Плотность жидкостей

Основные физические свойства жидкости.

К основным свойствам жидкости относятся: плотность, вязкость, поверхностное натяжение.

Под плотностью жидкости понимают массу жидкости, заключенную в единице объема

, (1.3)

где m – масса жидкости в объеме V.

Если жидкость неоднородна, то формула(1.3) определяет лишь среднее значение плотности в данном объеме.

Плотность среды в произвольной точке определится как

. (1.4)

Предел берется при стягивании объема к точке.

Наряду с плотностью широко используется понятие удельного объема, который является величиной, обратной плотности

. (1.5)

Плотность жидкости меняется с изменением давления и температуры. Эта зависимость существенно различна для капельных жидкостей и газов.

Сжимаемость капельных жидкостей под действием давления характеризуется коэффициентом объемного сжатия [м²/Н] который представляет собой относительное изменение объема жидкости на единицу изменения давления

[Па^-1] (1.6)

где V – первоначальный объем жидкости.

V – изменение этого объема при увеличении давления на . При увеличении давления происходит уменьшение объема, чем и объясняется знак минус.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, представляет модуль упругости жидкости

E_о =[Па]. (1.7)

Коэффициент и, следовательно, E_о слабо изменяются при изменении температуры и давления для капельных жидкостей и средние значения для воды составляют соответственно

^-10 Па^-1; E_о=10⁹Па.

Прочность жидкости на разрыв весьма мала и в практических расчетах не учитывается.

Температурное расширение капельных жидкостей характеризуется коэффициентом температурного расширения, выражающим относительное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на .

. (1.8)

Коэффициент температурного расширения для капельных жидкостей незначителен и для воды при температуре от 283 ^оК до 293 ^оК и давлении 0,1 МПа составляет

=0,00015 1/^оК.

С учетом выше изложенного, изменение плотности жидкости при изменении температуры запишется в виде

=_о , (1.9)

Т_о,_о – температура и плотность при нормальных условиях. Нормальные условия: t=0 ^оС, =1ат.=10⁵ Па.

В отличие от капельных жидкостей газы характеризуются значительной сжимаемостью и высокими значениями коэффициента температурного расширения. Зависимость плотности газа от давления и температуры устанавливается уравнением состояния.

Для идеального газа (газ, в котором не учитывается взаимодействие между молекулами) справедливо уравнение состояния Клапейрона-Менделеева

, (1.10)

где - абсолютное давление [Па]; R – газовая постоянная [для воздуха R=287 Дж/кг_*гдад]; Т – абсолютная температура[^оК].

При других условиях плотность воздуха определяется по формуле

(1.10а)

,,T _ст – параметр

гы воздуха при стандартных условиях; Т – 293^оК, Р=10⁵ Па.

Для изотермического процесса

(Т=const) из формулы (1,10) имеем

, (1.10б)

а для адиабатического процесса

=const, (1.10в)

где =- показатель адиабаты.

Важной характеристикой, определяющей зависимость изменения плотности газа при изменении давления в движущейся среде, является скорость распространения звука а

.. (1.10г)

Для воздуха

При Т= 293^оК, а=330 м/с, в воде а=1480 м/с.

Газ можно считать несжимаемым при скоростях движения, не превышающих 100 м/с.