2.1 Bernulijev zakon.

2.2 Pascalov zakon.

2.3 Laminarni tok tečnosti.

2.4 Poiselov zakon.

2.5 Turbulentno strujanje tečnosti.

3.1 Mjerenje viskoziteta tečnosti.

3.2 Merenje zapremine i protoka tečnosti

1. tečno stanje supstance i njihova svojstva.

Tečnosti zauzimaju srednju poziciju između gasovitih i čvrstih materija. Na temperaturama blizu tačkama ključanja, svojstva tečnosti se približavaju svojstvima gasova; na temperaturama blizu tačkama topljenja, svojstva tečnosti se približavaju osobinama čvrstih materija. Ako čvrste tvari karakterizira strogi poredak čestica, koji se proteže na udaljenosti do stotina tisuća interatomskih ili intermolekularnih radijusa, tada u tekućoj tvari obično nema više od nekoliko desetina uređenih čestica - to se objašnjava činjenica da brzo nastaje i poredak između čestica na različitim mestima tečne supstance., kao i opet "razmazanih" toplotnom vibracijom čestica. Istovremeno, ukupna gustina pakovanja čestica tečne supstance malo se razlikuje od čvrste supstance - stoga je njihova gustina bliska gustini čvrste materije, a kompresibilnost je vrlo niska. Na primjer, da bi se za 1% smanjio volumen koji zauzima tekuća voda, potrebno je primijeniti pritisak od ~ 200 atm, dok je za isto smanjenje volumena plinova potreban pritisak reda veličine 0,01 atm. Stoga je kompresibilnost tekućina približno 200:0,01 = 20.000 puta manja od kompresibilnosti plinova.

Gore je navedeno da tečnosti imaju određenu zapreminu i poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze; ova svojstva su mnogo bliža osobinama čvrste nego gasovite supstance. Neposrednu blizinu tekućeg i čvrstog stanja potvrđuju i podaci o standardnim entalpijama isparavanja ∆N° exp i standardnim entalpijama topljenja ∆N° pl. Standardna entalpija isparavanja je količina topline potrebna da se 1 mol tekućine pretvori u paru na 1 atm (101,3 kPa). Ista količina toplote se oslobađa kada se 1 mol pare kondenzuje u tečnost na 1 atm. Količina topline koja se troši na transformaciju 1 mola čvrste tvari u tekućinu pri 1 atm naziva se standardna entalpija topljenje (ista količina toplote se oslobađa kada se "zamrzne" ("učvrsti") 1 mol tečnosti na 1 atm). Poznato je da je ∆N° pl mnogo manji od odgovarajućih vrijednosti ∆N° exp, što je lako razumjeti, budući da je prijelaz iz čvrstog u tekuće stanje praćen manjim kršenjem međumolekularne privlačnosti od prelazak iz tečnog u gasovito stanje.

Brojna druga važna svojstva tečnosti više podsećaju na svojstva gasova. Dakle, kao i gasovi, tečnosti mogu teći - njihovo svojstvo se naziva fluidnost. Otpor protoku određuje viskozitet. Na fluidnost i viskoznost utiču sile privlačnosti između molekula tečnosti, njihova relativna molekulska težina i niz drugih faktora. Viskoznost tečnosti je ~100 puta veća od viskoznosti gasova. Baš kao i gasovi, tečnosti mogu da difunduju, iako mnogo sporije, jer su čestice tečnosti upakovane mnogo gušće od čestica gasa.

Jedno od najvažnijih svojstava tečnosti je njena površinska napetost (ovo svojstvo nije svojstveno ni gasovima ni čvrstim materijama). Molekul u tečnosti je podvrgnut jednolikim intermolekularnim silama sa svih strana. Međutim, na površini tekućine ravnoteža ovih sila je poremećena, a kao rezultat toga, "površinski" molekuli su pod djelovanjem određene rezultantne sile usmjerene unutar tekućine. Iz tog razloga, površina tečnosti je u stanju napetosti. Površinska napetost je minimalna sila koja ograničava kretanje čestica tečnosti u dubinu tečnosti i na taj način sprečava da se površina tečnosti skuplja. Površinska napetost objašnjava "kapljičasti" oblik čestica tečnosti koje slobodno padaju.

Zbog očuvanja volumena, tekućina može formirati slobodnu površinu. Takva površina je fazni interfejs date supstance: na jednoj strani je tečna faza, na drugoj - gasovita (para) i, eventualno, drugi gasovi, kao što je vazduh. Ako su tečna i gasovita faza iste supstance u kontaktu, nastaju sile koje teže da smanje površinu interfejsa - sile površinski napon. Interfejs se ponaša kao elastična membrana koja ima tendenciju skupljanja.

Površinska napetost se može objasniti privlačenjem između tekućih molekula. Svaki molekul privlači druge molekule, nastoji se njima "okružiti" i samim tim napustiti površinu. Shodno tome, površina ima tendenciju smanjenja. Stoga mjehurići sapuna i mjehurići tokom ključanja imaju tendenciju da poprime sferni oblik: za datu zapreminu lopta ima minimalnu površinu. Ako na tekućinu djeluju samo sile površinske napetosti, ona će nužno poprimiti sferni oblik - na primjer, voda pada u bestežinskom stanju.

Mali objekti čija je gustina veća od gustine tečnosti u stanju su da "lebde" na površini tečnosti, jer je sila gravitacije manja od sile koja sprečava povećanje površine.

Vlaženje - površinski fenomen, koji nastaje kada tečnost dođe u kontakt sa čvrstom površinom u prisustvu pare, odnosno na interfejsu tri faze. Vlaženje karakterizira "lijepljenje" tekućine na površinu i širenje po njoj (ili, obrnuto, odbijanje i neširenje). Postoje tri slučaja: nekvašenje, ograničeno vlaženje i potpuno vlaženje.

Miješljivost je sposobnost tečnosti da se otapaju jedna u drugoj. Primer tečnosti koje se mešaju: voda i etil alkohol, primer tečnosti koje se ne mešaju: voda i tečno ulje.

Kada se dvije tekućine koje se miješaju nađu u posudi, molekuli, kao rezultat termičkog kretanja, počinju postupno da prolaze kroz međupovršinu i tako se tečnosti postepeno miješaju. Ovaj fenomen se naziva difuzija (javlja se iu supstancama u drugim agregacijskim stanjima).

Tečnost se može zagrijati iznad tačke ključanja na način da ne dođe do ključanja. Za to je potrebno ravnomjerno zagrijavanje, bez značajnih temperaturnih razlika unutar zapremine i bez mehaničkih utjecaja poput vibracija. Ako u pregrejana tečnost baci nešto, odmah proključa. pregrijana voda lako se stavlja u mikrotalasnu.

Pothlađivanje - hlađenje tečnosti ispod tačke smrzavanja bez prelaska u čvrsto agregatno stanje. Kao i kod pregrijavanja, za pothlađivanje je potrebno odsustvo vibracija i značajnih temperaturnih fluktuacija.

Ako se površina tekućine pomakne iz ravnotežnog položaja, tada se pod djelovanjem vraćajućih sila površina počinje vraćati u ravnotežni položaj. Ovo kretanje, međutim, ne prestaje, već se pretvara u oscilirajuće kretanje blizu ravnotežnog položaja i proteže se na druga područja. Ovo stvara talase na površini tečnosti.

Ako je obnavljajuća sila pretežno gravitacija, tada se takvi valovi nazivaju gravitacijskim valovima. Gravitacioni talasi na vodi mogu se videti svuda.

Ako je obnavljajuća sila pretežno sila površinske napetosti, tada se takvi valovi nazivaju kapilarni. Ako su ove sile uporedive, takvi valovi se nazivaju kapilarno-gravitacijskim valovima. Talasi na površini tekućine su prigušeni viskoznošću i drugim faktorima.

Formalno gledano, za ravnotežnu koegzistenciju tečne faze sa drugim fazama iste supstance – gasovitom ili kristalnom – potrebni su strogo definisani uslovi. Dakle, pri datom pritisku potrebna je strogo određena temperatura. Međutim, u prirodi i tehnologiji svuda tečnost koegzistira sa parom, ili takođe sa čvrstim agregatnim stanjem - na primer, voda sa vodenom parom i često sa ledom (ako paru posmatramo kao zasebnu fazu koja je prisutna zajedno sa vazduhom). To je zbog sljedećih razloga.

Neuravnoteženo stanje. Potrebno je vrijeme da tečnost ispari, dok tečnost potpuno ne ispari, ona koegzistira sa parom. U prirodi voda neprestano isparava, kao i obrnuti proces - kondenzacija.

zatvoren volumen. Tečnost u zatvorenoj posudi počinje da isparava, ali pošto je zapremina ograničena, pritisak pare raste, postaje zasićen i pre nego što je tečnost potpuno isparila, ako je njena količina bila dovoljno velika. Kada se dostigne stanje zasićenja, količina isparene tečnosti jednaka je količini kondenzovane tečnosti, sistem dolazi u ravnotežu. Tako se u ograničenoj zapremini mogu uspostaviti uslovi neophodni za ravnotežnu koegzistenciju tečnosti i pare.

Prisustvo atmosfere u uslovima zemaljske gravitacije. Utiče na tečnost Atmosferski pritisak(vazduh i para), dok za paru, praktično samo njen parcijalni pritisak. Dakle, tečnost i para iznad njegove površine odgovaraju različite tačke na faznom dijagramu, u području postojanja tekuće faze i u području postojanja plinovitog, respektivno. Ovo ne poništava isparavanje, ali za isparavanje je potrebno vrijeme tokom kojeg obje faze koegzistiraju. Bez ovog uslova, tečnosti bi ključale i isparile vrlo brzo.

2.1 Bernulijev zakon - je posljedica zakona održanja energije za stacionarni tok idealne (tj. bez unutrašnjeg trenja) nestišljivog fluida:

je gustina fluida, brzina strujanja, visina na kojoj se nalazi razmatrani element tečnosti, pritisak u tački u prostoru gde se nalazi centar mase razmatranog elementa tečnosti , je ubrzanje slobodnog pada.

Konstanta na desnoj strani se obično naziva pritisak, ili puni pritisak, a takođe Bernoulli integral. Dimenzija svih pojmova je jedinica energije po jedinici zapremine tečnosti.

Ovaj odnos, koji je izveo Daniel Bernoulli 1738. godine, dobio je ime po njemu. Bernoullijeva jednadžba. Za horizontalne cijevi h= 0 i Bernulijeva jednačina ima oblik:

.

Ovaj oblik Bernoullijeve jednadžbe može se dobiti integracijom Ojlerove jednačine za stacionarni jednodimenzionalni tok fluida, pri konstantnoj gustini ρ:

.

Prema Bernoullijevom zakonu, ukupan pritisak u stalnom toku fluida ostaje konstantan duž ovog toka.

Puni pritisak sastoji se od ponderisanog (ρ gh), statički (p) i dinamički (ρν 2 /2) pritisci.

Iz Bernoullijevog zakona proizlazi da smanjenjem poprečnog presjeka strujanja, zbog povećanja brzine, odnosno dinamičkog pritiska, opada i statički pritisak. Ovo je glavni razlog za Magnusov efekat. Bernulijev zakon važi i za laminarne tokove gasa. Fenomen smanjenja tlaka s povećanjem protoka leži u osnovi rada različitih tipova mjerača protoka (na primjer, Venturi cijev), vodenih i parnih mlaznih pumpi. A dosljedna primjena Bernoullijevog zakona dovela je do pojave tehničke hidromehaničke discipline - hidraulike.

Bernoullijev zakon vrijedi u svom čistom obliku samo za tekućine čiji je viskozitet nula, odnosno tekućine koje se ne lijepe za površinu cijevi. Zapravo, eksperimentalno je utvrđeno da je brzina tekućine na površini čvrstog tijela gotovo uvijek tačna nula (osim u slučajevima razdvajanja mlaza pod određenim rijetkim uvjetima).

2.2 Pascalov zakon je formulisan ovako:

Pritisak koji se vrši na tečnost (ili gas) na bilo kom mestu na njenoj granici, na primer, klipom, prenosi se bez promene na sve tačke tečnosti (ili gasa).

Osnovno svojstvo tečnosti i gasova- prenosni pritisak bez promene u svim pravcima - osnova je za projektovanje hidrauličnih i pneumatskih uređaja i mašina.

Koliko je puta površina jednog klipa veća od površine drugog, toliko puta hidraulična mašina daje dobitak u snazi.

2.3 Laminarni tok(lat. lamina- ploča, traka) - strujanje u kojem se tekućina ili plin kreće u slojevima bez miješanja i pulsiranja (odnosno, slučajnih brzih promjena brzine i pritiska).

Laminarni tok je moguć samo do određene kritične vrijednosti Reynoldsovog broja, nakon čega postaje turbulentan. Kritična vrijednost Reynoldsovog broja ovisi o specifičnoj vrsti strujanja (protok u okrugloj cijevi, strujanje oko lopte, itd.). Na primjer, za protok u okrugloj cijevi

Reynoldsov broj je određen sljedećim odnosom:

ρ je gustina medija, kg/m 3 ;

v- karakteristična brzina, m/s;

L- karakteristična veličina, m;

η - dinamička viskoznost medija, N*s/m 2 ;

ν - kinematička viskoznost medija, m 2 / s ();

Q- zapreminski protok;

A- površina presjeka cijevi.

Reynoldsov broj kao kriterij za prijelaz iz laminarnog u turbulentno strujanje i obrnuto radi relativno dobro za tokove pod pritiskom. Pri prelasku na slobodno strujanje povećava se prijelazna zona između laminarnog i turbulentnog režima, a korištenje Reynoldsovog broja kao kriterija nije uvijek opravdano. Na primjer, u rezervoarima su formalno izračunate vrijednosti Reynoldsovog broja vrlo visoke, iako se tamo opaža laminarni tok.

2.4 Jednačina ili Poiseuilleov zakon- zakon koji određuje brzinu protoka fluida u ustaljenom toku viskoznog nestišljivog fluida u tankoj cilindričnoj cijevi kružnog poprečnog presjeka.

Prema zakonu, drugi volumetrijski protok tečnosti je proporcionalan padu pritiska po jedinici dužine cevi (gradijent pritiska u cevi) i četvrtom stepenu radijusa (prečnika) cevi:

• Q- protok fluida u cevovodu;
• D- prečnik cjevovoda;
• v- brzina fluida duž cjevovoda;
• r- udaljenost od ose cjevovoda;
• R- radijus cjevovoda;
• str 1 − str 2 - razlika tlaka na ulazu i izlazu cijevi;
• η je viskozitet tečnosti;
• L- dužina cijevi.

Poiseuilleov zakon radi samo za laminarni tok i to pod uslovom da dužina cijevi prelazi takozvanu dužinu početnog dijela, što je neophodno za razvoj laminarnog toka u cijevi.

Poiseuilleov tok karakterizira parabolična raspodjela brzine duž polumjera cijevi. U svakom poprečnom presjeku cijevi prosječna brzina pola maksimalne brzine u ovoj dionici.

2.5 T urbulentan t(od latinskog turbulentus - turbulentan, haotičan), oblik strujanja tekućine ili plina, u kojem se njihovi elementi kreću neuredno, nestabilno duž složenih putanja, što dovodi do intenzivnog miješanja između slojeva pokretne tekućine ili plina (vidi Turbulencija) . T. t. u cijevima, kanalima, graničnim slojevima u blizini čvrstih tijela oko kojih teče tekućina ili plin, kao i tzv. slobodni T. t. - mlazovi, tragovi iza čvrstih tijela koja se kreću u odnosu na tekućinu ili plin, i zone miješanja između tokova različitih brzina koje nisu razdvojene c.-l. čvrstih zidova. T. t. razlikuju se od odgovarajućih laminarnih tokova kako po složenoj unutrašnjoj strukturi (slika 1), tako i po raspodjeli prosječne brzine po poprečnom presjeku strujanja i integralnim karakteristikama - ovisnosti prosječnog poprečnog presjeka ili max. brzina, protok, kao i koeficijent. otpor od Reynoldsovog broja Re. Profil prosječne brzine termometra u cijevima ili kanalima razlikuje se od paraboličkog. profila odgovarajućeg laminarnog toka sa bržim porastom brzine u blizini zidova i manjom zakrivljenošću prema centru. delovi toka (slika 2). Sa izuzetkom tankog sloja u blizini zida, profil brzine je opisan logaritamskim zakonom (tj. brzina zavisi linearno od logaritma udaljenosti do zida). Koeficijent otpora:

- naprezanje trenjem o zid,
je gustina tečnosti,
- njegova brzina, prosječna po odsjeku protoka) je u odnosu na Re odnosom

Prosječni profil brzine: a - za laminarni tok, 6 - za turbulentno strujanje.

3.1 Mjerenje viskoznosti fluida .

Kinematički viskozitet je mjera protoka otporne tekućine pod utjecajem gravitacije. Kada se dvije tečnosti jednake zapremine stave u identične kapilarne viskozimetre i kreću se gravitacijom, viskoznoj tečnosti treba duže da prođe kroz kapilaru. Ako jednom fluidu treba 200 sekundi da iscuri, a drugom 400 sekundi, drugi fluid je dvostruko viskozniji od prvog na skali kinematičke viskoznosti.

Apsolutni viskozitet, koji se ponekad naziva dinamički ili jednostavan viskozitet, proizvod je kinematičke viskoznosti i gustine fluida:
Apsolutni viskozitet = Kinematička viskoznost * Gustoća
Dimenzija kinematičke viskoznosti je L 2 /T, gdje je L dužina, a T vrijeme). SI UNIT kinematička viskoznost - 1 cSt (centiStokes)=mm 2 /s. Apsolutni viskozitet se izražava u centipoaz (cPoise). SI JEDINICA apsolutne viskoznosti - milipaskal sekunda 1 MPa * s = 1 cPas.

Uređaj za mjerenje viskoznosti naziva se viskozimetar. Viskozimetri se mogu podijeliti u tri glavna tipa:

ALI. Kapilarni viskozimetri mjere protok fiksne zapremine tečnosti kroz mali otvor na kontrolisanoj temperaturi. Brzina smicanja može se izmjeriti od oko nula do 106 s -1 promjenom prečnika kapilara i primijenjenog pritiska. Vrste kapilarnih viskozimetara i načini njihovog rada:
Stakleni kapilarni viskozimetar (ASTM D 445) - Tečnost prolazi kroz rupu određenog prečnika pod uticajem gravitacije. Brzina smicanja je manja od 10 s -1. Kinematički viskozitet svih automobilskih ulja mjeri se kapilarnim viskozimetrima.
Kapilarni viskozimetar visokog pritiska (ASTM D 4624 i D 5481) - Fiksna zapremina tečnosti se ekstrudira kroz staklenu kapilaru prečnika pod dejstvom primenjenog pritiska gasa. Brzina smicanja se može promijeniti do 106 s -1. Ova tehnika se obično koristi za modeliranje viskoziteta motornih ulja u radnim glavnim ležajevima. Ova viskoznost se naziva viskozitet at visoke temperature i visokog smicanja (HTHS) i mjeri se na 150°C i 106 s -1. HTHS viskoznost se takođe meri pomoću simulatora konusnog ležaja, ASTM D 4683 (vidi dole).

B. Rotacijski viskozimetri koriste obrtni moment na rotirajućoj osovini za mjerenje otpora fluida da teče. Rotacioni viskozimetri uključuju simulator hladnog pokretanja (CCS), mini rotacioni viskozimetar (MRV), Brookfield viskozimetar i simulator konusnog ležaja (TBS). Brzina smicanja se može promijeniti promjenom dimenzija rotora, razmaka između rotora i stijenke statora i brzine rotacije.
Simulator hladnog skrolovanja (ASTM D 5293) - CCS meri prividni viskozitet u opsegu od 500 do 200.000 cPas. Brzina smicanja je između 104 i 105 s -1. normalan opseg Radna temperatura- od 0 do -40°C. CCS je pokazao odličnu korelaciju sa startovanjem motora na niskim temperaturama. Klasifikacija viskoziteta SAE J300 definira performanse viskoznosti motornih ulja pri niskim temperaturama prema CCS i MRV granicama.

Mini rotacioni viskozimetar (ASTM D 4684) - MRV test, koji se odnosi na mehanizam pumpanja ulja, je merenje pri niskoj brzini smicanja. glavna karakteristika metoda - spora brzina hlađenja uzorka. Uzorak je pripremljen da ima specifičnu termičku istoriju koja uključuje zagrijavanje, sporo hlađenje i cikluse impregnacije. MRV mjeri prividni preostali napon, koji, ako je veći od granične vrijednosti, ukazuje na potencijalni problem kvara pumpanja zbog prodora zraka. Iznad određenog viskoziteta (trenutno definiranog kao 60.000 centipoise SAE J 300), ulje može uzrokovati neuspjeh pumpanja kroz mehanizam koji se naziva "efekat ograničenog protoka". SAE 10W ulje, na primjer, treba imati maksimalan viskozitet od 60.000 cPas na -30°C bez zaostalog naprezanja. Ova metoda također mjeri prividnu viskoznost pri brzinama smicanja od 1 do 50 s -1.
Brookfield viskozimetar - određuje viskozitet u širokom rasponu (od 1 do 105 Poise) pri malim brzinama smicanja (do 102 s -1).
ASTM D 2983 se prvenstveno koristi za određivanje niskotemperaturnog viskoziteta ulja za automobilske mjenjače, ulja za automatske mjenjače, hidrauličkih ulja i traktorskih ulja. Temperatura - ispitivanje se kreće od -5 do -40°C.
ASTM D 5133, Brookfield Scan metoda, mjeri Brukfild viskozitet uzorka kada se ohladi konstantnom brzinom od 1°C/sat. Kao i MRV, ASTM D 5133 metoda je dizajnirana da odredi sposobnost pumpanja ulja na niskim temperaturama. Ovaj test određuje tačku nukleacije, definisanu kao temperaturu na kojoj uzorak dostiže viskozitet od 30.000 cPas. Indeks nukleacije je također definiran kao najveća stopa povećanja viskoznosti od -5°C do najniže ispitne temperature. Ova metoda nalazi primenu u motornim uljima i zahteva je ILSAC GF-2. Simulator konusnog ležaja (ASTM D 4683) - Ova tehnika također mjeri viskozitet motornih ulja na visokoj temperaturi i velikom smicanju (pogledajte kapilarni viskozimetar visokog pritiska). Vrlo visoke brzine smicanja se postižu zbog izuzetno malog razmaka između rotora i stijenke statora.

Indeks viskoznosti (VI) je empirijski broj koji pokazuje stepen promjene viskoziteta ulja unutar datog temperaturnog raspona. Visok VI znači relativno malu promjenu viskoziteta s temperaturom, a nizak VI znači veliku promjenu viskoziteta s temperaturom. Većina mineralnih baznih ulja ima VI između 0 i 110, ali polimerno ulje (multigraž) VI često prelazi 110.
Za određivanje indeksa viskoznosti potrebno je odrediti kinematičku viskoznost na 40°C i 100°C. Nakon toga, IV se određuje iz tabela prema ASTM D 2270 ili ASTM D 39B. Pošto se VI određuje iz viskoziteta na 40°C i 100°C, on nije povezan sa niskom temperaturom ili HTHS viskozitetom. Ove vrijednosti su dobivene korištenjem CCS, MRV, Brookfield viskozimetra niske temperature i viskozimetra visokog smicanja.
SAE ne koristi IV za klasifikaciju motornih ulja od 1967. jer je termin tehnički zastario. Međutim, API 1509 metoda Američkog instituta za naftu opisuje sistem klasifikacije baznog ulja koristeći VI kao jedan od nekoliko parametara kako bi se osigurali principi zamjenjivosti ulja i univerzalnost skale viskoziteta.

3.2 Mjerenje zapremine i protoka tečnosti.

Za mjerenje protoka tekućina koriste se mjerači protoka zasnovani na različitim principima rada: promjenjivi i konstantni pad tlaka, promjenjivi nivoi, elektromagnetni, ultrazvučni, vrtložni, termalni i turbinski mjerači protoka.

Za mjerenje količine tvari koriste se mjerači protoka sa integratorima ili brojačima. Integrator kontinuirano zbraja očitanja uređaja, a količina supstance određuje se razlikom u očitanjima u potrebnom vremenskom periodu.

Merenje protoka i količine je složen zadatak, jer fizička svojstva merenih protoka utiču na očitavanja instrumenata: gustina, viskoznost, odnos faza u protoku itd. Physical Properties izmjereni protoci, pak, zavise od radnih uslova, uglavnom od temperature i pritiska.

Ako se radni uvjeti mjerača protoka razlikuju od uvjeta pod kojima je kalibriran, tada greška u očitanjima uređaja može značajno premašiti dopuštenu vrijednost. Stoga su za uređaje masovne proizvodnje utvrđena ograničenja za obim njihove primjene: prema svojstvima mjerenog protoka, maksimalna temperatura i pritisak, sadržaj čvrstih čestica ili gasova u tečnosti itd.

Merači protoka sa promenljivim pritiskom

Rad ovih mjerača protoka zasniva se na nastanku pada tlaka preko uređaja za sužavanje u cjevovodu kada kroz njega prolazi protok tekućine ili plina. Kada se promeni brzina protoka Q, menja se i vrednost ovog pada pritiska?p.

Za neke uređaje za sužavanje kao pretvarače protoka u diferencijalni tlak, koeficijent prijenosa se određuje eksperimentalno i njegove vrijednosti su sumirane u posebnim tabelama. Takvi uređaji za sužavanje nazivaju se standardnim.

Najjednostavniji i najčešći uređaj za stezanje je dijafragma.Standardna dijafragma je tanak disk sa okruglom rupom u sredini. Koeficijent transmisije dijafragme bitno zavisi od otpora membrane, a posebno ulaznog ruba otvora. Stoga se dijafragme izrađuju od materijala koji su hemijski otporni na mjerni medij i otporni na mehaničko habanje. Osim membrane, kao standardni uređaji za sužavanje koriste se i Venturi mlaznica i Venturi cijev, koji stvaraju manji hidraulički otpor u cjevovodu.

Otvor merača diferencijalnog protoka promenljivog pritiska je primarni pretvarač u kome se brzina protoka pretvara u diferencijalni pritisak.

Diferencijalni manometri služe kao srednji pretvarači za mjerače protoka promjenjivog tlaka. Manometri diferencijalnog pritiska su impulsnim cevima povezani sa uređajem za sužavanje i postavljeni su u njegovoj neposrednoj blizini. Stoga, mjerači protoka s promjenjivim tlakom obično koriste diferencijalne mjerače tlaka opremljene srednjim pretvaračem za prijenos rezultata mjerenja na štit operatera (na primjer, membranski diferencijalni manometri DM).

Kao i kod mjerenja tlaka i nivoa, separacijske posude i membranski separatori koriste se za zaštitu mjerača diferencijalnog tlaka od agresivnog djelovanja medija koji se mjeri.

Karakteristika primarnih pretvarača mjerača varijabilnog pada tlaka je kvadratna ovisnost pada tlaka od brzine protoka. Da bi očitavanja mjernog uređaja mjerača protoka linearno ovisila o protoku, linearizirajući pretvarač se uvodi u mjerni krug mjerača protoka s promjenjivim pritiskom. Takav pretvarač je, na primjer, linearizacijski blok u srednjem pretvaraču NP-PZ. S direktnim povezivanjem diferencijalnog manometra s mjernim uređajem (na primjer, KSD), linearizacija se izvodi u samom uređaju pomoću uzorka s kvadratnom karakteristikom.

Merači protoka konstantnog diferencijalnog pritiska

Brzina protoka tečnosti ili gasa se takođe može meriti pri konstantnom diferencijalnom pritisku. Za održavanje konstantnog pada tlaka kada se brzina protoka kroz otvor promijeni, potrebno je automatski promijeniti površinu njegovog protočnog dijela. Najlakši način je da automatski promijenite područje protoka u rotametru.

Rotametar je vertikalna konična cijev koja sadrži plovak. Izmjereni protok Q, prolazeći kroz rotametar odozdo prema gore, stvara razliku tlaka prije i poslije plovka. Ova razlika pritiska, zauzvrat, stvara silu podizanja koja uravnotežuje težinu plovka.

Ako se protok kroz rotametar promijeni, tada će se promijeniti i pad tlaka. To će dovesti do promjene podizanja i, posljedično, do neravnoteže u plutanju. Plovak će početi da se meša. A budući da je cijev rotametra konusna, površina protočnog dijela u razmaku između plovka i cijevi će se promijeniti, kao rezultat toga, pad tlaka će se promijeniti, a time i sila podizanja. Kada razlika pritisaka i sila dizanjaće se ponovo vratiti na prethodne vrijednosti, plovak će se uravnotežiti i zaustaviti.

Dakle, svaka vrijednost protoka kroz rotametar Q odgovara određenoj poziciji plovka. Budući da je za konusnu cijev površina prstenastog razmaka između nje i plovka proporcionalna visini njenog uspona, skala rotametra je ujednačena.

Industrija proizvodi rotametre sa staklenim i metalnim cijevima. Za rotametre sa staklenom cijevi, skala je otisnuta direktno na površini cijevi. Za daljinsko mjerenje položaja plovka u metalnoj cijevi koriste se srednji linearni pretvarači pomaka u jedinstveni električni ili pneumatski signal.

U rotametrima s električnim izlaznim signalom, klip pretvarača diferencijalnog transformatora pomiče se s plovkom. Mjerači protoka s pneumatskim izlaznim signalom koriste magnetnu spojnicu za prijenos plivajućeg položaja na predajnik. Sastoji se od dva trajni magneti. Jedna - dvostruka - kreće se zajedno sa plovkom, druga, postavljena na polugu pretvarača pomaka u komprimovani vazduh, kreće se zajedno sa polugom nakon prvog magneta.

Rotametri su također dostupni za mjerenje protoka visoko agresivnih medija. Rotametri se isporučuju sa plaštom za parno grijanje. Dizajnirani su za mjerenje protoka medija za kristalizaciju.

Mjerači protoka varijabilnog nivoa

Iz hidraulike je poznato da ako tečnost slobodno teče kroz rupu na dnu rezervoara, tada su njen protok Q i nivo u rezervoaru H međusobno povezani. Stoga se po nivou u rezervoaru može suditi o protoku iz njega.

Ovaj princip je osnova za rad mjerača protoka varijabilnog nivoa. Očigledno je da ulogu primarnog pretvarača ovdje igra sam rezervoar s rupom na dnu. Izlazni signal takvog pretvarača je nivo u rezervoaru. Stoga, bilo koji od razmatranih mjerača nivoa može poslužiti kao srednji pretvarač mjernog kruga mjerača protoka promjenjivog nivoa.

Mjerači varijabilnog nivoa se obično koriste za mjerenje protoka agresivnih i kontaminiranih tečnosti kada se ispuštaju u rezervoare pod atmosferskim pritiskom.

Elektromagnetski mjerači protoka

Rad elektromagnetnih mjerača protoka je zasnovan na zakonu elektromagnetna indukcija, prema kojem će e biti indukovano u provodniku koji se kreće u magnetskom polju. d.s., proporcionalno brzini provodnika. U elektromagnetnim mjeračima protoka ulogu provodnika obavlja električno provodljiva tekućina koja teče kroz cjevovod 1 i prelazi magnetsko polje 3 elektromagneta 2. U tom slučaju će se u tekućini inducirati e. d.s. U, proporcionalno brzini njegovog kretanja, odnosno brzini protoka tečnosti.

Izlazni signal takvog primarnog pretvarača preuzimaju dvije izolirane elektrode 4 i 6 ugrađene u zid cjevovoda. Dio cjevovoda sa obje strane elektroda je prekriven električnom izolacijom 7 kako bi se spriječilo ranžiranje induciranog e. d.s. kroz tečnost i zid cevovoda.

Stepen agresivnosti mjerenog medija za elektromagnetne mjerače protoka određen je izolacijskim materijalom cijevi i elektrodama primarnog pretvarača. U mjeračima protoka u tu svrhu koriste se guma, emajl otporan na kiseline i fluoroplastika. Najotporniji na agresivne medije je mjerač protoka s fluoroplastičnim izolacijskim premazom i grafitiziranim fluoroplastnim elektrodama.

Tokom rada mjerača protoka, nulu i kalibraciju uređaja treba periodično provjeravati, najmanje jednom sedmično. Za provjeru primarni pretvarač je napunjen izmjerenom tekućinom. Nakon toga, prekidač režima rada na prednjoj ploči mjerne jedinice se pomiče u položaj “Merenje” i pokazivač mjernog uređaja se potenciometrom “Nulta” postavlja na nulu. Kada se prekidač pomeri u položaj "Kalibracija", strelica uređaja treba da se zaustavi na 100%. U suprotnom, strelicu do ove oznake dovodi potenciometar "Kalibracija".

Posebnost elektromagnetnih mjerača protoka je odsustvo dodatnih gubitaka tlaka u tom području. mjerenja. To je zbog odsustva dijelova koji strše u cijev. Posebno vrijedno svojstvo ovakvih mjerača protoka, za razliku od drugih tipova mjerača protoka, je sposobnost mjerenja brzine protoka agresivnih, abrazivnih i viskoznih tekućina i kaša.

Ultrazvučni mjerači protoka

Rad ovih mjerača protoka zasniva se na dodavanju brzine širenja ultrazvuka u tekućini i brzine samog toka tekućine. Emiter i prijemnik ultrazvučnih impulsa mjerača protoka nalaze se na krajevima mjernog dijela cjevovoda. Elektronska jedinica sadrži generator impulsa i mjerač vremena za impuls da pređe udaljenost između emitera i prijemnika.

Prije početka rada mjerač protoka se puni tekućinom čiji će se protok mjeriti i određuje se vrijeme potrebno pulsu da pređe ovu udaljenost u ustajalom mediju. Kada se tok kreće, njegova brzina će se zbrajati sa brzinom ultrazvuka, što će dovesti do smanjenja vremena putovanja pulsa. Ovo vrijeme, pretvoreno u bloku u objedinjeni strujni signal, bit će to manje, što je veći protok, odnosno veća njegova potrošnja Q.

Ultrazvučni mjerači protoka imaju iste prednosti kao i elektromagnetni mjerači protoka, a osim toga, mogu mjeriti protok neprovodnih tekućina.

Vrtložni merači

Rad takvih mjerača protoka zasniva se na pojavljivanju vrtloga kada se protok susreće sa nestručnim tijelom. Tokom rada mjerača protoka, vrtlozi se naizmjenično odvajaju sa suprotnih strana tijela koje se nalazi preko puta. Frekvencija odvajanja vrtloga je direktno proporcionalna brzini protoka, tj. njegovom volumetrijskom protoku Q. Na mjestu vrtloga, brzina protoka raste, a pritisak opada. Stoga se frekvencija formiranja vrtloga može mjeriti, na primjer, pomoću manometra, čiji se električni izlaz dovodi u frekvencijski mjerač.

Termalni mjerači protoka

Termalni mjerač protoka sastoji se od grijača 1 i dva temperaturna senzora 2 i 3, koji su postavljeni izvan cijevi 4 s mjerenim protokom. At konstantna snaga grijač, količina topline koju od njega uzima protok također će biti konstantna. Stoga, s povećanjem protoka Q, zagrijavanje protoka će se smanjiti, što je određeno temperaturnom razlikom mjerenom temperaturnim senzorima 3 i 2. Za mjerenje velikih brzina protoka ne mjeri se cijeli protok Q, već samo njegov dio Q1, koji se provlači kroz cijev 4. Ova cijev shuntuje dionicu cjevovoda 5, opremljenu prigušnicom 6. Protočna površina prigušnice određuje gornju granicu raspona mjerenih brzina protoka: što je veći ovaj dio, to je veći brzina protoka se može mjeriti (pri istoj snazi ​​grijača).

Turbinska brojila

U takvim mjeračima protoka, izmjereni protok pokreće impeler koji se rotira u ležajevima. Brzina rotacije radnog kola je proporcionalna brzini protoka, odnosno protoku Q. Za merenje brzine rotacije radnog kola, njegovo kućište je napravljeno od nemagnetnog materijala. Diferencijalni transformatorski pretvarač je ugrađen izvan kućišta, a ivica je izrađena od feromagnetnog materijala na jednoj od lopatica turbine. Kada ova lopatica prođe pored pretvarača, njegova induktivna reaktansa se mijenja i, s frekvencijom proporcionalnom brzini protoka Q, mijenja se napon na sekundarnim namotajima U out. Merni instrument Takav mjerač protoka je mjerač frekvencije koji mjeri frekvenciju promjena napona.

Brojači brzine

Ovi mjerači su po dizajnu slični turbinskim mjeračima protoka. Razlika između njih leži u činjenici da se brzina rotacije turbine mjeri u mjeračima protoka, a broj njenih okretaja se mjeri u metrima, koji se zatim pretvara u količinu tekućine koja je prošla kroz mjerač za vremenski interval koji nas zanima, na primjer, po mjesecu.

Tečnost, koja zauzima srednji položaj između gasova i kristala, kombinuje svojstva oba tipa ovih tela..

1. Kao čvrsta, tečnost blago stisljivo zbog gustog rasporeda molekula. (Međutim, kada bi se voda mogla potpuno osloboditi kompresije, tada bi se nivo vode u svjetskom oceanu popeo za 35 m i voda bi poplavila 5.000.000 km 2 kopna.)

2. Kao čvrsta, tečnost štedi volumen ali kao gas poprima oblik posude .

3. Za kristale tipično narudžba na daljinu u rasporedu atoma (kristalna rešetka), za gasove- pun haos. Za tečnost postoji međustanje nalog kratkog dometa , tj. uređen je raspored samo najbližih molekula. Kada se udaljite od ovog molekula na udaljenosti od 3-4 efektivna prečnika molekula, redoslijed je zamagljen. Stoga su tečnosti bliske polikristalnim tijelima, koja se sastoje od vrlo malih kristala (oko 10  9 m), proizvoljno orijentisane jedna prema drugoj. Zbog toga su svojstva većine tekućina ista u svim smjerovima (i nema anizotropije, kao u kristalima).

4. Većina tečnosti, poput čvrstih materija, sa porastom temperature povećati njihov volumen , dok smanjuje njenu gustinu (na kritičnoj temperaturi, gustina tečnosti je jednaka gustini njene pare). Voda je drugačije poznati anomalija , koji se sastoji u činjenici da na +4 S voda ima maksimalnu gustinu. Ova anomalija se objašnjava činjenicom da se molekuli vode djelimično sklapaju u grupe od nekoliko molekula (klastera), formirajući posebne velike molekule. H 2 O, (H 2 O) 2 , (H 2 O) 3 … sa različitom gustinom. Na različitim temperaturama, odnos koncentracija ovih grupa molekula je različit.

Postoji amorfna tela (staklo, ćilibar, smole, bitumen...), koje se obično smatraju prehlađenim tečnostima veoma visokog viskoziteta. Imaju ista svojstva u svim smjerovima (izotropni), kratkog dometa u rasporedu čestica, nemaju tačku topljenja (pri zagrijavanju tvar postepeno omekšava i prelazi u tekuće stanje).

Koristi se u tehnologiji magnetne tečnosti - to su obične tekućine (voda, kerozin, razna ulja), u koje se (do 50%) unose najsitnije čestice (veličine nekoliko mikrona) čvrstog feromagnetnog materijala (npr. Fe 2 O 3). Kretanje magnetnog fluida i njegov viskozitet mogu se kontrolisati pomoću magnetnog polja. U jakim magnetna polja magnetna tečnost se odmah stvrdne.

Neke organske tvari, čije molekule imaju filamentni oblik ili oblik ravnih ploča, mogu biti u posebnom stanju, posjedujući i svojstva anizotropije i fluidnosti. Zovu se tečni kristali . Za promjenu orijentacije molekula tekućeg kristala (u ovom slučaju mijenja se njegova prozirnost), potreban je napon od oko 1 V i snaga reda mikrovati, što se može osigurati direktnim dovodom signala iz integriranih kola. bez dodatnog pojačanja. Stoga se tečni kristali široko koriste u elektronskim indikatorima sata, kalkulatorima i displejima.

Prilikom smrzavanja voda se povećava u zapremini za 11%, a ako se voda zamrzne u zatvorenom prostoru može se postići pritisak od 2500 atmosfera (razorene su vodovodne cevi, kamenje...).

povlačenja jedan od najvećih: 1) dielektrična konstanta(dakle, voda je dobar rastvarač, posebno soli sa jonskim vezama - čitav periodni sistem se nalazi u Svetskom okeanu); 2) toplota fuzije(sporo otapanje snijega u proljeće); 3) toplota isparavanje; 4) površinski napon; 5) toplotni kapacitet(blaga primorska klima).

Postoji svjetlo (1 g/cm 3) i težak (1,106 g/cm3) vode . Laka voda ("živa") - biološki aktivna - to je protijev oksid H 2 O. Teška voda ("mrtva") - potiskuje vitalnu aktivnost organizama - to je deuterijum oksid D 2 O. Protij (1 amu), deuterijum (2 amu) i tricijum (3 amu) su izotopi vodonika. Postoji i 6 izotopa kiseonika: od 14 O do 19 O koji se može naći u molekulu vode.

U tretmanu vode magnetsko polje mijenjaju se njegova svojstva: mijenja se vlaženje čvrstih tvari, ubrzava se njihovo otapanje, mijenja se koncentracija otopljenih plinova, sprječava se stvaranje kamenca u parnim kotlovima, stvrdnjavanje betona se ubrzava 4 puta i njegova čvrstoća se povećava za 45%, postoji biološki učinak na ljude (magnetne narukvice i minđuše, magnetofori itd.) i biljke (povećavaju se klijavost i prinosi usjeva).

srebrna voda može dugo da se čuva (oko šest meseci), jer se voda neutrališe od mikroba i bakterija jonima srebra (koristi se u astronautici, za konzerviranje hrane, dezinfekciju vode u bazenima, u medicinske svrhe za prevenciju i suzbijanje gastrointestinalnih bolesti i upalni procesi).

Dezinfekcija vode za piće u gradskim vodovodima vrši se hlorisanjem i ozoniranjem vode. Postoje i fizičke metode dezinfekcije ultraljubičastim zračenjem i ultrazvukom.

Rastvorljivost gasova u vodi zavisi od temperature, pritiska, saliniteta, prisustva drugih gasova u vodenom rastvoru. U 1 litru vode na 0 S može se rastvoriti: helijum - 10 ml, ugljen dioksid - 1713 ml, sumporovodik - 4630 ml, amonijak - 1300000 ml (amonijak). Prilikom ronjenja na velike dubine, ronioci koriste posebne mješavine za disanje kako prilikom uspona ne bi dobili "gaziranu krv" zbog rastvaranja dušika u njoj.

Sve živi organizmi 60-80% vode. Krv ljudi i životinja je po sastavu soli slična okeanskoj vodi. Čovjek i životinje mogu sintetizirati vodu u svojim tijelima, formirati je tokom sagorijevanja prehrambenih proizvoda i samih tkiva. Kod deve, na primjer, mast sadržana u grbi može, kao rezultat oksidacije, dati 40 litara vode.

At elektroliza mogu se dobiti dvije vrste vode: 1) kisela voda („mrtva“), koja djeluje kao antiseptik (slično koliko patogenih mikroba umire u kiselom želučanom soku); 2) alkalna voda („živa“), koja aktivira biološke procese (povećava produktivnost, brže zacjeljuje rane itd.).

O ostalim karakteristikama vode (strukturiranim, energetsko-informacionim, itd.) možete saznati sa interneta.

TRIZ zadatak 27. Vodovod

Najčešće različiti mehanizmi imaju "solid-state" radna tijela. Navedite primjere tehničkih uređaja u kojima je radno tijelo voda (tečnost). Kojim zakonima razvoja tehničkih sistema odgovara takvo radno tijelo?

TRIZ zadatak 28. Voda u sito

U poznatom problemu Kako nositi vodu u sito? postoji eksplicitno fizička kontradikcija: sito treba da ima rupe kako bi se kroz njega prosejale rasute materije i ne bi trebalo da bude rupa da voda ne bi izlivala. Jedno od mogućih rješenja ovog problema nalazi se u Ya.I. Perelmana u "Zabavnoj fizici", gdje se predlaže spuštanje sita u rastopljeni parafin kako mreža sita ne bi bila navlažena vodom. Na osnovu tehnike za eliminisanje tehničkih i fizičke kontradikcije predložiti 10-20 drugih načina za rješavanje ovog problema.

Kratki poredak (fluidnost, nestišljivost, kvazikristalnost, potencijalna energija molekula).

površinski napon.

Pritisak ispod zakrivljene površine.

Vlaženje.

kapilarne pojave.

Površinski napon.

Potencijalna energija molekula unutar tečnosti je manja nego izvan tečnosti. Površinski sloj je u različitim uslovima. Da bi se molekuli prenijeli na površinu, mora se savladati određena potencijalna barijera.

r- radijus molekularnog djelovanja (sfera molekularnog djelovanja).

Rezultirajuća sila unutar tečnosti je 0. Na površini gasa - njeno djelovanje se može zanemariti. Rezultirajuća sila se smanjuje. Čitav sloj koji leži blizu površine tečnosti podleže silama koje su normalno usmerene u tečnost. Površinski sloj vrši pritisak na tečnost - molekularni pritisak.

Masa fluida, na koju ne djeluju vanjske sile, mora poprimiti sferni oblik. Od svega geometrijska tijela Sfera ima najmanju površinu za dati volumen. Površina tečnosti je poput rastegnutog filma. Za rastezanje filma, obično se mora primijeniti sila na njegovu granicu tangenta na površinu tečnosti, nazvana sila površinskog napona. Ove sile su veće, što je dužina granice filma duža:

- koeficijent površinskog napona. ODTi

. AtT

T Crete.

0 . Neka

- neka platforma.

- raditi na stvaranju njene snageF.

onda

Ovaj rad ide na povećanje energije filma:

Energija površinskog napona.

Energija - je deo unutrašnja energija film, koji se pretvara u rad tokom izotermnog procesa.

Besplatna energija

Površinska napetost objašnjava: formiranje kapljica:

za kap:

Pritisak ispod zakrivljene površine

Razmotrite površinu tečnosti na osnovu ravne konture.

Ako površina tečnosti nije ravna, onda će njena sklonost kontrahovanju dovesti do dodavanja pritiska u odnosu na ravnu tečnost.

U slučaju konveksne površine, ovaj pritisak je pozitivan, a u slučaju konkavne je negativan.

Compute

za sferičnu površinu tekućine.

Zbog površinske napetosti obje hemisfere se privlače.

Ove sile pritiskaju obe hemisfere na površinu i izazivaju dodatni pritisak:

Zakrivljenost površine:

U geometriji je dokazano da poluzbir recipročnih polumjera zakrivljenosti bilo kojeg para međusobno okomitih presjeka ima istu vrijednost H :

Za sferu: R 1 = R 2 = R :

Laplace je dokazao da formule vrijede za površinu bilo kojeg oblika, ako se pod H podrazumijeva prosječna zakrivljenost površine u tački u kojoj se određuje dodatni pritisak.

Prosječna zakrivljenost

Laplaceova formula

Dodatni pritisak menja nivo tečnosti u uskim cevima (kapilarama), što se ponekad naziva kapilarnim pritiskom.

Lebdenje malih tijela na površini objašnjava se Laplaceovim pritiskom.

vlaženje

Kada se razmatraju fenomeni na granici tekućina-čvrsto, potrebno je uzeti u obzir ukupnu površinsku energiju dvije tvari.

Ako se graniče tri supstance: tečnost, čvrsta i gasovita. Tada cijela konfiguracija odgovara minimalna ukupna energija (površina, u polju tečnosti).

Ugao između površine čvrstog tela i tangente na tečnost - ivični ugao.

Ako a manje od π/2 tečnost vlaži tijelo.

Ako a više od π/2 tečnost ne vlaži tijelo.

At nula totalnog vlaženja.

At

potpuno nekvašenje.

Nekvašenje može dovesti do neobičnih pojava: igla ne tone u masti. Slično, možete nositi vodu u situ ako sito nije nakvašeno vodom (pokrijte niti sita parafinom), ako nema puno vode.

Kapilarni fenomeni

Postojanje kontaktnog ugla dovodi do zakrivljenosti površine tečnosti u blizini zidova posude. U uskoj kapilarnoj cijevi površina se ispostavlja zakrivljenom.

Tečnost vlaži površinu:

Ako tečnost ne vlaži:

Ako je površina tekućine zakrivljena, tada sile površinske napetosti stvaraju dodatni pritisak na tekućinu:

Na ovaj način, ukupni pritisak jednako:

kapilarni, Laplasov pritisak.

Ako je kapilara jednim krajem uronjena u tečnost, onda kada je kapilara navlažena, nivo tečnosti će biti veći od nivoa u posudi, a kada nije navlažen biće niži.

Promjena visine u uskim cijevima - kapilarnost.

Ako su kapilari okrugli presjek, zatim:

i

Ako je kapilara mala, onda s potpunim vlaženjem

:

R = r

Tečnost - agregatno stanje materije, srednje između čvrstog i gasovitog. Tečnosti imaju svojstvo čvrstih materija - da zadržavaju svoj volumen, formiraju površinu, prozirnost, vlačnu čvrstoću. Gasovi: imaju oblik posude, neprekidno se pretvaraju u plin bez skoka.

Brojne osobine svojstvene samo njoj: Osobina - fluidnost. Tečnosti su gotovo nestišljive. Testiranje tečnosti sa x-zrake pokazao to unutrašnja struktura imaju mnogo zajedničkog sa strukturom čvrstih tela.

U rasporedu tečnih čestica postoji nalog kratkog dometa .

tečno stanje je srednji između gasovitog i kristalnog. Prema nekim svojstvima, tečnosti su bliske gasovima, prema drugima - čvrstim materijama.

Približava tečnosti gasovima, prije svega, njihova izotropija i fluidnost. Ovo posljednje određuje sposobnost tekućine da lako promijeni svoj oblik.

Međutim, velika gustina i niska kompresibilnost tečnosti ih zbližavaju na čvrste materije.

Tečnost može otkriti mehanička svojstva, svojstveno čvrstom tijelu. Ako je vrijeme djelovanja sile na tekućinu kratko, tada tekućina pokazuje elastična svojstva. Na primjer, ako se štap oštro udari o površinu vode, štap može izletjeti iz ruke ili se slomiti.

Kamen se može baciti na način da kada udari u površinu vode, on se odbije od nje i tek nakon nekoliko skokova potone u vodu.

Ako je vrijeme izlaganja tekućini veliko, tada umjesto elastičnosti, protok tečnosti. Na primjer, ruka lako prodire u vodu.

To ukazuje na sposobnost tečnosti da lako menjaju svoj oblik odsustvo tvrdih sila međumolekularne interakcije u njima .

Istovremeno, niska kompresibilnost tečnosti, koja određuje sposobnost održavanja konstantne zapremine na datoj temperaturi, ukazuje na prisustvo iako ne krute, ali ipak značajne sile interakcije između čestica.

Odnos potencijalne i kinetičke energije

Za sve stanje agregacije karakterističan je njegov odnos između potencijalne i kinetičke energije čestica materije.

Za čvrsta tela prosjek potencijalna energijačestica je veća od njihove prosječne kinetičke energije. Stoga, u čvrstim tijelima čestice zauzimaju određene položaje jedna u odnosu na drugu i samo osciliraju u odnosu na te pozicije.

Za gasove obrnut je omjer energije, zbog čega su molekuli plina uvijek u stanju haotičnog kretanja i praktično nema kohezivnih sila između molekula, tako da plin uvijek zauzima čitavu zapreminu koja mu se daje.

U slučaju tečnosti kinetička i potencijalna energija čestica su približno iste, tj. čestice su međusobno povezane, ali ne kruto. Prema tome, tečnosti su fluidne, ali imaju konstantan volumen na datoj temperaturi.

Interakcija čestica koje formiraju tečnost

Udaljenosti između molekula tekućine su manje od radijusa molekularnog djelovanja.

Ako se sfera molekularnog djelovanja opiše oko molekule tekućine, tada će unutar te sfere biti centri mnogih drugih molekula koji će stupiti u interakciju s našim molekulom. Ove interakcijske sile zadržati molekul tečnost blizu svoje privremene ravnotežne pozicije oko 10 -12 – 10 -10 s, nakon čega skače na nova privremena pozicija balans oko sopstvenog prečnika.

Između skokova, molekuli tekućine osciliraju oko privremene ravnotežne pozicije.

Vrijeme između dva skoka molekula iz jednog položaja u drugi naziva se doba staloženog života. Ovo vrijeme zavisi od vrste tečnosti i temperature. Kada se tečnost zagreje, prosečno vreme staloženog života molekula se smanjuje.

Za vrijeme staloženog života (oko 10 -11 s) većina molekula tekućine se drži u svojim ravnotežnim položajima, a samo mali dio njih ima vremena da se pomakne u novi ravnotežni položaj za to vrijeme.

Tokom dužeg vremena, većina molekula tekućine će imati vremena da promijeni svoju lokaciju.

Budući da se molekule tekućine nalaze gotovo blizu jedna drugoj, dobivši dovoljno veliku kinetička energija, iako mogu prevladati privlačnost svojih najbližih susjeda i napustiti svoju sferu djelovanja, oni će pasti u sferu djelovanja drugih molekula i naći se u novom privremenom položaju ravnoteže.

Samo molekuli koji se nalaze na slobodnoj površini tečnosti mogu izleteti iz tečnosti, što objašnjava njen proces isparavanje.

Ako se u tečnosti izoluje vrlo mala zapremina, onda u njoj postoji tokom vremena staloženog života uređeni raspored molekula, slično njihovoj lokaciji u kristalnoj rešetki čvrste tvari. Zatim se raspada, ali nastaje negdje drugdje. Dakle, cijeli prostor koji tečnost zauzima, takoreći, sastoji se od skupa kristalna jezgra, koji, međutim, nisu stabilni, tj. na nekim mestima se raspadaju, ali se na drugima ponovo pojavljuju.

Strukture tekućina i amorfnih tijela su slične

Kao rezultat primjene metoda na tečnosti strukturalna analiza utvrdio to tečnosti su po strukturi slične amorfnim tijelima. U većini tečnosti primećuje se poredak kratkog dometa - broj najbližih suseda za svaki molekul i njihov međusobnog dogovora približno isti u cijeloj zapremini tečnosti.

Stepen reda čestica različite tečnosti su različite. Osim toga, mijenja se s temperaturom.

Na niskim temperaturama, malo prelazi tačku topljenja date supstance, stepen uređenosti u rasporedu čestica date tečnosti je visok.

Kako temperatura raste, tako i pada a kako se zagreva, svojstva tečnosti se sve više približavaju svojstvima gasa. Kada se dostigne kritična temperatura, razlika između tečnosti i gasa nestaje.

Zbog sličnosti unutarnje strukture tekućina i amorfnih tijela, ova potonja se često smatraju tekućinama vrlo visokog viskoziteta, a samo tvari u kristalnom stanju se klasificiraju kao čvrste tvari.

Kada upoređujemo amorfna tijela sa tečnostima, treba, međutim, imati na umu da u amorfna tela za razliku od običnih tekućina, čestice imaju blagu pokretljivost - isto kao u kristalima.

AT Svakodnevni život stalno se suočavamo sa tri agregatna stanja – tečnim, gasovitim i čvrstim. Imamo prilično jasnu ideju o tome šta su čvrste materije i gasovi. Gas je skup molekula koji se nasumično kreću u svim smjerovima. Svi molekuli čvrstog tijela održavaju svoj međusobni raspored. Prave samo blage vibracije.

Karakteristike tečne supstance

Šta su tečne supstance? Njihova glavna karakteristika je da, zauzimajući međupoložaj između kristala i gasova, kombinuju određena svojstva ova dva stanja. Na primjer, za tekućine, kao i za čvrste tvari, karakteristično je prisustvo volumena. Međutim, u isto vrijeme, tekuće tvari, poput plinova, poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Mnogi od nas vjeruju da nemaju svoj oblik. Međutim, nije. Prirodni oblik bilo koje tečnosti je kugla. Gravitacija ga obično sprečava da poprimi ovaj oblik, pa tečnost ili poprima oblik posude ili se širi po površini u tankom sloju.

U pogledu svojih svojstava, tečno stanje neke supstance je posebno složeno, zbog njenog srednjeg položaja. Počeo je da se proučava još od Arhimedovog vremena (prije 2200 godina). Međutim, analiza ponašanja molekula tečne supstance i dalje je jedno od najtežih oblasti primenjene nauke. Još uvijek ne postoji općeprihvaćena i potpuno potpuna teorija tekućina. Međutim, o njihovom ponašanju možemo reći nešto sasvim sigurno.

Ponašanje molekula u tečnosti

Tečnost je nešto što može da teče. Poredak kratkog dometa se posmatra u rasporedu njegovih čestica. To znači da je lokacija najbližih susjeda, s obzirom na bilo koju česticu, uređena. Međutim, kako se ona udaljava od drugih, njena pozicija u odnosu na njih postaje sve manje uređena, a onda red potpuno nestaje. Tečne supstance se sastoje od molekula koji se kreću mnogo slobodnije nego u čvrstim materijama (a još slobodnije u gasovima). Određeno vrijeme svaki od njih juri prvo u jednom smjeru, zatim u drugom, ne udaljavajući se od svojih susjeda. Međutim, tečni molekul s vremena na vrijeme izbije iz okoline. Na novo mjesto dolazi prelaskom na drugo mjesto. Ovdje opet, određeno vrijeme, pravi oscilirajuće pokrete.

Doprinos Ya. I. Frenkela proučavanju tečnosti

Ya. I. Frenkel, sovjetski naučnik, dao je veliki doprinos razvoju niza problema posvećenih takvoj temi kao što su tečne supstance. Hemija je uveliko napredovala zahvaljujući njegovim otkrićima. On je smatrao da toplotno kretanje u tečnostima ima sledeći karakter. Za određeno vrijeme svaki molekul oscilira oko ravnotežnog položaja. Međutim, s vremena na vrijeme mijenja svoje mjesto, naglo se pomjerajući u novi položaj, koji je od prethodnog odvojen razmakom koji je približno veličine samog ovog molekula. Drugim riječima, unutar tečnosti, molekuli se kreću, ali sporo. Neko vrijeme borave u blizini određenih mjesta. Posljedično, njihovo kretanje je nešto poput mješavine kretanja u plinu i u čvrstom tijelu. Oscilacije na jednom mjestu nakon nekog vremena zamjenjuju se slobodnim prijelazom s mjesta na mjesto.

Pritisak tečnosti

Neka svojstva tečne tvari poznata su nam zbog stalne interakcije s njima. Dakle, iz iskustva svakodnevnog života znamo da na površinu čvrstih tijela koja dolaze u dodir s njom djeluje određenim silama. One se zovu moći.

Na primjer, kada prstom otvorimo slavinu i otvorimo vodu, osjetimo kako ona pritiska prst. I plivač koji je ronio dalje velika dubina, nije slučajno osjetio bol u uhu. To se objašnjava činjenicom da bubna opna na uho utiču sile pritiska. Voda je tečna supstanca, tako da ima sva svoja svojstva. Da bi se izmjerila temperatura vode na dubini mora, treba koristiti vrlo jake termometre da se ne mogu smrskati pritiskom tekućine.

Ovaj pritisak nastaje usled kompresije, odnosno promene zapremine tečnosti. Ima elastičnost u odnosu na ovu promjenu. Sile pritiska su sile elastičnosti. Stoga, ako tekućina djeluje na tijela koja su u kontaktu s njom, tada se ona sabija. Budući da se gustina supstance povećava tokom kompresije, možemo pretpostaviti da tečnosti imaju elastičnost u odnosu na promenu gustine.

Isparavanje

Nastavljajući s razmatranjem svojstava tekuće tvari, prelazimo na isparavanje. Blizu njegove površine, kao i direktno unutra površinski sloj postoje sile koje obezbeđuju samo postojanje ovog sloja. Oni ne dozvoljavaju molekulima u njemu da napuste zapreminu tečnosti. Međutim, neki od njih, zbog toplinskog kretanja, razvijaju prilično velike brzine, uz pomoć kojih je moguće savladati te sile i napustiti tekućinu. Ovu pojavu nazivamo isparavanjem. Može se primijetiti na bilo kojoj temperaturi zraka, međutim, s njegovim povećanjem, povećava se intenzitet isparavanja.

Kondenzacija

Ako se molekule koje su napustile tečnost uklone iz prostora koji se nalazi blizu njene površine, onda sve to na kraju ispari. Ako se molekuli koji su ga ostavili ne uklone, formiraju paru. Jednom u području blizu površine tečnosti, molekuli pare se uvlače u nju. Ovaj proces se naziva kondenzacija.

Stoga, ako se molekuli ne uklone, brzina isparavanja se smanjuje tokom vremena. Ako se gustina pare dalje povećava, dolazi do situacije u kojoj broj molekula koji ostavljaju iza sebe određeno vrijeme tečnost, biće jednak broju molekula koji se u nju vrate za isto vreme. Ovo stvara stanje dinamičke ravnoteže. Para u njemu naziva se zasićena. Njegov pritisak i gustina rastu sa porastom temperature. Što je veći, to veći broj molekula tečnosti ima dovoljno energije za isparavanje i veća gustina pare mora biti da bi kondenzacija bila jednaka isparavanju.

Kipuće

Kada se u procesu zagrijavanja tekućih tvari postigne temperatura na kojoj zasićene pare imaju isti pritisak kao spoljašnje okruženje, uspostavlja se ravnoteža između zasićena para i tečnost. Ako tečnost daje dodatnu količinu toplote, odgovarajuća masa tečnosti se odmah pretvara u paru. Ovaj proces se zove ključanje.

Vrenje je intenzivno isparavanje tečnosti. Ne javlja se samo na površini, već se odnosi na čitav njen volumen. Unutar tečnosti se pojavljuju mjehurići pare. Da bi iz tečnosti prešli u paru, molekuli treba da steknu energiju. Potrebno je da se savladaju sile privlačenja, zbog kojih se drže u tečnosti.

Temperatura ključanja

To je onaj kod kojeg se uočava jednakost dva pritiska – vanjskog i zasićene pare. Povećava se kako pritisak raste i opada kako se pritisak smanjuje. Zbog činjenice da se pritisak u tečnosti menja sa visinom stuba, u njemu dolazi do ključanja raznim nivoima at različita temperatura. Samo iznad površine tečnosti u procesu ključanja ima određenu temperaturu. Određuje se samo vanjskim pritiskom. Na to mislimo kada govorimo o tački ključanja. Razlikuje se za različite tekućine, što se široko koristi u tehnologiji, posebno u destilaciji naftnih derivata.

Latentna toplota isparavanja je količina toplote potrebna za pretvaranje izotermno određene količine tečnosti u paru ako je spoljni pritisak isti kao i pritisak zasićene pare.

Svojstva tečnih filmova

Svi znamo kako dobiti pjenu otapanjem sapuna u vodi. Ovo nije ništa drugo do mnogo mjehurića, koji su ograničeni najtanjim filmom koji se sastoji od tekućine. Međutim, od tečnosti koja se pjeni može se dobiti i poseban film. Njegova svojstva su vrlo interesantna. Ovi filmovi mogu biti vrlo tanki: njihova debljina u najtanjim dijelovima ne prelazi stotisuću dio milimetra. Međutim, oni su ponekad vrlo stabilni, uprkos tome. Sapunski film može biti podvrgnut deformaciji i rastezanju, mlaz vode može proći kroz njega bez da ga uništi. Kako objasniti takvu stabilnost? Da bi se pojavio film, potrebno je u čistu tekućinu dodati tvari koje se u njemu otapaju. Ali ne bilo koje, već one koje značajno smanjuju površinsku napetost.

Tekući filmovi u prirodi i tehnologiji

U tehnologiji i prirodi uglavnom se ne susrećemo sa pojedinačnim filmovima, već sa pjenom, koja je njihov totalitet. Često se može primijetiti u potocima, gdje mali potoci padaju u mirnu vodu. Sposobnost vode da se pjeni u ovom slučaju povezana je s prisustvom organske tvari u njoj, koju izlučuje korijenje biljaka. Ovo je primjer kako se prirodne tekuće tvari pjene. Ali šta je sa tehnologijom? U izgradnji se, na primjer, koriste posebni materijali koji imaju ćelijsku strukturu nalik na pjenu. Lagani su, jeftini, dovoljno jaki, slabo provode zvuk i toplinu. Da bi se dobili, posebnim otopinama se dodaju sredstva za pjenjenje.

Zaključak

Dakle, naučili smo koje su tvari tekuće, otkrili da je tekućina srednje stanje tvari između plinovitog i čvrstog. Stoga ima svojstva karakteristična za oba. koji se danas široko koriste u tehnologiji i industriji (na primjer, displeji s tekućim kristalima) su najbolji primjer ovog stanja materije. Kombinuju svojstva čvrstih materija i tečnosti. Teško je zamisliti kakve će tečne supstance nauka izmisliti u budućnosti. Međutim, jasno je da u ovakvom stanju materije postoji veliki potencijal koji se može iskoristiti za dobrobit čovječanstva.

Od posebnog interesa za razmatranje fizičkih i hemijskih procesa koji se odvijaju u tečnom stanju je činjenica da se sam čovek 90% sastoji od vode, koja je najčešća tečnost na Zemlji. U njemu se odvijaju svi vitalni procesi kako u biljnom tako i u životinjskom svijetu. Stoga je za sve nas važno da proučavamo tečno stanje materije.