10^-6 МПа.

В технике в настоящее время продолжают применять также систему единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда), в которой за единицу давления принимается техническая атмосфера, равная 1 кГс/см².

В технике часто пользуются несистемными единицами – баром.

1 бар = 1,02 ат = 10⁵ Па.

Основные свойства капельных жидкостей

 

Плотность. Плотность – это масса жидкости, заключенная в единице объема. В Международной системе единиц (СИ) она измеряется в кг/м³. Для однородной жидкости

.

С ростом температуры плотность жидкостей снижается.

Исключением из этого правила является только вода в диапазоне температур от 0 до 4°С: ее плотность возрастает и достигает своего максимума (1000 кг/м³) при t = 3,98°С. При дальнейшем нагреве её плотность снижается, как и у других жидкостей.

Именно по этой причине температура воды на дне глубоких водоемов зимой всегда 4°С. При остывании воды до 4°С циркуляция воды в водоеме прекращается, что препятствует промерзанию его до дна.

Значения плотностей некоторых широко распространенных жидкостей при НУ     (t = 20°С, p = 0,1 МПа):

* вода – 1000 кг/м³;

* ртуть – 13 600 кг/м³;

Удельный вес. Удельный вес – это вес жидкости единичного объёма:

, [Н/м³].

    Удельный вес величина не справочная, так как она зависит от ускорения силы тяжести в месте измерения. Поэтому в дальнейшем во всех расчётных формулах будет использоваться плотность ρ, а не удельный вес γ.

Иногда в справочниках вместо плотности приводятся значения относительной плотности различных веществ.

Относительная плотность. Относительная плотность – это отношение плотности жидкости к плотности воды при 4°С:

.

Так как r_воды+4 = 1000 кг/м³, то вычислять относительные плотности очень просто.

Для непосредственного измерения плотности капельных жидкостей в технике часто применяются приборы, называемые ареометрами.

Температурное расширение. Температурное расширение - свойство жидкости характеризуется изменением объёма при изменении температуры, которое определяется температурным коэффициентом объёмного расширения жидкости :

,

где V₁ – начальный объём жидкости при начальной температуре.

    Например, для воды при t = 20°С имеем - .

Сжимаемость. Сжимаемость –это свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость характеризуется двумя величинами: коэффициентом объемного сжатияb_p и объемным модулем упругости k.

Коэффициент объемного сжатия – это относительное изменение объема жидкости, приходящееся на единицу давления

.

Знак “минус” в этом выражении введён для того, чтобы этот коэффициент имел положительные значения, так как производная  всегда отрицательная.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется объемным модулем упругости

Объемный модуль упругости несколько возрастает при повышении давления и немного снижается при росте температуры.

 

 

Оценим сжимаемость капельных жидкостей.

При атмосферном давлении для минеральных масел k» 1320 – 1720 МПа. При повышении давления на 10 МПа  (≈ 100 ат) изменение объема минерального масла составит примерно

то есть изменение объема жидкости при столь существенном изменении давления составило 0,67%. По этой причине в гидравлике очень часто жидкость считают несжимаемой.

Для воды при нормальных условиях – k = 2∙ 10⁹ Па.

Однако, при очень высоких давлениях и упругих колебаниях сжимаемость жидкостей следует учитывать.

Кавитация. Кавитация  – нарушение сплошности потока капельной жидкости.

При снижении давления или повышении температуры в жидкости начинают появляться отдельные пузырьки её паров, а также выделяться растворённые в ней газы. Когда давление станет равным давлению (упругости) насыщенных паров рассматриваемой жидкости при данной температуре, в ней образуются пузырьки и даже целые полости, заполненные парами жидкости и газами, которые расчленяют непрерывной поток жидкости. Естественно, что законы, установленные для сплошных сред, теряют при этом свою силу.

Эти пузырьки или полости, перемещаясь в массе жидкости или вместе с ней и попадая в области с более низкой температурой или высоким давлением, мгновенно смыкаются (так как пары конденсируются, а газы снова растворяются в жидкости и в образовавшиеся пустоты с большими скоростями устремляются частицы жидкости), что приводит к местным гидравлическим ударам – резкому повышению давления в этих местах, а также местному повышению температуры.

Кавитация в трубопроводах и гидравлических машинах является крайне вредным явлением, так как местные гидравлические удары на стенках труб и проточных элементах машин приводят к их разрушению.

Вязкость.   Вязкость – этосвойство жидкости сопротивляться сдвигу её слоев.

        

    Различают динамическую и кинематическую вязкость.

Динамическая вязкость обозначается: m  [Па×с].

Кроме [Па×с] иногда используют внесистемную единицу измерения Пуаз (1П = 0,1 Па×с).

Кроме динамической вязкости, в технике широко используют кинематическую вязкость:

 [м²/c].

Единицей измерения кинематической вязкости является Cтокс:

1 Ст = 1 см²/с = 10^-4 м²/с.

С ростом температуры вязкость капельных жидкостей очень сильно падает (по экспоненте), а газов – растет по линейному закону.

Например, при нагревании пресной воды от 0 до 100°С кинематическая вязкость падает от 1,79×10^-6 до 0,29×10^-6 м²/с, то есть   в 6 с лишним раз.

В этом же диапазоне температур вязкость минеральных масел изменяется в десятки и сотни раз. При отрицательных температурах вязкость масел резко возрастает.

Измеряют вязкость специальными приборами, называемыми вискозиметрами. (Принцип действия этих приборов состоит в сравнении времени истечения заданного количества испытуемой и эталонной жидкостей через капилляр).

Рассмотрим примеры.

 

 

Если сосуд закрыт и на поверхность жидкости действует избыточное давление (действующее на жидкость внешнее давление p_o больше окружающего атмосферного давления p_ат, т.е. p_o > p_ат), то ПП располагается над СП жидкости на высоте:

,

где p_0и – избыточное давление на поверхности жидкости.

           Если на поверхность жидкости действует вакуум (т.е. p_o < p_ат), то ПП находится под СП жидкости на высоте:

 

                                                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Остальные задачи рассмотреть самостоятельно в учебнике - Никитин О.Ф. «Гидравлика и гидропневмопривод» и методичке Шабловского А.С. (часть 1).