Caracteristicile generale ale stării lichide

Lichidul este una dintre stările agregate ale materiei. Proprietatea principală a unui lichid, care îl deosebește de alte stări de agregare, este capacitatea de a-și schimba forma la nesfârșit sub acțiunea unor tensiuni mecanice tangențiale, chiar arbitrar de mici, păstrând practic volumul.

Starea lichidă este de obicei considerată intermediară între un solid și un gaz: un gaz nu păstrează nici volum, nici formă, în timp ce un solid le păstrează pe ambele.

Forma corpurilor lichide poate fi determinată total sau parțial de faptul că suprafața lor se comportă ca o membrană elastică. Deci, apa se poate acumula în picături. Dar lichidul este capabil să curgă chiar și sub suprafața sa imobilă, iar aceasta înseamnă și neconservarea formei (a părților interne ale corpului lichid).

Moleculele unui lichid nu au o poziție definită, dar, în același timp, nu au libertate totală de mișcare. Există o atracție între ei, suficient de puternică încât să-i țină aproape.

O substanță în stare lichidă există într-un anumit interval de temperatură, sub care trece în stare solidă (se produce cristalizarea sau transformarea în stare solidă amorfă - sticlă), deasupra - în stare gazoasă (se produce evaporarea). Limitele acestui interval depind de presiune.

Determinați tabloul proceselor în fenomenele de capilaritate, umectare, vâscozitate, tensiune superficială.

Capilaritate, efect capilar - fenomen fizic, care constă în capacitatea lichidelor de a modifica nivelul în tuburi, canale înguste de formă arbitrară, corpuri poroase. Creșterea lichidului are loc atunci când canalele sunt umezite cu lichide, de exemplu, apă în tuburi de sticlă, nisip, sol etc. Scăderea lichidului are loc în tuburi și canale care nu sunt umezite cu lichid, de exemplu, mercur într-un tub de sticlă. Pe baza capilarității, se bazează activitatea vitală a animalelor și plantelor, tehnologiile chimice și fenomenele cotidiene (de exemplu, ridicarea kerosenului de-a lungul fitilului într-o lampă cu kerosen, ștergerea mâinilor cu un prosop).

Udarea este fenomen de suprafață, care constă în interacțiunea unui lichid cu suprafața unui solid sau a altui lichid. Udarea este de două tipuri:

Imersie (întreaga suprafață a unui corp solid este în contact cu un lichid)

Contact (constă din trei faze - solid, lichid, gazos)

Udarea depinde de raportul dintre forțele de aderență ale moleculelor lichide cu moleculele (sau atomii) corpului umezit (adeziune) și forțele de aderență reciprocă ale moleculelor lichide (coeziune).

Vâscozitatea (frecarea internă) este unul dintre fenomenele de transfer, proprietatea corpurilor fluide (lichide și gaze) de a rezista mișcării uneia dintre părțile lor față de alta. Mecanismul frecării interne în lichide și gaze constă în faptul că moleculele care se mișcă aleatoriu transferă impuls de la un strat la altul, ceea ce duce la egalizarea vitezelor - acest lucru este descris prin introducerea unei forțe de frecare. Vâscozitatea solidelor are o serie de caracteristici specifice și este de obicei considerată separat. Se face o distincție între vâscozitatea dinamică (unități de măsură: poise, 0,1 Pa s) și vâscozitatea cinematică (unități de măsură: stokes, m²/s, unitate off-system - grad Engler). Vâscozitatea cinematică poate fi obținută ca raport dintre vâscozitatea dinamică și densitatea unei substanțe și își datorează originea metodelor clasice de măsurare a vâscozității, cum ar fi măsurarea timpului necesar unui anumit volum pentru a curge printr-un orificiu calibrat sub influența gravitației. .

Tensiunea superficială este o caracteristică termodinamică a interfeței dintre două faze aflate în echilibru, determinată de activitatea formării izotermocinetice reversibile a unei unități de suprafață a acestei interfețe, cu condiția ca temperatura, volumul sistemului și potenţiale chimice ale tuturor componentelor din ambele faze rămân constante. Tensiunea superficială are un dublu sens fizic- energie (termodinamica) si putere (mecanica). Definiția energiei (termodinamice): tensiunea superficială este munca specifică de creștere a suprafeței atunci când aceasta este întinsă, cu condiția ca temperatura să fie constantă. Definiția forței (mecanice): Tensiunea superficială este forța care acționează pe unitatea de lungime a unei linii care limitează suprafața unui lichid.

Cum explică ele capacitatea mare de căldură a apei, tensiunea superficială mare și proprietatea capilarității?

Toate aceste caracteristici sunt asociate cu prezența legăturilor de hidrogen. Datorită diferenței mari de electronegativitate a atomilor de hidrogen și oxigen, norii de electroni sunt puternic deplasați către oxigen. Datorită acestui fapt, precum și faptului că ionul de hidrogen (protonul) nu are straturi interne de electroni și are dimensiuni mici, poate pătrunde în învelișul de electroni atom polarizat negativ al moleculei vecine. Din acest motiv, fiecare atom de oxigen este atras de atomii de hidrogen ai altor molecule și invers. Un anumit rol îl joacă interacțiunea schimbului de protoni între și în interiorul moleculelor de apă. Fiecare moleculă de apă poate participa la maximum patru legături de hidrogen: 2 atomi de hidrogen - fiecare într-unul și un atom de oxigen - în doi; în această stare, moleculele sunt într-un cristal de gheață. Când gheața se topește, unele dintre legături se rup, ceea ce permite moleculelor de apă să fie împachetate mai dens; atunci când apa este încălzită, legăturile continuă să se rupă, iar densitatea acesteia crește, dar la temperaturi peste 4 ° C, acest efect devine mai slab decât expansiunea termică. Evaporarea rupe toate legăturile rămase. Ruperea legăturilor necesită multă energie, de aici temperatura ridicată și căldura specifică de topire și fierbere și capacitate termică mare. Vâscozitatea apei se datorează faptului că legăturile de hidrogen împiedică moleculele de apă să se miște la viteze diferite.

Care este semnificația acestor caracteristici ale apei în viața sălbatică?

Capacitate termică specifică mare.

În combinație cu o conductivitate termică ridicată, acest lucru face ca mediul acvatic să fie suficient de confortabil pentru a trăi organismele vii. Datorită capacității mari de căldură și conductibilității termice, mediul acvatic, spre deosebire de mediul aerian, este mai puțin susceptibil la schimbările de temperatură (atât zilnice, cât și sezoniere), ceea ce facilitează adaptarea animalelor și plantelor la acest factor abiotic.

Tensiune superficială și coeziune ridicată.

Din cauza tensiunii superficiale, lichidul tinde să ia o astfel de formă încât suprafața sa este minimă (în mod ideal, forma unei mingi). Dintre toate lichidele, apa are cea mai mare tensiune superficială. Coeziunea semnificativă joacă un rol important în celulele vii, precum și în mișcarea apei prin vasele din plante. Multe organisme mici beneficiază tensiune de suprafata: astfel de organisme formează grupul ecologic neuston, care este împărțit în epineuston (cele care se mișcă pe suprafața peliculei, ca un pastor de apă) și hiponeuston, organisme care se atașează de pelicula de suprafață din apă (larvele unor muște și tantari).

Fenomenele capilare joacă un rol esențial în aprovizionarea cu apă a plantelor, în mișcarea umidității în sol și în alte medii poroase. Impregnarea capilară a diferitelor materiale este utilizată pe scară largă în diferite procese tehnologice. Fenomenele capilare joacă un rol la fel de important în formarea unei noi faze: picături de lichid în timpul condensării vaporilor și bule de vapori în timpul fierberii și cavitației.

Fenomenele capilare joacă un rol important în natură și tehnologie. Creșterea soluției nutritive de-a lungul tulpinii sau trunchiului unei plante se datorează în mare măsură fenomenului de capilaritate: soluția se ridică prin tuburi capilare subțiri formate de pereții celulelor plantei. Prin capilarele solului, apa se ridică din straturile adânci spre cele de suprafață ale solului. Dimpotrivă, afânând suprafața solului și creând astfel discontinuități în sistemul capilarelor solului, este posibilă întârzierea curgerii apei către zona de evaporare și încetinirea uscarii solului.

Fenomenele capilare joacă un rol esențial în aprovizionarea cu apă a plantelor și în mișcarea umidității în sol. Pe vreme uscată, solul se micșorează și în el se formează crăpături - capilare. Prin ele, apa se ridică de la sol și se evaporă. Din această cauză, suprafața pământului se usucă și mai mult. Pentru a păstra umiditatea din interiorul pământului, solul este afânat. În acest caz, capilarele sunt distruse și apa rămâne în sol.

Ordine pe distanță scurtă (fluiditate, incompresibilitate, cvasicristalinitate, energia potențială a moleculelor).

tensiune de suprafata.

Presiune sub o suprafață curbată.

Udare.

fenomene capilare.

Tensiune de suprafata.

Energia potențială a unei molecule în interiorul unui lichid este mai mică decât în afara lichidului. Stratul de suprafață se află în condiții diferite. Pentru a transfera molecule la suprafață, trebuie depășită o anumită barieră potențială.

r- raza de acţiune moleculară (sfera de acţiune moleculară).

Forța rezultată în interiorul lichidului este 0. Pe suprafața gazului - acțiunea acestuia poate fi neglijată. Forța rezultată este redusă. Întregul strat situat lângă suprafața lichidului este supus forțelor direcționate în mod normal în lichid. Stratul de suprafață exercită presiune asupra lichidului - presiune moleculară.

Masa fluidului, asupra căreia nu este acționată de forțele externe, trebuie să capete o formă sferică. Dintre toate corpuri geometrice O sferă are cea mai mică suprafață pentru un anumit volum. Suprafața unui lichid este ca o peliculă întinsă. Pentru a întinde un film, în mod normal, trebuie aplicată o forță la limita acestuia tangentă la suprafața lichidului, numită forță de tensiune superficială. Aceste forțe sunt cu atât mai mari, cu atât lungimea limitei filmului este mai mare:

- coeficientul tensiunii superficiale. DINTși

. LaT

T Creta.

0 . Lăsa

- o platformă.

- lucrează pentru a-și crea putereaF.

apoi

Această lucrare are rolul de a crește energia filmului:

Energia tensiunii superficiale.

Energie - este o parte energie interna film, care este transformat în lucru în timpul unui proces izoterm.

Energie gratis

Tensiunea superficială explică: formarea picăturilor:

Pentru o picătură:

Presiune sub suprafață curbată

Luați în considerare suprafața lichidului, pe baza unui contur plat.

Dacă suprafața lichidului nu este plată, atunci tendința sa de a se contracta va duce la adăugarea de presiune în raport cu lichidul plat.

În cazul unei suprafețe convexe, această presiune este pozitivă, în cazul uneia concave, este negativă.

Calcula

pentru o suprafață lichidă sferică.

Din cauza tensiunii superficiale, ambele emisfere sunt atrase.

Aceste forțe presează ambele emisfere pe suprafață și provoacă o presiune suplimentară:

Curbura suprafetei:

În geometrie, se demonstrează că jumătatea razelor de curbură reciproce ale oricărei perechi de secțiuni reciproc perpendiculare are aceeași valoare. H :

Pentru sferă: R 1 = R 2 = R :

Laplace a demonstrat că formulele sunt valabile pentru o suprafață de orice formă, dacă prin H se înțelege curbura medie a suprafeței în punctul în care se determină presiunea suplimentară.

Curbura medie

Formula Laplace

Presiunea suplimentară modifică nivelul lichidului în tuburile înguste (capilare), care se numește uneori presiune capilară.

Plutirea corpurilor mici la suprafață se explică prin presiunea Laplace.

umezire

Când se iau în considerare fenomene la granița lichid-solid, este necesar să se ia în considerare energia totală de suprafață a două substanțe.

Dacă se învecinează trei substanțe: lichid, solid și gaz. Atunci întreaga configurație corespunde energie totală minimă (suprafață, în câmp lichid).

Unghi, între suprafață corp solidși tangentă la lichid - unghiul marginii.

În cazul în care un mai puțin de π/2 lichidul udă corpul.

În cazul în care un mai mult de π/2 lichidul nu udă corpul.

La umezire totală zero.

La

neumezire completă.

Neumezirea poate duce la fenomene curioase: un ac nu se scufundă în grăsime. La fel, puteți transporta apă într-o sită dacă sita nu este umezită de apă (acoperiți firele sitei cu parafină), dacă nu este multă apă.

Fenomene capilare

Existenta unghiului de contact duce la curbura suprafetei lichide in apropierea peretilor vasului. Într-un tub capilar îngust, suprafața se dovedește a fi curbată.

Lichidul udă suprafața:

Dacă lichidul nu se udă:

Dacă suprafața lichidului este curbată, atunci forțele de tensiune superficială creează o presiune suplimentară asupra lichidului:

În acest fel, presiune totală este egal cu:

capilară, presiune laplaciană.

Dacă capilarul este scufundat cu un capăt într-un lichid, atunci când capilarul este umezit, nivelul lichidului va fi mai mare decât nivelul din vas, iar atunci când nu este umezit, acesta va fi mai scăzut.

Modificarea înălțimii nivelului în tuburile înguste - capilaritate.

Dacă capilarele sunt sectiune rotunda, apoi:

și

Dacă capilarul este mic, atunci cu umezire completă

:

R = r

Lichid - stare de agregare a materiei, intermediară între solid și gazos. Lichidele au proprietatea inerentă a solidelor - de a-și păstra volumul, de a forma o suprafață, de transparență, de rezistență la tracțiune. Gaze: iau forma unui vas, se transformă continuu într-un gaz fără sărituri.

O serie de caracteristici specifice numai ei: Caracteristică - fluiditate. Lichidele sunt aproape incompresibile. Testarea fluidelor cu raze X a aratat ca structura interna au multe în comun cu structura solidelor.

În aranjamentul particulelor lichide, există comandă pe distanță scurtă .

1. Starea lichidă a materiei și proprietățile ei.

2.1 Legea lui Bernoulli.

2.2 Legea lui Pascal.

2.3 Fluxul laminar al lichidelor.

2.4 Legea lui Poisel.

2.5 Curgerea turbulentă a lichidelor.

3.1 Măsurarea vâscozității unui lichid.

3.2 Măsurarea volumului și debitului lichidului

1. Starea lichidă a materiei și proprietățile ei.

Lichidele ocupă o poziție intermediară între substanțele gazoase și cele solide. La temperaturi apropiate de punctele de fierbere, proprietățile lichidelor se apropie de cele ale gazelor; la temperaturi apropiate de punctele de topire, proprietățile lichidelor se apropie de cele ale solidelor. Dacă pentru solide ordonarea strictă a particulelor este caracteristică, extinzându-se pe distanțe de până la sute de mii de raze interatomice sau intermoleculare, apoi într-o substanță lichidă nu există de obicei mai mult de câteva zeci de particule ordonate - acest lucru se explică prin faptul că ordonarea între particule în locuri diferite substanță lichidă apare la fel de repede cum este din nou „uns” de oscilațiile termice ale particulelor. În același timp, densitatea totală de ambalare a particulelor unei substanțe lichide diferă puțin de cea a unei substanțe solide - prin urmare, densitatea lor este apropiată de densitatea solidelor, iar compresibilitatea este foarte scăzută. De exemplu, pentru a reduce volumul ocupat de apa lichidă cu 1%, este necesară aplicarea unei presiuni de ~ 200 atm, în timp ce aceeași scădere a volumului gazelor necesită o presiune de ordinul a 0,01 atm. Prin urmare, compresibilitatea lichidelor este de aproximativ 200: 0,01 = 20.000 de ori mai mică decât compresibilitatea gazelor.

S-a remarcat mai sus că lichidele au un anumit volum propriu și iau forma vasului în care se află; aceste proprietăți sunt mult mai apropiate de cele ale unui solid decât ale unei substanțe gazoase. Mare proximitate stare lichida la solid este confirmat şi de datele privind entalpii standard evaporare ∆Н° utilizare și entalpii standard de fuziune ∆Н° pl. Entalpia standard de vaporizare este cantitatea de căldură necesară pentru a converti 1 mol de lichid în vapori la 1 atm (101,3 kPa). Aceeași cantitate de căldură este eliberată atunci când 1 mol de vapori se condensează într-un lichid la 1 atm. Cantitatea de căldură cheltuită pentru transformarea a 1 mol de solid într-un lichid la 1 atm se numește entalpia standard de fuziune (aceeași cantitate de căldură este eliberată atunci când 1 mol de lichid la 1 atm „îngheață” (“solidifică” ). Se știe că ∆Н° pl este mult mai mică decât valorile corespunzătoare ale ∆Н° exp, ceea ce este ușor de înțeles, deoarece trecerea de la stare solidă la lichid este însoțită de o încălcare mai mică a atracției intermoleculare decât trecerea de la starea lichidă la starea gazoasă.

O serie de alte proprietăți importante ale lichidelor amintesc mai mult de proprietățile gazelor. Deci, ca și gazele, lichidele pot curge - proprietatea lor se numește fluiditate. Rezistența la curgere este determinată de vâscozitate. Fluiditatea și vâscozitatea sunt afectate de forțele atractive dintre moleculele lichide, greutatea moleculară relativă a acestora și o serie de alți factori. Vâscozitatea lichidelor este de ~100 de ori mai mare decât cea a gazelor. La fel ca gazele, lichidele pot difuza, deși mult mai încet, deoarece particulele lichide sunt împachetate mult mai dens decât particulele de gaz.

Una dintre cele mai importante proprietăți ale unui lichid este tensiunea sa superficială (această proprietate nu este inerentă nici gazelor, nici solidelor). O moleculă dintr-un lichid este supusă forțelor intermoleculare uniforme din toate părțile. Cu toate acestea, la suprafața lichidului, echilibrul acestor forțe este perturbat și, ca urmare, moleculele „de suprafață” sunt sub acțiunea unei anumite forțe rezultante îndreptate în interiorul lichidului. Din acest motiv, suprafața lichidului se află într-o stare de tensiune. Tensiunea superficială este forța minimă care restricționează mișcarea particulelor lichide în adâncimea lichidului și, prin urmare, împiedică contractarea suprafeței lichidului. Tensiunea superficială este cea care explică forma „lacrimă” a particulelor fluide care căde liber.

Datorită conservării volumului, lichidul este capabil să formeze o suprafață liberă. O astfel de suprafață este interfața de fază a unei substanțe date: pe de o parte există o fază lichidă, pe de altă parte - o fază gazoasă (abur) și, eventual, alte gaze, cum ar fi aerul. Dacă fazele lichide și gazoase ale aceleiași substanțe sunt în contact, apar forțe care tind să reducă aria de interfață - forțe de tensiune superficială. Interfața se comportă ca o membrană elastică care tinde să se micșoreze.

Tensiunea de suprafață poate fi explicată prin atracția dintre moleculele lichide. Fiecare moleculă atrage alte molecule, caută să se „înconjoare” cu ele și, prin urmare, să părăsească suprafața. În consecință, suprafața tinde să scadă. Prin urmare, bulele de săpun și bulele în timpul fierberii tind să capete o formă sferică: pentru un volum dat, o minge are o suprafață minimă. Dacă asupra unui lichid acționează numai forțele de tensiune superficială, acesta va lua în mod necesar o formă sferică - de exemplu, picăturile de apă în imponderabilitate.

Obiectele mici cu o densitate mai mare decât densitatea unui lichid sunt capabile să „plutească” pe suprafața lichidului, deoarece forța gravitațională este mai mică decât forța care împiedică creșterea suprafeței.

Umezirea este un fenomen de suprafață care apare atunci când un lichid intră în contact cu o suprafață solidă în prezența aburului, adică la interfețele celor trei faze. Udarea caracterizează „lipirea” unui lichid la suprafață și răspândirea pe acesta (sau, dimpotrivă, respingerea și neîmprăștierea). Există trei cazuri: neumezire, umezire limitată și umezire completă.

Miscibilitatea este capacitatea lichidelor de a se dizolva unele în altele. Un exemplu de lichide miscibile: apă și alcool etilic, un exemplu de lichide nemiscibile: apă și ulei lichid.

Când două lichide miscibile se află într-un vas, moleculele, ca urmare a mișcării termice, încep să treacă treptat prin interfață și astfel lichidele se amestecă treptat. Acest fenomen se numește difuzie (apare și în substanțele aflate în alte stări de agregare).

Un lichid poate fi încălzit peste punctul de fierbere în așa fel încât să nu aibă loc fierberea. Acest lucru necesită o încălzire uniformă, fără diferențe semnificative de temperatură în volum și fără influențe mecanice, cum ar fi vibrațiile. Dacă în lichid supraîncălzit arunca ceva, fierbe instantaneu. Apa supraîncălzită este ușor de introdus în cuptorul cu microunde.

Subrăcire - răcirea unui lichid sub punctul de îngheț fără a se transforma într-o stare solidă de agregare. Ca și în cazul supraîncălzirii, subrăcirea necesită absența vibrațiilor și fluctuații semnificative de temperatură.

Dacă suprafața lichidului este deplasată din poziția de echilibru, atunci sub acțiunea forțelor de restabilire, suprafața începe să se deplaseze înapoi în poziția de echilibru. Această mișcare însă nu se oprește, ci se transformă în mișcare oscilantă aproape de poziția de echilibru și se extinde în alte zone. Acest lucru creează valuri pe suprafața unui lichid.

Dacă forța de restabilire este predominant gravitațională, atunci astfel de unde se numesc unde gravitaționale. Undele gravitaționale pe apă pot fi văzute peste tot.

Dacă forța de restabilire este predominant o forță de tensiune superficială, atunci astfel de unde sunt numite capilare. Dacă aceste forțe sunt comparabile, astfel de unde se numesc unde gravitaționale capilare. Undele de pe suprafața unui lichid sunt atenuate de vâscozitate și de alți factori.

Din punct de vedere formal, pentru coexistența de echilibru a unei faze lichide cu alte faze ale aceleiași substanțe - gazoase sau cristaline - sunt necesare condiții strict definite. Deci, la o anumită presiune, este necesară o temperatură strict definită. Cu toate acestea, în natură și în tehnologie, peste tot lichidul coexistă cu vaporii, sau și cu solidul starea de agregare- de exemplu, apa cu vapori de apa si adesea cu gheata (daca consideram aburul ca o faza separata prezenta alaturi de aer). Acest lucru se datorează următoarelor motive.

Stare dezechilibrată. Este nevoie de timp pentru ca lichidul să se evapore, până când lichidul s-a evaporat complet, coexistă cu vaporii. În natură, apa se evaporă în mod constant, precum și procesul invers - condensare.

volum închis. Lichidul dintr-un vas închis începe să se evapore, dar deoarece volumul este limitat, presiunea vaporilor crește, devine saturat chiar înainte ca lichidul să se evapore complet, dacă cantitatea sa a fost suficient de mare. Când se atinge starea de saturație, cantitatea de lichid evaporat este egală cu cantitatea de lichid condensat, sistemul intră în echilibru. Astfel, într-un volum limitat, se pot stabili condițiile necesare coexistenței de echilibru a lichidului și vaporilor.

Prezența atmosferei în condițiile gravitației terestre. Afectează lichidul Presiunea atmosferică(aer și abur), în timp ce pentru abur, practic doar a acestuia presiune parțială. Prin urmare, lichidul și vaporii de deasupra suprafeței sale corespund puncte diferite pe diagrama de fază, în zona de existență a fazei lichide și, respectiv, în zona de existență a gazului. Acest lucru nu anulează evaporarea, dar evaporarea necesită timp în care ambele faze coexistă. Fără această condiție, lichidele ar fierbe și s-ar evapora foarte repede.

2.1 Legea lui Bernoulli - este o consecință a legii conservării energiei pentru un flux staționar al unui fluid incompresibil ideal (adică fără frecare internă):

este densitatea fluidului, este viteza curgerii, este înălțimea la care se află elementul considerat al lichidului, este presiunea în punctul din spațiu în care se află centrul de masă al elementului considerat al lichidului, este accelerarea căderii libere.

Constanta din partea dreaptă este de obicei numită presiune, sau presiune maximă, și, de asemenea Bernoulli integral. Dimensiunea tuturor termenilor este o unitate de energie pe unitatea de volum de lichid.

Acest raport, derivat de Daniel Bernoulli în 1738, a fost numit după el. ecuația lui Bernoulli. Pentru teava orizontala h= 0 și ecuația lui Bernoulli ia forma:

Această formă a ecuației Bernoulli poate fi obținută prin integrarea ecuației lui Euler pentru un flux de fluid staționar unidimensional, la o densitate constantă ρ:

Conform legii lui Bernoulli, presiunea totală într-un flux constant de fluid rămâne constantă de-a lungul acestui flux.

Presiune maximă constă din ponderea (ρ gh), presiuni statice (p) și dinamice (ρν 2 /2).

Din legea lui Bernoulli rezultă că pe măsură ce secțiunea transversală a curgerii scade, datorită creșterii vitezei, adică a presiunii dinamice, presiunea statică scade. Acesta este motivul principal pentru efectul Magnus. Legea lui Bernoulli este valabilă și pentru fluxurile de gaze laminare. Fenomenul de scădere a presiunii cu creșterea debitului stă la baza funcționării diferitelor tipuri de debitmetre (de exemplu, un tub Venturi), pompe cu jet de apă și abur. Iar aplicarea consecventă a legii lui Bernoulli a dus la apariția unei discipline tehnice hidromecanice - hidraulica.

Legea lui Bernoulli este valabilă în forma sa pură numai pentru lichidele a căror vâscozitate este zero, adică lichidele care nu se lipesc de suprafața țevii. De fapt, s-a stabilit experimental că viteza unui lichid pe suprafața unui corp solid este aproape întotdeauna exact zero (cu excepția cazurilor de separare a jetului în anumite condiții rare).

2.2 Legea lui Pascal este formulat astfel:

Presiunea exercitată asupra unui lichid (sau gaz) în orice loc de la limita acestuia, de exemplu, de către un piston, este transmisă fără modificare în toate punctele lichidului (sau gazului).

Proprietatea de bază a lichidelor și gazelor- presiunea de transfer fără schimbare în toate direcțiile - este baza pentru proiectarea dispozitivelor și mașinilor hidraulice și pneumatice.

De câte ori aria unui piston este mai mare decât aria celuilalt, de același număr de ori mașina hidraulică oferă un câștig de rezistență.

2.3 Flux laminar(lat. lamina- placă, bandă) - un flux în care un lichid sau un gaz se mișcă în straturi fără amestecare și pulsații (adică schimbări rapide aleatorii de viteză și presiune).

Curgerea laminară este posibilă numai până la o anumită valoare critică a numărului Reynolds, după care devine turbulent. Valoarea critică a numărului Reynolds depinde de tipul specific de curgere (debit într-o țeavă rotundă, debit în jurul unei bile etc.). De exemplu, pentru un flux într-o țeavă rotundă

Numărul Reynolds este determinat de următoarea relație:

ρ este densitatea mediului, kg/m 3 ;

v- viteza caracteristica, m/s;

L- mărime caracteristică, m;

η - vâscozitatea dinamică a mediului, N*s/m2;

ν - vâscozitatea cinematică a mediului, m 2 / s ();

Q- Debitul volumetric;

A- suprafața secțiunii țevii.

Numărul Reynolds ca criteriu pentru trecerea de la fluxul laminar la cel turbulent și invers funcționează relativ bine pentru fluxurile de presiune. La trecerea la curgerile cu curgere liberă, zona de tranziție între regimurile laminare și cele turbulente crește, iar utilizarea numărului Reynolds ca criteriu nu este întotdeauna justificată. De exemplu, în rezervoare, valorile calculate formal ale numărului Reynolds sunt foarte mari, deși acolo se observă un flux laminar.

2.4 Ecuația sau legea lui Poiseuille- legea care determină debitul unui fluid într-un flux constant al unui fluid vâscos incompresibil într-o țeavă cilindrică subțire de secțiune transversală circulară.

Conform legii, al doilea debit volumetric al unui lichid este proporțional cu căderea de presiune pe unitatea de lungime a tubului (gradientul de presiune în conductă) și puterea a patra a razei (diametrului) conductei:

Q- fluxul de fluid în conductă;
D- diametrul conductei;
v- viteza fluidului de-a lungul conductei;
r- distanta fata de axa conductei;
R- raza conductei;
p 1 − p 2 - diferenta de presiune la intrarea si iesirea din conducta;
η este vâscozitatea lichidului;
L- lungimea conductei.

Legea lui Poiseuille funcționează numai pentru fluxul laminar și cu condiția ca lungimea tubului să depășească așa-numita lungime a secțiunii inițiale, care este necesară pentru dezvoltarea fluxului laminar în tub.

Curgerea Poiseuille este caracterizată printr-o distribuție a vitezei parabolice de-a lungul razei tubului. În fiecare secțiune transversală a tubului viteza medie jumătate din viteza maximă din această secțiune.

2.5 T urbulent t(din latină turbulentus - turbulent, haotic), formă a curgerii unui lichid sau gaz, în care elementele lor efectuează mișcări dezordonate, instabile de-a lungul traiectoriilor complexe, ceea ce duce la amestecarea intensă între straturi de lichid sau gaz în mișcare (vezi Turbulența) . T. t. în conducte, canale, straturi limită din apropierea solidelor curgete în jur de lichid sau gaz, precum și așa-numitele. T. t. liberă - jeturi, urme din spatele solidelor care se deplasează față de un lichid sau gaz și zone de amestecare între fluxuri de viteze diferite care nu sunt separate prin c.-l. ziduri solide. T. t. diferă de fluxurile laminare corespunzătoare atât prin structura lor internă complexă (Fig. 1), cât și prin distribuția vitezei medii pe secțiunea de curgere și caracteristicile integrale - dependența mediei pe secțiune sau max. viteza, debitul, precum și coeficientul. rezistență de la numărul Reynolds Re. Profilul vitezei medii a unui termometru în conducte sau canale diferă de parabolic. profilul fluxului laminar corespunzător cu o creștere mai rapidă a vitezei în apropierea pereților și o curbură mai mică spre centru. părți ale fluxului (Fig. 2). Cu excepția unui strat subțire lângă perete, profilul vitezei este descris de o lege logaritmică (adică viteza depinde liniar de logaritmul distanței până la perete). Coeficient de rezistenta:

- tensiune de frecare pe perete,
este densitatea lichidului,
- viteza sa, medie pe secțiunea de curgere) este legată de Re prin raport

Profilul vitezei medii: a - pentru flux laminar, 6 - pentru curgere turbulent.

3.1 Măsurarea vâscozității fluidelor .

Vâscozitatea cinematică este o măsură a curgerii unui fluid rezistiv sub influența gravitației. Când două lichide de volum egal sunt plasate în viscozimetre capilare identice și se deplasează prin gravitație, lichidul vâscos durează mai mult să curgă prin capilar. Dacă un fluid durează 200 de secunde pentru a curge și altul durează 400 de secunde, al doilea fluid este de două ori mai vâscos decât primul pe scala de vâscozitate cinematică.

Vâscozitatea absolută, numită uneori vâscozitate dinamică sau simplă, este produsul dintre vâscozitatea cinematică și densitatea fluidului:
Vâscozitate absolută = Vâscozitate cinematică * Densitate
Dimensiunea vâscozității cinematice este L 2 /T, unde L este lungimea și T este timpul). SI UNIT vascozitate cinematica - 1 cSt (centiStokes)=mm 2 /s. Vâscozitatea absolută este exprimată în centipoise (cPoise). SI UNITATEA de vascozitate absoluta - milipascal secunda 1 MPa * s = 1 cPas.

Un dispozitiv pentru măsurarea vâscozității se numește vâscozimetru. Viscozimetrele pot fi clasificate în trei tipuri principale:

DAR. Vâscozimetrele capilare măsoară debitul unui volum fix de lichid printr-un orificiu mic la o temperatură controlată. Viteza de forfecare poate fi măsurată de la aproximativ zero la 106 s -1 prin modificarea diametrului capilar și a presiunii aplicate. Tipuri de viscozimetre capilare și modurile lor de funcționare:
Vâscozimetru capilar din sticlă (ASTM D 445) - Lichidul trece printr-o gaură cu un diametru stabilit sub influența gravitației. Rata de forfecare este mai mică de 10 s -1 . Vâscozitatea cinematică a tuturor uleiurilor de automobile este măsurată cu vâscozimetre capilare.
Viscozimetru capilar de înaltă presiune (ASTM D 4624 și D 5481) - Un volum fix de lichid este extrudat printr-un capilar de sticlă cu diametru sub acțiunea unei presiuni de gaz aplicate. Rata de forfecare poate fi modificată până la 106 s -1. Această tehnică este folosită în mod obișnuit pentru a modela vâscozitatea uleiurilor de motor în rulmenții principali de lucru. Această vâscozitate se numește vâscozitate la temperatura ridicatași forfecare înaltă (HTHS) și se măsoară la 150°C și 106 s-1. Vâscozitatea HTHS este măsurată și cu un simulator de rulmenți conici, ASTM D 4683 (vezi mai jos).

B. Viscozimetrele rotative folosesc cuplul pe un arbore rotativ pentru a măsura rezistența fluidului la curgere. Vâscozimetrele rotative includ simulatorul de pornire la rece (CCS), mini-vâscozimetrul rotațional (MRV), viscozimetrul Brookfield și simulatorul de rulmenți conici (TBS). Viteza de forfecare poate fi modificată prin modificarea dimensiunilor rotorului, a distanței dintre rotor și peretele statorului și a vitezei de rotație.
Simulator Cold Scroll (ASTM D 5293) - CCS măsoară vâscozitatea aparentă în intervalul de la 500 la 200.000 cPas. Viteza de forfecare este cuprinsă între 104 și 105 s -1 . intervalul normal Temperatura de Operare- de la 0 la -40°C. CCS a arătat o corelație excelentă cu pornirea motorului la temperaturi scăzute. Clasificarea de vâscozitate SAE J300 definește performanța de vâscozitate la temperaturi scăzute a uleiurilor de motor prin limitele CCS și MRV.

Mini viscozimetru rotativ (ASTM D 4684) - Testul MRV, care este legat de mecanismul de pompare a uleiului, este o măsurătoare la viteză scăzută de forfecare. caracteristica principală metoda - viteză lentă de răcire a probei. Proba este pregătită pentru a avea un istoric termic specific care include încălzire, răcire lentă și cicluri de impregnare. MRV măsoară stresul rezidual aparent, care, dacă este mai mare decât o valoare de prag, indică o potențială problemă de defecțiune a pompei din cauza intruziunii de aer. Peste o anumită vâscozitate (definită în prezent ca 60.000 centipoise SAE J 300), uleiul poate cauza defecțiuni de pompare printr-un mecanism numit „efect de curgere limitată”. Un ulei SAE 10W, de exemplu, ar trebui să aibă o vâscozitate maximă de 60.000 cPas la -30°C fără stres rezidual. Această metodă măsoară, de asemenea, vâscozitatea aparentă la viteze de forfecare de la 1 la 50 s -1.
Vâscozimetru Brookfield - determină vâscozitatea pe o gamă largă (de la 1 la 105 Poise) la viteze de forfecare scăzute (până la 102 s -1).
ASTM D 2983 este utilizat în principal pentru a determina vâscozitatea la temperatură scăzută a uleiurilor de viteze pentru automobile, uleiurilor de transmisie automată, uleiurilor hidraulice și uleiurilor de tractor. Temperatura - testarea variază de la -5 la -40°C.
ASTM D 5133, metoda Brookfield Scan, măsoară vâscozitatea Brookfield a unei probe atunci când este răcită la o viteză constantă de 1°C/oră. La fel ca MRV, metoda ASTM D 5133 este concepută pentru a determina pompabilitatea unui ulei la temperaturi scăzute. Acest test determină punctul de nucleare, definit ca temperatura la care proba atinge o viscozitate de 30.000 cPas. Indicele de nucleare este, de asemenea, definit ca cea mai mare rată de creștere a vâscozității de la -5°C la cea mai scăzută temperatură de testare. Această metodă își găsește aplicare în uleiurile de motor și este cerută de ILSAC GF-2. Simulator de rulmenți conici (ASTM D 4683) - Această tehnică măsoară și vâscozitatea uleiurilor de motor la temperatură ridicată și forfecare ridicată (vezi Viscozimetru capilar de înaltă presiune). Se obțin viteze de forfecare foarte mari datorită spațiului extrem de mic dintre rotor și peretele statorului.

Indicele de vâscozitate (VI) este un număr empiric care indică gradul de modificare a vâscozității unui ulei într-un interval de temperatură dat. Un VI mare înseamnă o modificare relativ mică a vâscozității cu temperatura, iar un VI scăzut înseamnă o modificare mare a vâscozității cu temperatura. Majoritatea uleiurilor de bază minerale au un VI între 0 și 110, dar uleiul polimeric (multigrage) VI depășește adesea 110.
Pentru a determina indicele de vâscozitate, este necesar să se determine vâscozitatea cinematică la 40°C și 100°C. După aceea, IV este determinat din tabelele conform ASTM D 2270 sau ASTM D 39B. Deoarece VI este determinat din viscozitatea la 40°C și 100°C, nu este legat de temperatura scăzută sau de viscozitatea HTHS. Aceste valori sunt obținute folosind CCS, MRV, viscozimetru Brookfield de temperatură joasă și viscozimetre cu forfecare mare.
SAE nu a folosit IV pentru a clasifica uleiurile de motor din 1967, deoarece termenul este învechit din punct de vedere tehnic. Cu toate acestea, metoda American Petroleum Institute API 1509 descrie un sistem de clasificare a uleiului de bază folosind VI ca unul dintre câțiva parametri pentru a asigura principiile interschimbabilității uleiului și universalitatea scalei de vâscozitate.

3.2.Măsurarea volumului și debitului de lichid.

Pentru măsurarea debitului de lichide se folosesc debitmetre bazate pe diverse principii de funcționare: debitmetre cu diferență de presiune variabilă și constantă, nivel variabil, electromagnetice, ultrasonice, vortex, termice și cu turbină.

Pentru măsurarea cantității de substanță se folosesc debitmetre cu integratori sau contoare. Integratorul însumează continuu citirile dispozitivului, iar cantitatea de substanță este determinată de diferența dintre citirile sale pe perioada necesară de timp.

Măsurarea debitului și cantității este o sarcină complexă, deoarece proprietățile fizice ale debitelor măsurate afectează citirile instrumentelor: densitate, vâscozitate, raportul de fază în flux etc. Proprietăți fizice debitele măsurate, la rândul lor, depind de condițiile de funcționare, în principal de temperatură și presiune.

Dacă condițiile de funcționare ale debitmetrului diferă de condițiile în care a fost calibrat, atunci eroarea în citirile dispozitivului poate depăși semnificativ valoarea admisă. Prin urmare, pentru dispozitivele produse în serie, au fost stabilite limitări pentru domeniul de aplicare a acestora: în funcție de proprietățile debitului măsurat, temperatura maximași presiune, conținutul de particule solide sau gaze din lichid etc.

Debitmetre cu presiune variabilă

Funcționarea acestor debitmetre se bazează pe apariția unei căderi de presiune pe dispozitivul de îngustare din conductă atunci când trece un flux de lichid sau gaz prin acesta. Când se modifică debitul Q, se modifică și valoarea acestei căderi de presiune?p.

Pentru unele dispozitive de îngustare ca convertoare de debit în presiune diferențială, coeficientul de transfer este determinat experimental, iar valorile acestuia sunt rezumate în tabele speciale. Astfel de dispozitive de îngustare sunt numite standard.

Cel mai simplu și mai comun dispozitiv de constricție este diafragma.Diafragma standard este un disc subțire cu o gaură rotundă în centru. Coeficientul de transmisie al diafragmei depinde în mod esențial de rezistența diafragmei și în special de marginea de intrare a orificiului. Prin urmare, diafragmele sunt realizate din materiale rezistente chimic la mediul măsurat și rezistente la uzura mecanică. Pe lângă diafragmă, o duză Venturi și o conductă Venturi sunt, de asemenea, folosite ca dispozitive standard de îngustare, care creează o rezistență hidraulică mai mică în conductă.

Orificiul unui debitmetru cu presiune diferențială variabilă este un convertor primar în care debitul este convertit într-o presiune diferențială.

Manometrele de presiune diferențială servesc ca convertoare intermediare pentru debitmetrele cu presiune variabilă. Manometrele diferențiale sunt conectate la dispozitivul de îngustare prin tuburi de impuls și sunt instalate în imediata apropiere a acestuia. Prin urmare, debitmetrele cu presiune variabilă folosesc de obicei manometre de presiune diferenţială echipate cu un convertor intermediar pentru transmiterea rezultatelor măsurătorilor către scutul operatorului (de exemplu, manometre de presiune diferenţială cu diafragmă DM).

Ca și la măsurarea presiunii și a nivelului, vasele de separare și separatoarele cu membrană sunt utilizate pentru a proteja manometrele de presiune diferențială de efectele agresive ale mediului măsurat.

O caracteristică a convertoarelor primare ale contoarelor de cădere de presiune variabilă este dependența pătratică a căderii de presiune de debitul. Pentru ca citirile dispozitivului de măsurare al debitmetrului să depindă liniar de debit, în circuitul de măsurare al debitmetrelor cu presiune variabilă este introdus un traductor de liniarizare. Un astfel de convertor este, de exemplu, un bloc de liniarizare în convertorul intermediar NP-PZ. Cu o conexiune directă a unui manometru diferențial cu un dispozitiv de măsurare (de exemplu, KSD), liniarizarea se realizează în dispozitivul însuși folosind un model cu o caracteristică pătratică.

Debitmetre cu presiune diferențială constantă

Debitul unui lichid sau gaz poate fi măsurat și la o presiune diferențială constantă. Pentru a menține o cădere constantă de presiune atunci când debitul prin orificiu se modifică, este necesar să se schimbe automat zona secțiunii sale de curgere. Cel mai simplu mod este schimbarea automată a zonei de curgere în rotametru.

Rotametrul este un tub conic vertical care conține un flotor. Debitul Q măsurat, care trece prin rotametru de jos în sus, creează o diferență de presiune înainte și după plutitor. Această diferență de presiune, la rândul său, creează o forță de ridicare care echilibrează greutatea flotorului.

Dacă debitul prin rotametru se modifică, atunci se va modifica și căderea de presiune. Acest lucru va duce la o modificare a portanței și, în consecință, la un dezechilibru în plutire. Flotitorul va începe să se amestece. Și deoarece tubul rotametrului este conic, aria secțiunii de trecere din spațiul dintre flotor și tub se va modifica, ca urmare, scăderea de presiune se va modifica și, prin urmare, forța de ridicare. Când diferenţa de presiune şi forta de ridicare va reveni din nou la valorile anterioare, plutitorul se va echilibra și se va opri.

Astfel, fiecare valoare a debitului prin rotametrul Q corespunde unei anumite poziții a flotorului. Deoarece pentru un tub conic aria spațiului inelar dintre acesta și flotor este proporțională cu înălțimea ridicării sale, scara rotametrului este uniformă.

Industria produce rotametre cu tuburi din sticlă și metal. Pentru rotametrele cu tub de sticlă, scara este imprimată direct pe suprafața tubului. Pentru măsurarea de la distanță a poziției unui flotor într-un tub metalic, convertoarele intermediare de deplasare liniară sunt utilizate într-un semnal electric sau pneumatic unificat.

La rotametrele cu semnal electric de ieșire, pistonul traductorului transformatorului diferențial se mișcă odată cu plutitorul. Debitmetrele cu semnal de ieșire pneumatic utilizează un cuplaj magnetic pentru a transmite poziția de plutire către transmițător. Este format din două magneți permanenți. Unul - dublu - se deplasează împreună cu plutitorul, celălalt, montat pe pârghia convertizorului de presiune de deplasare la aer comprimat, se deplasează împreună cu pârghia după primul magnet.

Rotametrele sunt, de asemenea, disponibile pentru măsurarea fluxului de medii foarte agresive. Rotametrele sunt furnizate cu o manta pentru incalzirea cu abur. Sunt concepute pentru a măsura fluxul de medii de cristalizare.

Debitmetre cu nivel variabil

Din hidraulice se știe că, dacă lichidul curge liber prin orificiul din fundul rezervorului, atunci debitul său Q și nivelul din rezervor H sunt interconectate. Prin urmare, după nivelul din rezervor, se poate aprecia debitul din acesta.

Acest principiu stă la baza funcționării debitmetrelor cu nivel variabil. Este evident că rolul convertorului primar aici este jucat de rezervorul însuși cu o gaură în partea de jos. Semnalul de ieșire al unui astfel de convertor este nivelul din rezervor. Prin urmare, oricare dintre manometrele considerate poate servi ca convertor intermediar al circuitului de măsurare al debitmetrului cu nivel variabil.

Contoarele de nivel variabil sunt utilizate în mod obișnuit pentru a măsura debitul de lichide agresive și contaminate atunci când acestea sunt descărcate în rezervoare la presiunea atmosferică.

Debitmetre electromagnetice

Funcționarea debitmetrelor electromagnetice se bazează pe lege inductie electromagnetica, conform căreia e va fi indus într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic. d.s., proporțional cu viteza conductorului. În debitmetrele electromagnetice, rolul unui conductor este îndeplinit de un lichid conductor electric care curge prin conducta 1 și traversează câmpul magnetic 3 al unui electromagnet 2. În acest caz, un e va fi indus în lichid. d.s. U, proporțional cu viteza de mișcare a acestuia, adică cu debitul lichidului.

Semnalul de ieșire al unui astfel de convertor primar este preluat de doi electrozi izolați 4 și 6 instalați în peretele conductei. Secțiunea conductei de pe ambele părți ale electrozilor este acoperită cu izolație electrică 7 pentru a preveni manevra e indusă. d.s. prin lichid și peretele conductei.

Gradul de agresivitate al mediilor măsurate pentru debitmetre electromagnetice este determinat de materialul izolator al conductei și electrozii convertorului primar. În debitmetre se utilizează în acest scop cauciucul, emailul rezistent la acizi și fluoroplastic. Cel mai rezistent la mediile agresive este un debitmetru cu un strat izolator fluoroplastic și electrozi de fluoroplast grafitizat.

În timpul funcționării debitmetrelor, zero și calibrarea dispozitivului trebuie verificate periodic, cel puțin o dată pe săptămână. Pentru a verifica convertizorul primar este umplut cu lichidul măsurat. După aceea, comutatorul modului de funcționare de pe panoul frontal al unității de măsură este mutat în poziția „Măsurare” și indicatorul dispozitivului de măsurare este setat la zero cu potențiometrul „Zero”. Când comutatorul este mutat în poziția „Calibrare”, săgeata dispozitivului ar trebui să se oprească la 100%. În caz contrar, săgeata este adusă la acest reper de potențiometrul „Calibrare”.

O caracteristică distinctivă a debitmetrelor electromagnetice este absența pierderilor de presiune suplimentare în zonă. măsurători. Acest lucru se datorează absenței pieselor care ies în țeavă. O proprietate deosebit de valoroasă a unor astfel de debitmetre, spre deosebire de alte tipuri de debitmetre, este capacitatea de a măsura debitul de lichide și nămoluri agresive, abrazive și vâscoase.

Debitmetre cu ultrasunete

Funcționarea acestor debitmetre se bazează pe adăugarea vitezei de propagare a ultrasunetelor în lichid și a vitezei curgerii lichidului în sine. Emițătorul și receptorul impulsurilor ultrasonice ale debitmetrului sunt situate la capetele secțiunii de măsurare a conductei. Unitatea electronică conține un generator de impulsuri și un contor de timp pentru ca impulsul să parcurgă distanța dintre emițător și receptor.

Înainte de începerea funcționării, debitmetrul este umplut cu lichid, al cărui debit va fi măsurat și se determină timpul necesar pulsului pentru a parcurge această distanță într-un mediu stagnant. Când fluxul se mișcă, viteza acestuia se va aduna cu viteza ultrasunetelor, ceea ce va duce la o scădere a timpului de călătorie a pulsului. De această dată, convertită în bloc într-un semnal de curent unificat, va fi cu cât mai mic, cu atât debitul este mai mare, adică cu atât consumul Q este mai mare.

Debitmetrele cu ultrasunete au aceleași avantaje ca și debitmetrele electromagnetice și, în plus, pot măsura debitul de lichide neconductoare.

Contoare vortex

Funcționarea unor astfel de debitmetre se bazează pe apariția vârtejurilor atunci când un flux întâlnește un corp neraționalizat. În timpul funcționării debitmetrului, vârtejurile sunt desprinse alternativ din părțile opuse ale corpului situate peste flux. Frecvența de separare a vârtejului este direct proporțională cu viteza curgerii, adică cu debitul său volumetric Q. La locul vârtejului, viteza curgerii crește, iar presiunea scade. Prin urmare, frecvența formării vârtejurilor poate fi măsurată, de exemplu, cu un manometru, a cărui ieșire electrică este alimentată la un contor de frecvență.

Debitmetre termice

Debitmetrul termic constă dintr-un încălzitor 1 și doi senzori de temperatură 2 și 3, care sunt instalați în afara tubului 4 cu debitul măsurat. La putere constantăîncălzitor, cantitatea de căldură preluată de la acesta de flux va fi, de asemenea, constantă. Prin urmare, cu o creștere a debitului Q, încălzirea debitului va scădea, ceea ce este determinat de diferența de temperatură măsurată de senzorii de temperatură 3 și 2. Pentru a măsura debite mari, nu se măsoară întregul debit Q, ci doar acesta. partea Q1, care este trecută prin tubul 4. Acest tub oprește secțiunea conductei 5, echipată cu un șoc 6. Aria de curgere a șocului determină limita superioară a intervalului de debite măsurate: cu cât această secțiune este mai mare, cu atât este mai mare. se poate măsura debitul (la aceeași putere a încălzitorului).

Contoare cu turbină

În astfel de debitmetre, debitul măsurat antrenează un rotor care se rotește în rulmenți. Viteza de rotație a rotorului este proporțională cu debitul, adică debitul Q. Pentru a măsura viteza de rotație a rotorului, carcasa acestuia este realizată dintr-un material nemagnetic. Un convertor de transformator diferenţial este instalat în afara carcasei, iar o margine este realizată dintr-un material feromagnetic la una dintre paletele turbinei. Când această lamă trece pe lângă convertor, reactanța sa inductivă se modifică și, cu o frecvență proporțională cu debitul Q, se modifică tensiunea pe înfășurările secundare U out. Instrument de masurare Un astfel de debitmetru este un contor de frecvență care măsoară frecvența schimbărilor de tensiune.

Contoare de viteză

Aceste contoare sunt similare ca design cu debitmetrele cu turbină. Diferența dintre ele constă în faptul că viteza de rotație a turbinei este măsurată în debitmetre, iar numărul de rotații este măsurat în metri, care este apoi convertit în cantitatea de lichid care a trecut prin contor pentru interval de timp care ne interesează, de exemplu, pe lună.

1. Starea lichidă a materiei și proprietățile ei.

2.1 Legea lui Bernoulli.

2.2 Legea lui Pascal.

2.3 Fluxul laminar al lichidelor.

2.4 Legea lui Poisel.

2.5 Curgerea turbulentă a lichidelor.

3.1 Măsurarea vâscozității unui lichid.

3.2 Măsurarea volumului și debitului lichidului

1. Starea lichidă a materiei și proprietățile ei.

Lichidele ocupă o poziție intermediară între substanțele gazoase și cele solide. La temperaturi apropiate de punctele de fierbere, proprietățile lichidelor se apropie de cele ale gazelor; la temperaturi apropiate de punctele de topire, proprietățile lichidelor se apropie de cele ale solidelor. Dacă substanțele solide sunt caracterizate printr-o ordonare strictă a particulelor, extinzându-se pe distanțe de până la sute de mii de raze interatomice sau intermoleculare, atunci într-o substanță lichidă nu există de obicei mai mult de câteva zeci de particule ordonate - acest lucru se explică prin faptul că ordonarea între particule în diferite locuri ale unei substanțe lichide apare rapid, de asemenea, precum și din nou „untată” de vibrația termică a particulelor. În același timp, densitatea totală de ambalare a particulelor unei substanțe lichide diferă puțin de cea a unei substanțe solide - prin urmare, densitatea lor este apropiată de densitatea solidelor, iar compresibilitatea este foarte scăzută. De exemplu, pentru a reduce volumul ocupat de apa lichidă cu 1%, este necesară aplicarea unei presiuni de ~ 200 atm, în timp ce aceeași scădere a volumului gazelor necesită o presiune de ordinul a 0,01 atm. Prin urmare, compresibilitatea lichidelor este de aproximativ 200: 0,01 = 20.000 de ori mai mică decât compresibilitatea gazelor.

S-a remarcat mai sus că lichidele au un anumit volum propriu și iau forma vasului în care se află; aceste proprietăți sunt mult mai apropiate de cele ale unui solid decât ale unei substanțe gazoase. Apropierea stării lichide de starea solidă este confirmată și de datele privind entalpiile standard de vaporizare ∆Н° test și entalpiile standard de topire ∆Н° pl. Entalpia standard de vaporizare este cantitatea de căldură necesară pentru a converti 1 mol de lichid în vapori la 1 atm (101,3 kPa). Aceeași cantitate de căldură este eliberată atunci când 1 mol de vapori se condensează într-un lichid la 1 atm. Cantitatea de căldură cheltuită pentru transformarea a 1 mol de solid într-un lichid la 1 atm se numește entalpia standard de fuziune (aceeași cantitate de căldură este eliberată atunci când 1 mol de lichid la 1 atm „îngheață” (“solidifică” ). Se știe că ∆Н° pl este mult mai mică decât valorile corespunzătoare ale ∆Н° exp, ceea ce este ușor de înțeles, deoarece trecerea de la o stare solidă la o stare lichidă este însoțită de o încălcare mai mică a atracției intermoleculare decât o trecerea de la starea lichidă la starea gazoasă.

Miscibilitatea este capacitatea lichidelor de a se dizolva unele în altele. Un exemplu de lichide miscibile: apă și alcool etilic, un exemplu de lichide nemiscibile: apă și ulei lichid.

Un lichid poate fi încălzit peste punctul de fierbere în așa fel încât să nu aibă loc fierberea. Acest lucru necesită o încălzire uniformă, fără diferențe semnificative de temperatură în volum și fără influențe mecanice, cum ar fi vibrațiile. Dacă ceva este aruncat într-un lichid supraîncălzit, fierbe instantaneu. Apa supraîncălzită este ușor de introdus în cuptorul cu microunde.

Dacă suprafața lichidului este deplasată din poziția de echilibru, atunci sub acțiunea forțelor de restabilire, suprafața începe să se deplaseze înapoi în poziția de echilibru. Această mișcare însă nu se oprește, ci se transformă într-o mișcare oscilativă în jurul poziției de echilibru și se extinde în alte zone. Acest lucru creează valuri pe suprafața unui lichid.

Dacă forța de restabilire este predominant gravitațională, atunci astfel de unde se numesc unde gravitaționale. Undele gravitaționale pe apă pot fi văzute peste tot.

Din punct de vedere formal, pentru coexistența de echilibru a unei faze lichide cu alte faze ale aceleiași substanțe - gazoase sau cristaline - sunt necesare condiții strict definite. Deci, la o anumită presiune, este necesară o temperatură strict definită. Cu toate acestea, în natură și tehnologie, peste tot lichidul coexistă cu aburul sau, de asemenea, cu o stare solidă de agregare - de exemplu, apa cu vapori de apă și adesea cu gheață (dacă considerăm aburul ca o fază separată prezentă împreună cu aerul). Acest lucru se datorează următoarelor motive.

Prezența atmosferei în condițiile gravitației terestre. Presiunea atmosferică acționează asupra unui lichid (aer și abur), în timp ce pentru abur, practic, trebuie luată în considerare doar presiunea parțială a acestuia. Prin urmare, lichidul și vaporii de deasupra suprafeței sale corespund punctelor diferite ale diagramei de fază, în regiunea existenței fazei lichide și, respectiv, în zona existenței fazei gazoase. Acest lucru nu anulează evaporarea, dar evaporarea necesită timp în care ambele faze coexistă. Fără această condiție, lichidele ar fierbe și s-ar evapora foarte repede.

2.1 Legea lui Bernoulli - este o consecință a legii conservării energiei pentru un flux staționar al unui fluid incompresibil ideal (adică fără frecare internă):

Densitatea lichidului,

debitul,

Înălțimea la care se află elementul fluid în cauză,

Presiunea în punctul din spațiu în care se află centrul de masă al elementului fluid considerat,

Accelerația gravitației.

Acest raport, derivat de Daniel Bernoulli în 1738, a fost numit după el. ecuația lui Bernoulli. Pentru teava orizontala h= 0 și ecuația lui Bernoulli ia forma:

Această formă a ecuației Bernoulli poate fi obținută prin integrarea ecuației lui Euler pentru un flux de fluid staționar unidimensional, la o densitate constantă ρ:

Conform legii lui Bernoulli, presiunea totală într-un flux constant de fluid rămâne constantă de-a lungul acestui flux.

Presiune maximă constă din ponderea (ρ gh), presiuni statice (p) și dinamice (ρν 2 /2).

2.2 Legea lui Pascaleste formulat astfel:

D Presiunea exercitată asupra unui lichid (sau gaz) în orice loc de la limita acestuia, de exemplu, de către un piston, este transmisă fără modificare în toate punctele lichidului (sau gazului).

Caracteristicile generale ale stării lichide

Articole similare