Удельный вес идеальной жидкости

Плотность жидкости

Что такое плотность жидкости

Плотность жидкости — это отношение массы жидкости к объёму, который она занимает.

Если две жидкости одинаковой массы налить в сосуды, то их объемы будут разниться. Причина этому — плотность, т.е. расстояние между молекулами и атомами, образующими внутреннее строение. Эта величина скалярная и обозначается буквой ρ. В литературе можно встретить и другие обозначения, например D и d (в переводе с латинского densitans).

Понятие плотности касается однородных веществ, в т.ч. в жидком состоянии. Если однородность отсутствует, говорят о средней плотности либо плотности в одной точке.

Обычная вода при температуре 4 0 С имеет максимальное ее значение — 1000 кг/м3. Многие жидкие продукты питания имеют близкое значение плотности. Например, обезжиренное молоко, раствор уксуса, вино. В то же время для сока из ананаса аналогичное значение составляет 1084, из винограда — 1361, апельсина — 1043 кг/м3. Пиво имеет плотность 1030 кг/м3.

Многие жидкости менее плотны, чем вода, это:

Как определить плотность жидкости

Математический расчет плотности жидкого вещества выглядит как частное от деления взятой массы на тот объем, который оно занимает.

Где m — масса жидкости, V — ее объем.

Единицей измерения плотности является кг/м3 (для системы СИ). Обозначение в системе CUC — г/см3.

Жидкость, представляющая собой смесь двух и более компонентов, имеет значение плотности, определяемой по формуле:

Существует деление жидкостей на:

Реальные, в свою очередь, подразделяются на:

Как влияют внешние воздействия на расчет

Понятие «плотность» зависимо от условий окружающей среды, в которых происходит ее измерение. По мере повышения либо понижения температуры плотность начинает постепенно уменьшаться. Например, плотность воды при температуре кипения составляет 958,4 кг/м3. Однако таким образом ведут себя не все жидкости. Многие, испытывая понижение температуры, увеличивают свою плотность.

Водка при 20°C имеет плотность 935 кг/м3, а при 80°C — 888; нафталин при 230°C — 865 кг/м3, при 320°C — 794 кг/м3; раствора сахара при 20°C — 1333 кг/м3, при 100°C — 1436 кг/м3. Значение аналогичных величин вынесены в специальные таблицы, которые носят справочный характер.

Для вычисления ρ при изменении температуры вещества применяется формула:

\(\rho t=\rho20\div(1+\beta t\times(t-20))\)

Существуют особенности изменения плотности при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Так, обычная вода при затвердевании уменьшает свою плотность. Касательно других жидкостей — при переходе в твердое состояние ρ чаще растет.

Для характеристики реакции жидкого тела на воздействие внешнего давления вводится термин — сжимаемость. Она высчитывается по формуле:

\(\beta w=\Delta W\div W\times\Delta p=1\div\rho\times(\Delta\rho\div\Delta p)\)

Где βw — коэффициент объемного сжатия, ΔW — разница в изменении объема, Δρ — изменение плотности, Δp — изменение объема.

Введена еще одна величина, имеющая отношение к сжимаемости. Это объемный модуль упругости (Еж).

Она обратна коэффициенту объемного сжатия и определяется по формуле:

В качестве единицы измерения выступает Па — паскаль. Для примера, Еж воды равняется 2 000 МПа.

Каким соотношением связаны плотность и удельный вес жидкости

Удельный вес жидкости (γ) — еще один параметр, от которого зависят ее свойства.

Удельным весом называется вес жидкости, заключенной в единице V (объема).

Нахождение его значения производится по формуле:

Где G — вес жидкости, V — объем.

Между удельным весом и плотностью жидкой среды существует прямая зависимость. Формула для определения удельного веса содержит равенство:

Отличием удельного веса от плотности является тот факт, что он зависит от места проведения измерений, в т.ч. от высоты над уровнем моря и географической широты.

Источник

Основные физические свойства жидкостей. Идеальная и реальная жидкости

Предмет гидравлики, основные понятия и методы

Гидравлика — это наука, которая изучает законы покоя и движения жидких тел и рассматривает их приложения к решению конкретных технических задач.

Гидравлика — одна из самых древних наук в мире, состоящая из двух разделов: гидростатики и гидродинамики. Гидростатика изучает законы равновесия (покоя) жидкости, гидродинамика — законы движения жидкостей.

Наиболее важными физическими свойствами жидкостей являются плотность, сжимаемость и вязкость. Плотностью жидкости называется количество вещества, содержащегося в единице объема.

Сжимаемость — способность жидкости уменьшать объем под действием внешних нагрузок. Вязкость — способность жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Из других характеристик жидкости для пожарных важны свойства температурного расширения, парообразования и поверхностного натяжения. Температурное расширение — способность жидкости изменять объем под влиянием температуры.

Парообразование — способность жидкости переходить из жидкого в газообразное состояние. Процесс парообразования на поверхности жидкости, происходящий независимо от температуры и давления, называют испарением. Процесс парообразования в толще жидкости происходит при определенных температурах и давлении, и его называют кипением.

Поверхностное натяжение — способность жидкости образовывать устойчивую пленку на поверхности раздела с газом.

Читайте также:  Рацион русской цветной болонки

Напо́р, в гидравлике и гидродинамике — давление жидкости, выражаемое высотой столба жидкости над выбранным уровнем отсчёта. Выражается в линейных единицах.

Давление. Силы, действующие на жидкость, делятся на поверхностные (силы давления, внутреннего трения) и массовые (силы тяжести, инерции). Поверхностные силы, действующие на покоящуюся жидкость, распределены по ее граничным поверхностям и могут быть только нормальными (перпендикулярными) к этим поверхностям. Сила, действующая на единицу площади поверхности жидкости перпендикулярно к этой поверхности, называется гидростатическим давлением. Давление измеряют в паскалях (Па) или в метрах водяного столба (м вод. ст.). Паскаль — давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2. Различают давление абсолютное, атмосферное и избыточное. Если при определении гидростатического давления принимают во внимание и атмосферное давление, действующее на свободную поверхность жидкости, то давление называют абсолютным.

Значение атмосферного давления зависит от высоты расположения места над уровнем моря. Например, атмосферное давление на уровне моря примерно равно 105 Па (10,33 м вод. ст.), на высоте 5,5—6 км — в 2 раза меньше.

Избыток абсолютного давления над атмосферным называют избыточным, или манометрическим, давлением. Давление меньше атмосферного — вакуум, или отрицательное избыточное давление.

В пожарной охране для измерения давления используют манометры и мановакуумметры. Основной деталью манометра является согнутая по дуге окружности полая трубка, имеющая в сечении овальную форму. Один конец трубки запаян. Измеряемое давление подводят внутрь трубки через ее открытый конец. Под действием давления трубка стремится выпрямиться за счет разности давлений на ее внешнюю и внутреннюю стороны. При выпрямлении стрелка манометра, связанная со свободным запаянным концом трубки через передаточный механизм, поворачивается на некоторый угол, пропорциональный величине измеряемого давления. Некоторые трубчатые манометры измеряют как избыточное давление, так и вакуум. Такие приборы называют мановакуумметрами. При разрежении пружинная трубка сжимается, что фиксируется передаточным устройством.

Расход. Движущийся поток жидкости имеет скорость v и давление Р. Поток считают установившимся, если скорость и давление в точках потока не изменяются во времени. Обычно расходом называют количество жидкости, протекающей через поперечное сечение потока F в единицу времени. В гидравлике обычно имеют дело с объемным расходом, который измеряют в литрах в секунду или в минуту (л/с, л/мин) или в кубических метрах в час (м3/ч).

Одним из прикладных разделов гидромеханики является гидравлика, которая решает определенный круг технических задач и вопросов. Прикладной характер этого раздела подчеркивает само слово «гидравлика», которое образовано из греческих слов hydor — вода и aulos — трубка. Поэтому гидравлика рассматривается как наука о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов для решения практических задач.

Гидравлика изучает в первую очередь течения жидкостей в раз­личных руслах, т.е. потоки, ограниченные стенками. В понятие «рус­ло» мы будем включать все устройства, ограничивающие поток, в том числе трубопроводы, проточные части насосов, зазоры и дру­гие элементы гидравлических систем. Таким образом, в гидравли­ке изучаются в основном внутренние течения и решаются «внут­ренние» задачи.

Практическая гидравлика изучает течения как безнапорные — течения в открытых руслах (реки, каналы, водосливы), так и на­порные — в закрытых руслах (трубопроводы, насосы, элементы гидравлических систем). Вопросы течения жидкости в закрытых руслах с давлениями, отличными от атмосферного, приобрели осо­бую важность в современном машиностроении.

Основные физические свойства жидкостей. Идеальная и реальная жидкости

Жидкостью называется физическое тело, обладающее свойством текучести, т. е. не имеющее способности самостоятельно сохранять свою форму. Жидкости, законы движения и равновесия которых изучаются в гидравлике, делятся на два класса: сжимаемые жидкости или газы, почти несжимаемые — капельные жидкости.

В гидравлике рассматриваются идеальные и реальные жидкости. Идеальной называется такая жидкость, между частицами которой отсутствуют силы внутреннего трения. Вследствие этого она не сопротивляется касательным силам сдвига и силам растяжения. Идеальная жидкость совершенно не сжимается — она оказывает бесконечно большое сопротивление силам сжатия. Такой жидкости в природе не существует —- это научная абстракция, необходимая для упрощения анализа общих законов механики применительно к жидким телам.

Реальная, или действительная, жидкость не обладает в совершенстве свойствами идеальной жидкости, она в некоторой степени сопротивляется касательным и растягивающим усилиям, а также отчасти сжимается. Для решения многих задач гидравлики этим отличнем в свойствах идеальной и реальной жидкостей можно пренебречь. В связи с этим законы, выведенные для идеальной жидкости, могут быть применены к жидкостям реальным с соответствующими поправками, а иногда даже без них.

СВОЙСТВА: плотность, удельный вес, упругость, вязкость, текучесть, сохранение объема, образование свободной поверхности и поверхностное натяжение, испарение и конденсация, кипение, смачивание, смешиваемость, диффузия, перегрев и переохлаждение.

Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей, и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится.

В отличие от пластичных твёрдых тел, жидкость не имеет предела текучести: достаточно приложить сколь угодно малую внешнюю силу, чтобы жидкость потекла.

Читайте также:  Правильная диета для рук

Одним из характерных свойств жидкости является то, что она имеет определённый объём (при неизменных внешних условиях). Жидкость чрезвычайно трудно сжать механически, поскольку, в отличие от газа, между молекулами очень мало свободного пространства. Давление, производимое на жидкость, заключенную в сосуд, передаётся без изменения в каждую точку объёма этой жидкости (закон Паскаля, справедлив также и для газов). Эта особенность, наряду с очень малой сжимаемостью, используется в гидравлических машинах.

Жидкости обычно увеличивают объём (расширяются) при нагревании и уменьшают объём (сжимаются) при охлаждении. Впрочем, встречаются и исключения, например, вода сжимается при нагревании, при нормальном давлении и температуре от 0 °C до приблизительно 4 °C. А, например, тормозная жидкость в автомобилях, сжимается очень плохо.

Под плотностью жидкости понимается масса единицы объёма жидкости:

Вязкость. При движении реальных (вязких) жидкостей в них возникают внутренние напряжения, обусловленные силами внутреннего трения жидкости. Природа этих сил до­вольно сложна; возникающие в жидкости напряжения связаны с процессом переноса им­пульса (вектора массовой скорости движения жидкости). При этом возникающие в жидкости напряжения обусловлены двумя факторами: напряжениями, возникающими при деформации сдвига и напряжениями, возникающими при деформации объёмного сжатия.

Наличие сил вязкостного трения в движущейся жидкости подтверждается простым и наглядным опытом. Если в цилиндрическую ёмкость, заполненную жидкостью опустить вращающийся цилиндр, то вскоре придёт в движение (начнёт вращаться вокруг своей оси в том же направлении, что и вращающийся цилиндр) и сама ёмкость с жидкостью. Этот факт свидетельствует о том, что вращательный момент от вращающегося цилиндра был передан через вязкую жидкость самой ёмкости, заполненной жидкостью.

Вязкость это свойство жидкости проявлять внутреннее трение при её движении, обусловленное сопротивлением взаимному сдвигу её частиц. В по­коящейся жидкости вязкость не проявляется. Количественно вязкость мо­жет быть выражена в виде динамической или кинематической вязкости, ко­торые легко переводятся одна в другую.

ОБРАЗОВАНИЕ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

Из-за сохранения объёма жидкость способна образовывать свободную поверхность. Такая поверхность является поверхностью раздела фаз данного вещества: по одну сторону находится жидкая фаза, по другую — газообразная (пар), и, возможно, другие газы, например, воздух.

Если жидкая и газообразная фазы одного и того же вещества соприкасаются, возникают силы, которые стремятся уменьшить площадь поверхности раздела — силы поверхностного натяжения. Поверхность раздела ведёт себя как упругая мембрана, которая стремится стянуться.

Поверхностное натяжение может быть объяснено притяжением между молекулами жидкости. Каждая молекула притягивает другие молекулы, стремится «окружить» себя ими, а значит, уйти с поверхности. Соответственно, поверхность стремится уменьшиться.

Поэтому мыльные пузыри и пузыри при кипении стремятся принять сферическую форму: при данном объёме минимальной поверхностью обладает шар. Если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, она обязательно примет сферическую форму — например, капли воды в невесомости.

Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади поверхности.

ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ

Испарение — постепенный переход вещества из жидкости в газообразную фазу (пар).

При тепловом движении некоторые молекулы покидают жидкость через её поверхность и переходят в пар. Вместе с тем, часть молекул переходит обратно из пара в жидкость. Если из жидкости уходит больше молекул, чем приходит, то имеет место испарение.

Конденсация — обратный процесс, переход вещества из газообразного состояния в жидкое. При этом в жидкость переходит из пара больше молекул, чем в пар из жидкости.

Испарение и конденсация — неравновесные процессы, они происходят до тех пор, пока не установится локальное равновесие (если установится), причём жидкость может полностью испариться, или же прийти в равновесие со своим паром, когда из жидкости выходит столько же молекул, сколько возвращается.

Кипение — процесс парообразования внутри жидкости. При достаточно высокой температуре давление пара становится выше давления внутри жидкости, и там начинают образовываться пузырьки пара, которые (в условиях земного притяжения) всплывают наверх.

Смачивание — поверхностное явление, возникающее при контакте жидкости с твёрдой поверхностью в присутствии пара, то есть на границах раздела трёх фаз.

Смачивание характеризует «прилипание» жидкости к поверхности и растекание по ней (или, наоборот, отталкивание и нерастекание). Различают три случая: несмачивание, ограниченное смачивание и полное смачивание.

Смешиваемость — способность жидкостей растворяться друг в друге. Пример смешиваемых жидкостей: вода и этиловый спирт, пример несмешиваемых: вода и жидкое масло.

При нахождении в сосуде двух смешиваемых жидкостей молекулы в результате теплового движения начинают постепенно проходить через поверхность раздела, и таким образом жидкости постепенно смешиваются. Это явление называется диффузией(происходит также и в веществах, находящихся в других агрегатных состояниях).

ПЕРЕГРЕВ И ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ

Жидкость можно нагреть выше точки кипения таким образом, что кипения не происходит. Для этого необходим равномерный нагрев, без значительных перепадов температуры в пределах объёма и без механических воздействий, таких, как вибрация. Если в перегретую жидкость бросить что-либо, она мгновенно вскипает. Перегретую воду легко получить в микроволновой печи.

Читайте также:  Примеры правильного питания для женщин

Переохлаждение — охлаждение жидкости ниже точки замерзания без превращения в твёрдое агрегатное состояние. Как и для перегрева, для переохлаждения необходимо отсутствие вибрации и значительных перепадов температуры.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 99 ; Нарушение авторских прав

Источник

Плотность и удельный вес жидкостей

Плотность и удельный вес жидкостей

В единицах Си плотность выражается в килограммах на 1 кубический метр (кг / м3). Например, при температуре 20°С средняя плотность жидкости Р составляет кг / м3. Вода 998 Дизельное топливо. 850. Керосина 820 Масло 900 Меркурий 13,550 Вес единичного объема жидкости называется ее удельным весом. Удельный вес выражается в Ньютон / кубический метр (Н / м3). Удельный вес однородной жидкости y = 4 * > ад Где O-вес целевого объема Жидкость организма.

Изменения плотности и удельного веса жидкости при изменении температуры и давления незначительны, и в большинстве случаев их не учитывают. Людмила Фирмаль

Однако необходимо учитывать тот факт, что значения параметров, содержащиеся в приведенных выше и многих других гидродинамических зависимостях, варьируются в пределах 0,5% от поверхности Земли, а точность гидравлических расчетов обычно составляет 3-5%. Это позволяет получить среднее значение ускорения силы тяжести (9,81 м / с2) во всех случаях, поэтому нельзя учитывать фактические колебания этой величины при определении удельного веса.

Отношение 5 плотностей (удельного веса) 2 жидкостей называется относительной плотностью (относительным удельным весом) и определяется как отношение массы (веса) рассматриваемой жидкости при определенной температуре (°С) и массы (массы) дистиллированной воды при 4°С и равных объемах при атмосферном давлении. В качестве примера мы показываем относительную плотность (относительный удельный вес) значение 20°для той же жидкости, что и раньше (84°для той же жидкости).

Плотность капельных жидкостей и газов зависит от температуры и давления. Людмила Фирмаль

Смотрите также:

Возможно эти страницы вам будут полезны:



Откройте сайт на смартфоне, нажмите на кнопку «написать в чат» и чат в whatsapp запустится автоматически.

f9219603113@gmail.com

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.9219603113.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

2 Основные определения и физические свойства жидкости

Жидкостьюназывается физическое тело, не способное самостоятельно сохранять свою форму вследствие неограниченной подвижности частиц и полного отсутствия сопротивления разрыву.

Все жидкости делятся на два класса: капельные и газообразные.

Капельная жидкостьимеет объем, но под действием собственного веса принимает форму сосуда, в котором она находится. Если объем капельной жидкости меньше объема сосуда, то жидкость занимает часть объема сосуда и образует свободную поверхность.

В отличие от капельных жидкостей газы, как упругие жидкости, не имеют своих определенных форм и объема. Они всегда занимают весь объем сосуда или резервуара в котором находятся.

При теоретическом изучении различных процессов, происходящих с жидкостями, в гидравлике широко используется понятие «идеальная» (совершенная) жидкость. Под этим понятием подразумевается абсолютно подвижная, несжимаемая жидкость.

Поэтому, изучая то или другое явление, обычно воображают, что явление происходит с идеальной жидкостью, т.е. считают, что сил сцепления и сил трения между частицами нет. Каждую частицу можно представить себе как бы «затвердевшей», тогда к ней могут быть применены общие законы механики твердого тела. При этом учитываются все силы, под действием которых находятся частицы жидкости, за исключением сил трения и сцепления, чем в значительной степени упрощается рассмотрение всего явления в целом.

Естественно, что полученные при таком упрощении выводы не могут вполне соответствовать действительным результатам явления. Строго говоря, введение упомянутых упрощений равносильно рассмотрению другого явления, лишь в большей или меньшей степени похожего на данное. И вот здесь на помощь приходит опыт. Экспериментальным путем выясняется степень расхождения полученных теоретических выводов с действительностью и устанавливаются способы исправления этих теоретических выводов и формул с целью приспособить их для практического пользования.

3 Вес, масса и плотность жидкости

Все существующие в природе реальные жидкости обладают массой. Эта масса подвержена действию земного притяжения, поэтому всякая реальная жидкость, как и все материальные тела, имеет вес. Масса тела не зависит от местонахождения его на земной поверхности. Вес тела, в отличие от массы, при разной величине земного притяжения в различных точках земной поверхности является величиной изменяющейся.

Количество массы тела, содержащееся в единице объема, называется плотностью, обозначается через и определяется по формуле:

, (1)

где M масса жидкости в объемеV.

Плотность жидкости зависит от ее температуры. С повышением температуры плотность жидкости уменьшается.

Удельный вес (объёмный вес)

Удельным весом жидкости называется вес ее единицы объема.

, (2)

где G– вес жидкости.

Удельный вес также называется объемным весом.

Существует очень важная связь между удельным весом жидкости и ее плотностью в виде соотношения:

, (3)

где g– ускорение силы тяжести.

Отсюда плотность жидкости может быть определена по формуле:

. (4)

Удельный, или объемный вес жидкости, как и плотность, зависит от температуры. Плотность и удельный вес некоторых жидкостей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Плотность ρи удельный весγжидкостей

Источник

Интересные факты и лайфхаки