2.1 Bernoulli yasası.

2.2 Pascal yasası.

2.3 Laminer sıvı akışı.

2.4 Poisel yasası.

2.5 Türbülanslı sıvı akışı.

3.1 Bir sıvının viskozitesinin ölçülmesi.

3.2 Sıvı hacmi ve akış ölçümü

1. sıvı hal maddeler ve özellikleri.

Sıvılar, gaz halindeki ve katı maddeler arasında bir ara pozisyonda bulunur. Kaynama noktalarına yakın sıcaklıklarda sıvıların özellikleri gazların özelliklerine yaklaşır; erime noktalarına yakın sıcaklıklarda sıvıların özellikleri katıların özelliklerine yaklaşır. Katı maddeler, yüz binlerce atomlar arası veya moleküller arası yarıçapa kadar uzanan katı bir parçacık sıralaması ile karakterize edilirse, sıvı bir maddede genellikle birkaç düzineden fazla düzenli parçacık yoktur - bu şu şekilde açıklanır: bir sıvı maddenin farklı yerlerindeki parçacıklar arasındaki sıralamanın da hızlı bir şekilde ortaya çıkması. , parçacıkların termal titreşimiyle yine "bulaşmış". Aynı zamanda, sıvı bir maddenin parçacıklarının toplam paketleme yoğunluğu katı bir maddeninkinden çok az farklıdır - bu nedenle yoğunlukları yoğunluğa yakındır. katılar ve sıkıştırılabilirlik çok düşüktür. Örneğin, sıvı suyun kapladığı hacmi %1 azaltmak için ~ 200 atm'lik bir basınç uygulamak gerekirken, gazların hacmindeki aynı azalma 0,01 atm düzeyinde bir basınç gerektirir. Bu nedenle sıvıların sıkıştırılabilirliği, gazların sıkıştırılabilirliğinden yaklaşık 200:0.01 = 20.000 kat daha azdır.

Sıvıların kendilerine ait belirli bir hacme sahip oldukları ve bulundukları kabın şeklini aldıkları yukarıda belirtilmişti; bu özellikler gaz halindeki bir maddeden çok bir katı maddenin özelliklerine daha yakındır. Sıvı halin katı hale yakınlığı, standart buharlaşma entalpileri ∆Н° exp ve standart erime entalpileri ∆Н° pl hakkındaki verilerle de doğrulanır. Standart buharlaşma entalpisi, 1 mol sıvıyı 1 atm'de (101,3 kPa) buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarıdır. 1 mol buhar 1 atm'de bir sıvıya yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar. 1 mol katının 1 atm'de sıvıya dönüşmesi için harcanan ısı miktarına ne denir? standart entalpi erime (1 atm'de 1 mol sıvıyı "dondururken" ("katılaşırken") aynı miktarda ısı açığa çıkar). ∆Н° pl'nin, anlaşılması kolay olan ∆Н° exp'nin karşılık gelen değerlerinden çok daha az olduğu bilinmektedir, çünkü katıdan sıvı duruma geçişe, moleküller arası çekimin bir katıdan daha küçük bir ihlali eşlik eder. sıvı halden gaz hale geçiş.

Sıvıların diğer bazı önemli özellikleri, gazların özelliklerini daha çok andırır. Bu nedenle, gazlar gibi sıvılar da akabilir - özelliklerine akışkanlık denir. Akışa karşı direnç viskozite tarafından belirlenir. Akışkanlık ve viskozite, sıvı moleküller arasındaki çekici kuvvetlerden, bunların bağıl moleküler ağırlıklarından ve bir dizi başka faktörden etkilenir. Sıvıların viskozitesi, gazlarınkinden ~100 kat daha fazladır. Tıpkı gazlar gibi, sıvılar da çok daha yavaş da olsa yayılabilir, çünkü sıvı parçacıklar gaz parçacıklarından çok daha yoğun bir şekilde paketlenir.

Bir sıvının en önemli özelliklerinden biri yüzey gerilimidir (bu özellik gazlarda veya katılarda bulunmaz). Bir sıvı içindeki bir molekül, moleküller arası kuvvetlerden her yönden eşit olarak etkilenir. Ancak sıvının yüzeyinde bu kuvvetlerin dengesi bozulur ve bunun sonucunda “yüzey” molekülleri sıvının içine yöneltilen belli bir bileşke kuvvetin etkisi altındadır. Bu nedenle sıvının yüzeyi gerilim halindedir. Yüzey gerilimi, sıvı parçacıklarının sıvının derinliğine hareketini kısıtlayan ve böylece sıvının yüzeyinin büzülmesini engelleyen minimum kuvvettir. Serbest düşen sıvı parçacıklarının "gözyaşı" şeklini açıklayan yüzey gerilimidir.

Hacim korunumu nedeniyle sıvı serbest bir yüzey oluşturabilir. Böyle bir yüzey, belirli bir maddenin faz arayüzüdür: bir tarafta sıvı faz, diğer tarafta gaz halinde (buhar) ve muhtemelen hava gibi diğer gazlar vardır. Aynı maddenin sıvı ve gaz fazları temas halindeyse, arayüzey alanını azaltma eğiliminde olan kuvvetler ortaya çıkar - kuvvetler yüzey gerilimi. Arayüz, büzülme eğiliminde olan elastik bir zar gibi davranır.

Yüzey gerilimi, sıvı moleküller arasındaki çekim ile açıklanabilir. Her molekül diğer molekülleri kendine çeker, kendilerini onlarla "çevrelemeye" ve dolayısıyla yüzeyden ayrılmaya çalışır. Buna göre, yüzey azalma eğilimindedir. Bu nedenle, kaynatma sırasında sabun köpüğü ve kabarcıkları küresel bir şekil alma eğilimindedir: belirli bir hacim için bir topun minimum yüzeyi vardır. Bir sıvıya yalnızca yüzey gerilimi kuvvetleri etki ederse, sıvı mutlaka küresel bir şekil alacaktır - örneğin, ağırlıksız su damlaları.

Yoğunluğu bir sıvının yoğunluğundan daha büyük olan küçük nesneler, sıvının yüzeyinde "yüzebilir", çünkü yerçekimi kuvveti, yüzey alanındaki artışı engelleyen kuvvetten daha azdır.

ıslatma - yüzey fenomeni Bir sıvı, buhar varlığında, yani üç fazın ara yüzeylerinde katı bir yüzeye temas ettiğinde meydana gelir. Islanma, bir sıvının yüzeye "yapışmasını" ve üzerine yayılmasını (veya tersine itme ve yayılmama) karakterize eder. Üç durum vardır: ıslanmama, sınırlı ıslanma ve tam ıslanma.

Karışabilirlik, sıvıların birbiri içinde çözünme yeteneğidir. Karışabilir sıvılara bir örnek: su ve etil alkol, karışmayan sıvılara bir örnek: su ve sıvı yağ.

İki karışabilir sıvı bir kapta olduğunda, termal hareketin bir sonucu olarak moleküller yavaş yavaş ara yüzeyden geçmeye başlar ve böylece sıvılar yavaş yavaş karışır. Bu fenomene difüzyon denir (diğer kümelenme durumlarındaki maddelerde de görülür).

Bir sıvı, kaynama olmayacak şekilde kaynama noktasının üzerinde ısıtılabilir. Bu, hacim içinde önemli sıcaklık farkları olmaksızın ve titreşim gibi mekanik etkiler olmaksızın homojen ısıtma gerektirir. eğer aşırı ısıtılmış sıvı bir şey fırlat, anında kaynar. kızgın su mikrodalgaya girmek kolaydır.

Aşırı soğutma - bir sıvının katı bir kümelenme durumuna dönüşmeden donma noktasının altına soğutulması. Aşırı ısınmada olduğu gibi, aşırı soğutma da titreşim ve önemli sıcaklık dalgalanmalarının olmamasını gerektirir.

Sıvının yüzeyi denge konumundan çıkarılırsa, geri yükleme kuvvetlerinin etkisi altında yüzey denge konumuna geri dönmeye başlar. Ancak bu hareket durmaz, tersine dönüşür. salınım hareketi denge konumuna yakın ve diğer alanlara uzanır. Bu, bir sıvının yüzeyinde dalgalar oluşturur.

Geri getirme kuvveti ağırlıklı olarak yerçekimi ise, bu tür dalgalara yerçekimi dalgaları denir. Sudaki yerçekimi dalgaları her yerde görülebilir.

Geri getirme kuvveti ağırlıklı olarak bir yüzey gerilimi kuvveti ise, bu tür dalgalara kapiler denir. Bu kuvvetler karşılaştırılabilir ise, bu tür dalgalara kapiler-yerçekimi dalgaları denir. Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar, viskozite ve diğer faktörler tarafından zayıflatılır.

Resmi olarak konuşursak, bir sıvı fazın aynı maddenin diğer fazları ile - gaz veya kristal - dengede bir arada bulunması için kesin olarak tanımlanmış koşullara ihtiyaç vardır. Bu nedenle, belirli bir basınçta kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklığa ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, doğada ve teknolojide, her yerde sıvı, buharla veya katı bir agregasyon durumuyla birlikte bulunur - örneğin, su ile su buharı ve genellikle buzla (buharı hava ile birlikte ayrı bir faz olarak kabul edersek). Bu, aşağıdaki nedenlerden kaynaklanmaktadır.

Dengesiz durum. Sıvının buharlaşması zaman alır, sıvı tamamen buharlaşana kadar buharla birlikte bulunur. Doğada, su sürekli olarak buharlaşır, bunun yanı sıra ters işlem - yoğuşma.

kapalı hacim. Kapalı bir kaptaki sıvı buharlaşmaya başlar, ancak hacim sınırlı olduğu için buhar basıncı yükselir, miktarı yeterince büyükse sıvı tamamen buharlaşmadan önce bile doymuş hale gelir. Doyma durumuna ulaşıldığında, buharlaşan sıvı miktarı yoğunlaşan sıvı miktarına eşit olur, sistem dengeye gelir. Böylece, sınırlı bir hacimde, sıvı ve buharın dengede bir arada bulunması için gerekli koşullar oluşturulabilir.

Karasal yerçekimi koşullarında atmosferin varlığı. Sıvıyı etkiler atmosfer basıncı(hava ve buhar), buhar için ise, pratik olarak sadece kısmi basıncı. Bu nedenle, yüzeyinin üzerindeki sıvı ve buhar, farklı noktalar faz diyagramında, sırasıyla sıvı fazın bulunduğu alanda ve gazın bulunduğu alanda. Bu, buharlaşmayı iptal etmez, ancak buharlaşma, her iki fazın bir arada var olduğu zaman alır. Bu koşul olmadan sıvılar çok çabuk kaynar ve buharlaşırdı.

2.1 Bernoulli yasası - ideal (yani, iç sürtünme olmadan) sıkıştırılamaz bir akışkanın durağan akışı için enerjinin korunumu yasasının bir sonucudur:

- akışkan yoğunluğu, - akış hızı, - incelenen akışkan elemanının bulunduğu yükseklik, - incelenen akışkan elemanının kütle merkezinin bulunduğu uzaydaki noktadaki basınç, - yerçekimi ivmesi.

Sağ taraftaki sabit genellikle denir baskı yapmak, veya tam basınç ve ayrıca Bernoulli integrali. Tüm terimlerin boyutu, birim sıvı hacmi başına bir enerji birimidir.

1738'de Daniel Bernoulli tarafından türetilen bu oran, onun adını almıştır. Bernoulli denklemi. Yatay boru için h= 0 ve Bernoulli denklemi şu şekli alır:

.

Bernoulli denkleminin bu formu, sabit bir yoğunlukta ρ sabit tek boyutlu bir sıvı akışı için Euler denkleminin entegre edilmesiyle elde edilebilir:

.

Bernoulli yasasına göre, sabit bir akışkan akışındaki toplam basınç, bu akış boyunca sabit kalır.

Tam basınç ağırlıklı (ρ gh), statik (p) ve dinamik (ρν 2/2) basınçlar.

Bernoulli yasasından, hızdaki, yani dinamik basınçtaki bir artış nedeniyle akış kesiti azaldıkça statik basıncın azaldığı sonucu çıkar. Magnus etkisinin ana nedeni budur. Bernoulli yasası laminer gaz akışları için de geçerlidir. Akış hızındaki artışla birlikte basınçta azalma olgusu, çeşitli akış ölçer türlerinin (örneğin, bir Venturi borusu), su ve buhar jet pompalarının çalışmasının temelini oluşturur. Ve Bernoulli yasasının tutarlı bir şekilde uygulanması, teknik bir hidromekanik disiplinin ortaya çıkmasına neden oldu - hidrolik.

Bernoulli yasası saf haliyle sadece viskozitesi sıfır olan sıvılar, yani borunun yüzeyine yapışmayan sıvılar için geçerlidir. Aslında, katı bir cismin yüzeyindeki bir sıvının hızının neredeyse her zaman tam olarak sıfır olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir (bazı nadir koşullar altında jet ayrımı durumları hariç).

2.2 Pascal Yasası şu şekilde formüle edilir:

Bir sıvıya (veya gaza) sınırındaki herhangi bir yerde, örneğin bir piston tarafından uygulanan basınç, değişmeden sıvının (veya gazın) tüm noktalarına iletilir.

Sıvıların ve gazların temel özellikleri- her yönde değişmeden transfer basıncı - hidrolik ve pnömatik cihazların ve makinelerin tasarımının temelidir.

Bir pistonun alanı diğerinin alanından kaç kez daha büyükse, hidrolik makine aynı sayıda güç kazancı sağlar.

2.3 Laminer akış(lat. tabaka- plaka, şerit) - bir sıvı veya gazın karışmadan ve titreşimsiz (yani hız ve basınçta rastgele hızlı değişiklikler) katmanlar halinde hareket ettiği bir akış.

Laminer akış, yalnızca Reynolds sayısının belirli bir kritik değerine kadar mümkündür ve sonrasında türbülanslı hale gelir. Reynolds sayısının kritik değeri, belirli akış tipine bağlıdır (yuvarlak bir borudaki akış, bir topun etrafındaki akış, vb.). Örneğin, yuvarlak bir borudaki akış için

Reynolds sayısı aşağıdaki bağıntı ile belirlenir:

ρ ortamın yoğunluğudur, kg/m3 ;

v- karakteristik hız, m/s;

L- karakteristik boyut, m;

η - ortamın dinamik viskozitesi, N*s/m2 ;

ν - ortamın kinematik viskozitesi, m 2 / s ();

Q- hacimsel akış hızı;

A- borunun kesit alanı.

Laminer akıştan türbülanslı akışa geçiş için bir kriter olarak Reynolds sayısı ve bunun tersi de basınç akışları için nispeten iyi çalışır. Serbest akışlı akışlara geçerken, laminer ve türbülanslı rejimler arasındaki geçiş bölgesi artar ve Reynolds sayısının bir kriter olarak kullanılması her zaman doğrulanmaz. Örneğin, rezervuarlarda, Reynolds sayısının resmi olarak hesaplanan değerleri, orada laminer akış gözlemlenmesine rağmen çok yüksektir.

2.4 Denklem veya Poiseuille yasası- dairesel kesitli ince silindirik bir boruda viskoz sıkıştırılamaz bir akışkanın sabit akışında bir akışkanın akış hızını belirleyen yasa.

Yasaya göre, bir sıvının ikinci hacimsel akış hızı, borunun birim uzunluğu başına basınç düşüşü (borudaki basınç gradyanı) ve borunun yarıçapının (çapının) dördüncü gücü ile orantılıdır:

• Q- boru hattındaki sıvı akışı;
• D- boru hattı çapı;
• v- boru hattı boyunca sıvı hızı;
• r- boru hattının ekseninden uzaklık;
• R- boru hattı yarıçapı;
• p 1 − p 2 - borunun giriş ve çıkışındaki basınç farkı;
• η sıvının viskozitesidir;
• L- boru uzunluğu.

Poiseuille yasası sadece laminer akış için çalışır ve borunun uzunluğunun, boruda laminer akışın gelişimi için gerekli olan ilk bölümün sözde uzunluğunu aşması şartıyla.

Poiseuille akışı, boru yarıçapı boyunca parabolik bir hız dağılımı ile karakterize edilir. Tüpün her kesitinde ortalama sürat bu bölümdeki maksimum hızın yarısı.

2.5 Tşiddetli t(Latince türbülans - çalkantılı, kaotik), elemanlarının karmaşık yörüngeler boyunca düzensiz, kararsız hareketler yaptığı, hareketli sıvı veya gaz katmanları arasında yoğun bir karışıma yol açan bir sıvı veya gaz akışının biçimi (bkz. Türbülans) . T. t. borularda, kanallarda, sınır tabakalarında sıvı veya gazın yanı sıra etrafa dolanan katıların yanında sözde. serbest T. t. - jetler, bir sıvı veya gaza göre hareket eden katıların arkasındaki izler ve c.-l ile ayrılmayan farklı hızlardaki akışlar arasındaki karışım bölgeleri. sağlam duvarlar. T. t. hem karmaşık iç yapılarında (Şekil 1) hem de akış bölümü üzerindeki ortalama hızın dağılımında ve integral özelliklerinde karşılık gelen laminer akışlardan farklıdır - ortalamanın bölüme veya maks. hız, akış ve katsayı. Reynolds sayısı Re'den direnç. Borularda veya kanallarda bir termometrenin ortalama hızının profili parabolikten farklıdır. duvarlara yakın hızda daha hızlı bir artış ve merkeze doğru daha az eğrilik ile karşılık gelen laminer akışın profili. akışın parçaları (Şekil 2). Duvara yakın ince bir tabaka dışında, hız profili logaritmik bir yasa ile tanımlanır (yani hız, duvara olan mesafenin logaritmasına doğrusal olarak bağlıdır). Sürükleme katsayısı:

- duvardaki sürtünme gerilimi,
sıvının yoğunluğu,
- hızı, akış bölümü üzerindeki ortalaması) Re ile orantılıdır.

Ortalama hız profili: a - laminer akış için, 6 - türbülanslı akış için.

3.1 Akışkan Viskozite Ölçümü .

Kinematik viskozite, yerçekimi etkisi altında dirençli bir sıvının akışının bir ölçüsüdür. Eşit hacimli iki sıvı aynı kılcal viskozimetrelere yerleştirildiğinde ve yerçekimi ile hareket ettiğinde, viskoz sıvının kılcal damardan akması daha uzun sürer. Bir akışkanın dışarı akması 200 saniye ve diğerinin 400 saniye sürmesi durumunda, ikinci akışkan kinematik viskozite ölçeğinde birinci akışkanın iki katı kadar viskozdur.

Bazen dinamik veya basit viskozite olarak adlandırılan mutlak viskozite, kinematik viskozite ve sıvı yoğunluğunun ürünüdür:
Mutlak Viskozite = Kinematik Viskozite * Yoğunluk
Kinematik viskozitenin boyutu L2/T'dir, burada L uzunluk ve T zamandır). SI BİRİM kinematik viskozite - 1 cSt (santiStokes)=mm 2 /s. Mutlak viskozite, santipoise (cPoise) cinsinden ifade edilir. Mutlak viskozitenin SI BİRİMİ - milipaskal saniye 1 MPa * s = 1 cPas.

Viskoziteyi ölçmek için bir cihaza viskozimetre denir. Viskozimetreler üç ana tipte sınıflandırılabilir:

ANCAK. Kılcal viskozimetreler, kontrollü bir sıcaklıkta küçük bir delikten sabit hacimdeki sıvının akışını ölçer. Kesme hızı, kılcal çapı ve uygulanan basıncı değiştirerek yaklaşık sıfırdan 106 s -1'e kadar ölçülebilir. Kılcal viskozimetre çeşitleri ve çalışma şekilleri:
Cam kapiler viskozimetre (ASTM D 445) - Sıvı, yerçekimi etkisi altında belirli bir çaptaki bir delikten geçer. Kayma hızı 10 s -1'den azdır. Tüm otomotiv yağlarının kinematik viskozitesi, kılcal viskozimetrelerle ölçülür.
Yüksek Basınçlı Kılcal Viskozimetre (ASTM D 4624 ve D 5481) - Sabit bir sıvı hacmi, uygulanan bir gaz basıncının etkisi altında bir çaplı cam kılcal damardan ekstrüde edilir. Kesme hızı 106 s -1'e kadar değiştirilebilir. Bu teknik, çalışan ana yataklardaki motor yağlarının viskozitesini modellemek için yaygın olarak kullanılır. Bu viskoziteye viskozite denir. Yüksek sıcaklık ve yüksek kesme (HTHS) ve 150°C'de ve 106 s -1'de ölçülür. HTHS viskozitesi ayrıca ASTM D 4683 konik yatak simülatörü ile ölçülür (aşağıya bakın).

B. Rotasyonel viskozimetreler, bir sıvının akmaya karşı direncini ölçmek için dönen bir şaft üzerinde tork kullanır. Rotasyonel viskozimetreler arasında soğuk marş simülatörü (CCS), mini rotasyonel viskozimetre (MRV), Brookfield viskozimetresi ve konik yatak simülatörü (TBS) bulunur. Rotorun boyutları, rotor ile stator duvarı arasındaki boşluk ve dönme hızı değiştirilerek kesme hızı değiştirilebilir.
Cold Scroll Simulator (ASTM D 5293) - CCS, görünür viskoziteyi 500 ila 200.000 cPas aralığında ölçer. Kesme hızı 104 ile 105 s-1 arasındadır. Normal alan Çalışma sıcaklığı- 0 ila -40°C arası. CCS, düşük sıcaklıklarda motor çalıştırma ile mükemmel bir korelasyon gösterdi. SAE J300 viskozite sınıflandırması, motor yağlarının düşük sıcaklık viskozite performansını CCS ve MRV sınırlarına göre tanımlar.

Mini Döner Viskozimetre (ASTM D 4684) - Yağ pompalanabilirlik mekanizması ile ilgili olan MRV testi, düşük kesme hızında bir ölçümdür. ana özellik yöntem - yavaş numune soğutma hızı. Numune, ısıtma, yavaş soğutma ve emprenye döngülerini içeren belirli bir termal geçmişe sahip olacak şekilde hazırlanır. MRV, bir eşik değerinden büyükse, hava girişi nedeniyle potansiyel bir pompalama arızası sorununu gösteren görünen artık gerilimi ölçer. Belirli bir viskozitenin üzerinde (şu anda 60.000 centipoise SAE J 300 olarak tanımlanmaktadır), yağ "sınırlı akış etkisi" adı verilen bir mekanizma yoluyla pompalanabilirlik arızasına neden olabilir. Örneğin bir SAE 10W yağı, artık gerilim olmadan -30°C'de maksimum 60.000 cPas viskoziteye sahip olmalıdır. Bu yöntem ayrıca 1 ila 50 s-1 arasındaki kesme hızlarında görünen viskoziteyi de ölçer.
Brookfield viskozimetresi - düşük kesme hızlarında (102 s -1'e kadar) geniş bir aralıkta (1'den 105 Poise'a kadar) viskoziteyi belirler.
ASTM D 2983, öncelikle otomotiv dişli yağlarının, otomatik şanzıman yağlarının, hidrolik yağların ve traktör yağlarının düşük sıcaklık viskozitesini belirlemek için kullanılır. Sıcaklık - test aralığı -5 ila -40°C arasındadır.
ASTM D 5133, Brookfield Scan yöntemi, 1°C/saat sabit bir hızda soğutulduğunda bir numunenin Brookfield viskozitesini ölçer. MRV gibi, ASTM D 5133 yöntemi de bir yağın düşük sıcaklıklarda pompalanabilirliğini belirlemek için tasarlanmıştır. Bu test, numunenin 30.000 cPas viskoziteye ulaştığı sıcaklık olarak tanımlanan çekirdeklenme noktasını belirler. Çekirdeklenme indeksi ayrıca -5°C'den en düşük test sıcaklığına kadar viskozitedeki en yüksek artış oranı olarak tanımlanır. Bu yöntem, motor yağlarında uygulama bulur ve ILSAC GF-2 tarafından gereklidir. Konik Rulman Simülatörü (ASTM D 4683) - Bu teknik aynı zamanda yüksek sıcaklık ve yüksek kesmede motor yağlarının viskozitesini de ölçer (bkz. Yüksek Basınçlı Kılcal Viskozimetre). Rotor ve stator duvarı arasındaki son derece küçük boşluk nedeniyle çok yüksek kesme hızları elde edilir.

Viskozite İndeksi (VI), belirli bir sıcaklık aralığında bir yağın viskozitesindeki değişimin derecesini gösteren ampirik bir sayıdır. Yüksek bir VI, viskozitede sıcaklıkla nispeten küçük bir değişiklik anlamına gelir ve düşük bir VI, viskozitede sıcaklıkla büyük bir değişiklik anlamına gelir. Çoğu mineral baz yağın VI değeri 0 ile 110 arasındadır, ancak polimer yağının (multigrage) VI değeri genellikle 110'dan büyüktür.
Viskozite indeksini belirlemek için 40°C ve 100°C'de kinematik viskoziteyi belirlemek gerekir. Bundan sonra IV, ASTM D 2270 veya ASTM D 39B'ye göre tablolardan belirlenir. VI, 40°C ve 100°C'deki viskoziteden belirlendiğinden, düşük sıcaklık veya HTHS viskozitesi ile ilgili değildir. Bu değerler CCS, MRV, düşük sıcaklık Brookfield viskozimetre ve yüksek kesme viskozimetreleri kullanılarak elde edilir.
SAE, 1967'den beri motor yağlarını sınıflandırmak için IV'ü kullanmamıştır, çünkü terim teknik olarak eskidir. Bununla birlikte, Amerikan Petrol Enstitüsü'nün API 1509 yöntemi, yağın değiştirilebilirliği ilkelerini ve viskozite ölçeğinin evrenselliğini sağlamak için çeşitli parametrelerden biri olarak VI'yı kullanan bir baz yağ sınıflandırma sistemini açıklar.

3.2 Sıvının hacminin ve akışının ölçülmesi.

Sıvıların akışını ölçmek için, çeşitli çalışma prensiplerine dayanan akış ölçerler kullanılır: değişken ve sabit basınç farkı, değişken seviye, elektromanyetik, ultrasonik, girdap, termal ve türbin akış ölçerleri.

Bir maddenin miktarını ölçmek için entegratörlü veya sayaçlı akış ölçerler kullanılır. Entegratör, cihazın okumalarını sürekli olarak toplar ve maddenin miktarı, gerekli süre boyunca okumalarındaki farka göre belirlenir.

Akış ve miktarın ölçülmesi karmaşık bir iştir, çünkü ölçülen akışların fiziksel özellikleri cihazların okumalarını etkiler: yoğunluk, viskozite, akıştaki faz oranı, vb. Fiziksel özelliklerölçülen akışlar ise, esas olarak sıcaklık ve basınç olmak üzere, çalışma koşullarına bağlıdır.

Debimetrenin çalışma koşulları, kalibre edildiği koşullardan farklıysa, cihazın okumalarındaki hata izin verilen değeri önemli ölçüde aşabilir. Bu nedenle, seri üretilen cihazlar için, uygulama kapsamı için sınırlamalar oluşturulmuştur: ölçülen akışın özelliklerine göre, Maksimum sıcaklık ve basınç, sıvıdaki katı parçacıkların veya gazların içeriği vb.

Değişken basınç debimetreleri

Bu akış ölçerlerin çalışması, içinden bir sıvı veya gaz akışı geçtiğinde boru hattındaki daraltma cihazı boyunca bir basınç düşüşünün meydana gelmesine dayanır. Debi Q değiştiğinde, bu basınç düşüşünün p değeri de değişir.

Diferansiyel basınca akış dönüştürücü olarak bazı daraltma cihazları için transfer katsayısı deneysel olarak belirlenir ve değerleri özel tablolarda özetlenir. Bu tür daraltma cihazlarına standart denir.

En basit ve en yaygın daraltma cihazı diyaframdır.Standart diyafram, ortasında yuvarlak bir delik bulunan ince bir disktir. Diyaframın iletim katsayısı esasen diyaframın direncine ve özellikle deliğin giriş kenarına bağlıdır. Bu nedenle diyaframlar, ölçülen ortama kimyasal olarak dayanıklı ve mekanik aşınmaya dayanıklı malzemelerden yapılır. Diyaframın yanı sıra, boru hattında daha az hidrolik direnç oluşturan standart daraltma cihazları olarak bir Venturi nozulu ve bir Venturi borusu da kullanılır.

Değişken basınçlı diferansiyel akış ölçerin ağzı, akış hızının bir diferansiyel basınca dönüştürüldüğü bir birincil dönüştürücüdür.

Diferansiyel basınç göstergeleri, değişken basınçlı debimetreler için ara dönüştürücüler olarak hizmet eder. Diferansiyel basınç göstergeleri, darbe tüpleri ile daraltma cihazına bağlanır ve ona yakın bir yere kurulur. Bu nedenle, değişken basınç debimetreleri genellikle ölçüm sonuçlarını operatör kalkanına iletmek için bir ara dönüştürücü ile donatılmış fark basınç göstergelerini kullanır (örneğin, diyaframlı diferansiyel basınç göstergeleri DM).

Basınç ve seviye ölçümünde olduğu gibi, diferansiyel basınç göstergelerini ölçülen ortamın agresif etkilerinden korumak için ayırma kapları ve membranlı ayırıcılar kullanılır.

Değişken basınç düşüşü sayaçlarının birincil dönüştürücülerinin bir özelliği, basınç düşüşünün akış hızına ikinci dereceden bağımlılığıdır. Akış ölçerin ölçüm cihazının okumalarının akış hızına doğrusal olarak bağlı olması için, değişken basınçlı akış ölçerlerin ölçüm devresine bir doğrusallaştırma dönüştürücüsü yerleştirilir. Böyle bir dönüştürücü, örneğin, ara dönüştürücü NP-PZ'deki bir doğrusallaştırma bloğudur. Bir diferansiyel basınç göstergesinin bir ölçüm cihazıyla (örneğin, KSD) doğrudan bağlantısıyla, ikinci dereceden karakteristikli bir model kullanılarak cihazın kendisinde doğrusallaştırma gerçekleştirilir.

Sabit Fark Basınç Debimetreleri

Bir sıvının veya gazın akış hızı, sabit bir diferansiyel basınçta da ölçülebilir. Delikten geçen akış hızı değiştiğinde sabit bir basınç düşüşünü korumak için akış bölümünün alanını otomatik olarak değiştirmek gerekir. En kolay yol, rotametredeki akış alanını otomatik olarak değiştirmektir.

Rotametre, bir şamandıra içeren dikey bir konik tüptür. Rotametreden aşağıdan yukarıya doğru geçen ölçülen akış Q, şamandıradan önce ve sonra bir basınç farkı yaratır. Bu basınç farkı, şamandıranın ağırlığını dengeleyen bir kaldırma kuvveti yaratır.

Rotametreden geçen akış değişirse, basınç düşüşü de değişecektir. Bu, kaldırmada bir değişikliğe ve sonuç olarak şamandırada bir dengesizliğe yol açacaktır. Şamandıra karıştırmaya başlayacaktır. Ve rotametrenin borusu konik olduğundan, şamandıra ile boru arasındaki boşluktaki akış bölümünün alanı değişecek, sonuç olarak basınç düşüşü ve dolayısıyla kaldırma kuvveti değişecektir. Basınç farkı olduğunda ve kaldırma kuvveti tekrar önceki değerlere dönecek, şamandıra dengelenecek ve duracaktır.

Böylece, Q rotametresinden geçen akışın her değeri, şamandıranın belirli bir konumuna karşılık gelir. Konik bir boru için, onunla şamandıra arasındaki halka şeklindeki boşluğun alanı, yükselişinin yüksekliğiyle orantılı olduğundan, rotametre ölçeği tekdüzedir.

Endüstri, cam ve metal borulu rotametreler üretmektedir. Cam tüplü rotametrelerde ölçek doğrudan tüpün yüzeyine basılır. Metal bir borudaki bir şamandıranın konumunun uzaktan ölçümü için, birleşik bir elektrik veya pnömatik sinyalde ara doğrusal yer değiştirme dönüştürücüler kullanılır.

Elektrik çıkış sinyali olan rotametrelerde, diferansiyel transformatör transdüserinin pistonu şamandıra ile birlikte hareket eder. Pnömatik çıkış sinyali olan rotametrelerde, şamandıranın konumunu vericiye iletmek için manyetik bir kuplaj kullanılır. iki oluşur kalıcı mıknatıslar. Biri - çift - şamandıra ile birlikte hareket eder, diğeri, basınçlı hava basınç dönüştürücüsüne yer değiştirme koluna monte edilmiş, ilk mıknatıstan sonra kol ile birlikte hareket eder.

Son derece agresif ortamların akışını ölçmek için rotametreler de mevcuttur. Rotametreler, buharlı ısıtma için bir ceket ile birlikte verilir. Kristalleşen ortamın akışını ölçmek için tasarlanmıştır.

Değişken Seviyeli Debimetreler

Hidrolikten, sıvı tankın altındaki delikten serbestçe akıyorsa, akış hızı Q ile tanktaki H seviyesinin birbirine bağlı olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, tanktaki seviyeye göre, ondan gelen akışı değerlendirebilirsiniz.

Bu ilke, değişken seviyeli akış ölçerlerin çalışmasının temelidir. Buradaki birincil dönüştürücünün rolünün, tankın kendisi tarafından altta bir delik olduğu açıktır. Böyle bir dönüştürücünün çıkış sinyali, tanktaki seviyedir. Bu nedenle, dikkate alınan seviye göstergelerinden herhangi biri, değişken seviyeli akış ölçerin ölçüm devresinin bir ara dönüştürücüsü olarak hizmet edebilir.

Değişken seviye ölçerler, atmosfer basıncında tanklara boşaltıldıklarında agresif ve kirli sıvıların akışını ölçmek için yaygın olarak kullanılır.

Elektromanyetik akış ölçerler

Elektromanyetik akış ölçerlerin çalışması yasaya dayanmaktadır. elektromanyetik indüksiyon, buna göre bir manyetik alanda hareket eden bir iletkende e indüklenecektir. d.s., iletkenin hızıyla orantılıdır. Elektromanyetik akış ölçerlerde, bir iletkenin rolü, boru hattı 1 içinden akan ve bir elektromıknatısın 2 manyetik alanını 3 geçen elektriksel olarak iletken bir sıvı tarafından gerçekleştirilir. Bu durumda, sıvıda bir e indüklenecektir. d.s. U, hareketinin hızıyla orantılıdır, yani sıvının akış hızı.

Böyle bir birincil dönüştürücünün çıkış sinyali, boru hattı duvarına yerleştirilmiş iki yalıtılmış elektrot 4 ve 6 tarafından alınır. Elektrotların her iki tarafındaki boru hattı bölümü, indüklenen e'nin şöntlenmesini önlemek için elektrik yalıtımı 7 ile kaplanmıştır. d.s. sıvı ve boru hattı duvarından.

Elektromanyetik akış ölçerler için ölçülen ortamın agresiflik derecesi, borunun yalıtım malzemesi ve birincil dönüştürücünün elektrotları tarafından belirlenir. Akış ölçerlerde bu amaçla kauçuk, aside dayanıklı emaye ve floroplastik kullanılmaktadır. Agresif ortamlara karşı en dirençli olanı, floroplastik yalıtım kaplaması ve grafitleştirilmiş floroplast elektrotları olan bir akış ölçerdir.

Debimetrelerin çalışması sırasında en az haftada bir olmak üzere periyodik olarak cihazın sıfır ve kalibrasyonu kontrol edilmelidir. Birincil dönüştürücüyü kontrol etmek için ölçülen sıvı ile doldurulur. Daha sonra ölçüm ünitesinin ön panelinde bulunan çalışma modu anahtarı “Ölçüm” konumuna getirilir ve “Sıfır” potansiyometresi ile ölçüm cihazının ibresi sıfırlanır. Anahtar "Kalibrasyon" konumuna getirildiğinde cihazın oku %100'de durmalıdır. Aksi takdirde ok, "Kalibrasyon" potansiyometresi tarafından bu işarete getirilir.

Elektromanyetik akış ölçerlerin ayırt edici bir özelliği, bölgede ek basınç kayıplarının olmamasıdır. ölçümler. Bunun nedeni, boruya çıkıntı yapan parçaların olmamasıdır. Bu tür akış ölçerlerin özellikle değerli bir özelliği, diğer akış ölçer türlerinin aksine, agresif, aşındırıcı ve viskoz sıvıların ve bulamaçların akış hızını ölçme yeteneğidir.

Ultrasonik akış ölçerler

Bu akış ölçerlerin çalışması, ultrasonun sıvı içinde yayılma hızının ve sıvı akışının kendisinin hızının eklenmesine dayanır. Akış ölçerin ultrasonik darbelerinin vericisi ve alıcısı, boru hattının ölçüm bölümünün uçlarında bulunur. Elektronik ünite, bir darbe üreteci ve darbenin verici ile alıcı arasındaki mesafeyi kat etmesi için bir zaman ölçer içerir.

Çalışmaya başlamadan önce, debi ölçer, debisi ölçülecek olan sıvı ile doldurulur ve darbenin bu mesafeyi durgun bir ortamda kat etmesi için geçen süre belirlenir. Akış hareket ettiğinde, hızı ultrason hızıyla artacak ve bu da nabız seyahat süresinde bir azalmaya yol açacaktır. Blokta birleşik bir akım sinyaline dönüştürülen bu sefer, akış hızı ne kadar küçükse, yani Q tüketimi o kadar büyük olacaktır.

Ultrasonik akış ölçerler, elektromanyetik akış ölçerlerle aynı avantajlara sahiptir ve ayrıca iletken olmayan sıvıların akışını da ölçebilirler.

girdap metre

Bu tür akış ölçerlerin çalışması, bir akış aerodinamik olmayan bir gövdeyle karşılaştığında girdapların oluşmasına dayanır. Akış ölçerin çalışması sırasında, girdaplar, akış boyunca yer alan gövdenin karşıt taraflarından dönüşümlü olarak ayrılır. Girdap ayırma frekansı, akış hızıyla, yani hacimsel akış hızı Q ile doğru orantılıdır. Girdap bölgesinde akış hızı artar ve basınç düşer. Bu nedenle, girdapların oluşum frekansı, örneğin elektrik çıkışı bir frekans ölçere beslenen bir basınç göstergesi ile ölçülebilir.

Termal akış ölçerler

Termal akış ölçer, ölçülen akışla birlikte borunun 4 dışına monte edilen bir ısıtıcı 1 ve iki sıcaklık sensöründen 2 ve 3 oluşur. saat sabit güçısıtıcı, akış tarafından ondan alınan ısı miktarı da sabit olacaktır. Bu nedenle, akış hızı Q'daki bir artışla, sıcaklık sensörleri 3 ve 2 tarafından ölçülen sıcaklık farkı tarafından belirlenen akışın ısınması azalacaktır. Yüksek akış hızlarını ölçmek için, tüm akış Q ölçülür, ancak yalnızca 4. borudan geçirilen kısım Q1. Bu boru, bir boğucu 6 ile donatılmış boru hattının 5. bölümünü şönt eder akış hızı ölçülebilir (aynı ısıtıcı gücünde).

Türbin metre

Bu tür akış ölçerlerde ölçülen akış, yataklarda dönen bir çarkı çalıştırır. Çarkın dönüş hızı, akış hızı, yani akış hızı Q ile orantılıdır. Çarkın dönüş hızını ölçmek için, muhafazası manyetik olmayan bir malzemeden yapılmıştır. Muhafazanın dışına bir diferansiyel transformatör konvertörü monte edilmiştir ve türbin kanatlarından birinde bir ferromanyetik malzemeden bir kenar yapılmıştır. Bu kanat dönüştürücünün yanından geçtiğinde, endüktif reaktansı değişir ve Q akış hızıyla orantılı bir frekansla, sekonder sargılardaki U out gerilimi değişir. Ölçü aleti Böyle bir akış ölçer, voltaj değişimlerinin frekansını ölçen bir frekans ölçerdir.

Hız sayaçları

Bu sayaçlar tasarım olarak türbin debimetrelerine benzer. Aralarındaki fark, türbinin dönüş hızının akış ölçerlerde ölçülmesi ve devir sayısının metre cinsinden ölçülmesi ve daha sonra sayaçtan geçen sıvı miktarına dönüştürülmesidir. bizi ilgilendiren zaman aralığı, örneğin, aylık.

Gazlar ve kristaller arasında bir ara pozisyon işgal eden sıvı, bu cisimlerin her iki tipinin özelliklerini birleştirir..

1. Katı, sıvı gibi biraz sıkıştırılabilir Moleküllerin yoğun dizilişi nedeniyle. (Ancak, su sıkışmadan tamamen kurtulabilseydi, o zaman dünya okyanusundaki su seviyesi 35 m yükselir ve su 5.000.000 km2 araziyi sular altında bırakırdı.)

2. Katı, sıvı gibi hacim tasarrufu sağlar ama gaz gibi gemi şeklini alır .

3. kristaller için tipik uzun menzilli sipariş atomların dizilişinde (kristal kafes), gazlar için- tam dolu kaos. sıvı için ara durum var kısa menzilli sipariş , yani sadece en yakın moleküllerin dizilimi düzenlenir. Bu molekülden 3-4 etkin moleküler çap mesafesinde uzaklaşıldığında sıra bulanıklaşır. Bu nedenle sıvılar çok küçük kristallerden (yaklaşık 10  9 m), keyfi olarak birbirine göre yönlendirilmiş. Bu nedenle, çoğu sıvının özellikleri her yönde aynıdır (ve kristallerde olduğu gibi anizotropi yoktur).

4. Çoğu sıvı artan sıcaklıkla katılar gibi seslerini artırmak , yoğunluğunu azaltırken (kritik bir sıcaklıkta, bir sıvının yoğunluğu, buharının yoğunluğuna eşittir). su farklı tanınmış anomali , +4 С'de suyun maksimum yoğunluğa sahip olması gerçeğinden oluşur. Bu anormallik, su moleküllerinin kısmen birkaç molekülden (kümeler) oluşan ve kendine özgü büyük moleküller oluşturan gruplar halinde bir araya gelmesiyle açıklanır. H 2 Ö, (H 2 Ö) 2 , (H 2 Ö) 3 … farklı yoğunlukta. Farklı sıcaklıklarda, bu molekül gruplarının konsantrasyonlarının oranı farklıdır.

Mevcut amorf cisimler (cam, kehribar, reçineler, bitüm...), genellikle çok yüksek viskoziteye sahip aşırı soğutulmuş sıvılar olarak kabul edilir. Her yönde aynı özelliklere sahiptirler (izotropik), parçacıkların düzenlenmesinde kısa menzilli düzendedirler, erime noktaları yoktur (ısıtıldığında, madde yavaş yavaş yumuşar ve sıvı hale geçer).

Teknolojide kullanılır manyetik sıvılar - bunlar, katı bir ferromanyetik malzemenin (örneğin, Fe 2 Ö 3). Manyetik sıvının hareketi ve viskozitesi bir manyetik alan tarafından kontrol edilebilir. güçlü manyetik alanlar manyetik sıvı anında sertleşir.

Molekülleri filamentli veya düz plakalar biçimindeki bazı organik maddeler, hem anizotropi hem de akışkanlık özelliklerine sahip özel bir durumda olabilir. Onlar aranmaktadır sıvı kristaller . Bir sıvı kristalin moleküllerinin yönünü değiştirmek için (bu durumda şeffaflığı değişir), entegre devrelerden doğrudan sinyal temini ile sağlanabilen yaklaşık 1 V'luk bir voltaj ve mikrowatt mertebesinde bir güç gereklidir. ek amplifikasyon olmadan. Bu nedenle, sıvı kristaller elektronik saat göstergelerinde, hesap makinelerinde ve ekranlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Donarken suyun hacmi %11 artar ve su kapalı bir alanda donarsa 2500 atmosferlik bir basınca ulaşılabilir (su boruları, kayalar tahrip olur...).

para çekme En büyüklerinden biri: 1) dielektrik sabiti(bu nedenle su iyi bir çözücüdür, özellikle iyonik bağları olan tuzlar - tüm periyodik tablo Dünya Okyanusunda bulunur); 2) füzyon ısısı(ilkbaharda karın yavaş erimesi); 3) sıcaklık buharlaşma; 4) yüzey gerilimi; 5) ısı kapasitesi(ılıman kıyı iklimi).

var ışık (1 gr/cm3) ve ağır (1.106 g/cm3) su . Hafif su ("canlı") - biyolojik olarak aktif - protium oksittir H 2 Ö. Ağır su ("ölü") - organizmaların hayati aktivitesini bastırır - döteryum oksittir D 2 Ö. Protium (1 amu), döteryum (2 amu) ve trityum (3 amu) hidrojen izotoplarıdır. Ayrıca 6 oksijen izotopu vardır: 14'ten Ö 19'a kadar Ö bir su molekülünde bulunabilir.

Su arıtımında manyetik alan özellikleri değişir: katıların ıslanabilirliği değişir, çözünmeleri hızlanır, çözünmüş gazların konsantrasyonu değişir, buhar kazanlarında kireç oluşumu önlenir, betonun sertleşmesi 4 kat hızlandırılır ve mukavemeti %45 artar, insanlar (manyetik bilezikler ve küpeler, manyetoforlar vb.) ve bitkiler (çimlenme ve mahsul verimi artar) üzerinde biyolojik bir etki.

gümüş su su gümüş iyonları tarafından mikroplardan ve bakterilerden nötralize edildiğinden uzun süre (yaklaşık altı ay) saklanabilir (astronotikte, gıda konservesinde, havuzlarda suyu dezenfekte etmek için, tıbbi amaçlar için gastrointestinal hastalıkları önlemek ve bunlarla mücadele etmek için kullanılır ve inflamatuar süreçler).

İçme suyu dezenfeksiyonu şehir su borularında suyun klorlanması ve ozonlanması ile gerçekleştirilir. Ultraviyole radyasyon ve ultrason kullanarak fiziksel dezenfeksiyon yöntemleri de vardır.

Gazların çözünürlüğü Sudaki sıcaklık, basınca, tuzluluğa, sulu çözeltideki diğer gazların varlığına bağlıdır. 0 С'de 1 litre suda aşağıdakiler çözülebilir: helyum - 10 ml, karbon dioksit - 1713 ml, hidrojen sülfür - 4630 ml, amonyak - 1300000 ml (amonyak). Büyük derinliklere dalarken, tüplü dalgıçlar özel solunum karışımları kullanırlar, böylece yükseldiklerinde içindeki nitrojenin çözünmesi nedeniyle "karbonatlı kan" almazlar.

Herşey canlı organizmalar%60-80 su. İnsan ve hayvanların kanı, tuz bileşiminde okyanus suyuna benzer. İnsan ve hayvanlar vücutlarında suyu sentezleyebilir, gıda ürünlerinin ve dokuların yanması sırasında oluşturabilir. Örneğin bir devede hörgücün içerdiği yağ oksidasyon sonucu 40 litre su verebilir.

saat elektroliz iki tür su elde edilebilir: 1) antiseptik olarak işlev gören asidik su (“ölü”) (asidik mide suyunda kaç patojenik mikropun öldüğüne benzer); 2) biyolojik süreçleri aktive eden (verimliliği artıran, yaraları daha hızlı iyileştiren vb.) alkali su (“canlı”).

Suyun diğer özelliklerini (yapılandırılmış, enerji bilgilendirici vb.) İnternetten öğrenebilirsiniz.

TRIZ görevi 27. Su işçisi

Çoğu zaman, çeşitli mekanizmalar "katı hal" özelliğine sahiptir. çalışma organları. Çalışma gövdesinin su (sıvı) olduğu teknik cihazlara örnekler verin. Böyle bir çalışma organı hangi teknik sistemlerin gelişim yasalarına karşılık gelir?

TRIZ görevi 28. Bir elek içinde su

ünlü problemde elek içinde su nasıl taşınır? açık bir ifade var fiziksel çelişki: Elekte dökme katıların elenmesi için delikler olmalı ve suyun dışarı akmaması için delik olmamalıdır. Bu sorunun olası çözümlerinden biri Ya.I. Perelman, elek ağının suyla ıslanmaması için eleğin erimiş parafine indirilmesinin önerildiği "Eğlenceli Fizik" te. Temelli teknik ortadan kaldırmak için teknikler ve fiziksel çelişkiler Bu sorunu çözmek için 10-20 başka yol önerin.

Kısa menzilli düzen (akışkanlık, sıkıştırılamazlık, yarı kristallik, moleküllerin potansiyel enerjisi).

yüzey gerilimi.

Kavisli bir yüzeyin altındaki basınç.

ıslatma.

kılcal fenomen.

Yüzey gerilimi.

Bir sıvının içindeki bir molekülün potansiyel enerjisi, sıvının dışındakinden daha azdır. Yüzey tabakası farklı koşullardadır. Molekülleri yüzeye aktarmak için belirli bir potansiyel engelin aşılması gerekir.

r- moleküler etki yarıçapı (moleküler etki alanı).

Sıvı içinde ortaya çıkan kuvvet 0'dır. Gazın yüzeyinde - etkisi ihmal edilebilir. Ortaya çıkan kuvvet azalır. Sıvının yüzeyine yakın bulunan tüm katman, normal olarak sıvıya yönlendirilen kuvvetlere maruz kalır. Yüzey tabakası sıvı - moleküler basınca basınç uygular.

Dış kuvvetlerin etki etmediği sıvı kütlesi küresel bir şekil almalıdır. Tümünden geometrik cisimler Küre, belirli bir hacim için en küçük yüzey alanına sahiptir. Bir sıvının yüzeyi gerilmiş bir film gibidir. Bir filmi germek için normal olarak sınırına bir kuvvet uygulanmalıdır. Yüzey gerilimi kuvveti olarak adlandırılan sıvının yüzeyine teğet. Bu kuvvetler ne kadar büyükse, film sınırının uzunluğu o kadar uzun olur:

- yüzey gerilimi katsayısı. İTİBARENTve

. saatT

T Girit.

0 . İzin vermek

- bir platform.

- gücünü geliştirmek için çalışmakF.

sonra

Bu çalışma filmin enerjisini artırmaya gidiyor:

Yüzey gerilimi enerjisi.

Enerji - bir parçasıdır içsel enerji izotermal bir işlem sırasında işe dönüştürülen film.

Bedava enerji

Yüzey gerilimi şunları açıklar: damlacık oluşumu:

Bir damla için:

Kavisli yüzey altındaki basınç

Düz bir kontura dayalı olarak sıvının yüzeyini düşünün.

Sıvının yüzeyi düz değilse, büzülme eğilimi, düz sıvıya göre basıncın eklenmesine yol açacaktır.

Dışbükey yüzey durumunda bu basınç pozitif, içbükey yüzey durumunda negatiftir.

hesaplama

küresel bir sıvı yüzey için.

Yüzey gerilimi nedeniyle, her iki yarım küre de çekilir.

Bu kuvvetler yüzeyde her iki yarım küreyi de bastırır ve ek basınca neden olur:

Yüzey eğriliği:

Geometride, herhangi bir karşılıklı dik kesit çiftinin karşılıklı eğrilik yarıçaplarının yarım toplamının aynı değere sahip olduğu kanıtlanmıştır. H :

Küre için: R 1 = R 2 = R :

Laplace, eğer H, ek basıncın belirlendiği noktada yüzeyin ortalama eğriliği anlamına geliyorsa, formüllerin herhangi bir şekildeki bir yüzey için geçerli olduğunu kanıtladı.

Ortalama eğrilik

Laplace formülü

Ek basınç, bazen kılcal basınç olarak adlandırılan dar tüplerdeki (kılcal damarlar) sıvı seviyesini değiştirir.

Küçük cisimlerin yüzeyde yüzmesi Laplace basıncı ile açıklanır.

ıslatma

Sıvı-katı sınırındaki olayları ele alırken, iki maddenin toplam yüzey enerjisini dikkate almak gerekir.

Üç madde sınır ise: sıvı, katı ve gaz. Sonra tüm yapılandırma karşılık gelir minimum toplam enerji (yüzey, sıvı alanda).

Bir katının yüzeyi ile sıvıya teğet arasındaki açı - kenar açısı.

Eğer bir π/2'den daha az sıvı vücudu ıslatır.

Eğer bir π/2'den fazla sıvı vücudu ıslatmaz.

saat sıfır toplam ıslatma.

saat

tam ıslanmama.

Islatmama, meraklı fenomenlere yol açabilir: bir iğne yağa batmaz. Aynı şekilde elek su ile ıslanmıyorsa (elek iplerini parafinle kaplayın), çok su yoksa elek içinde su taşıyabilirsiniz.

kılcal fenomen

Temas açısının varlığı, kabın duvarlarına yakın sıvı yüzeyinin eğriliğine yol açar. Dar bir kılcal boruda, yüzey kavisli hale gelir.

Sıvı yüzeyi ıslatır:

Sıvı ıslanmazsa:

Sıvının yüzeyi eğri ise, yüzey gerilimi kuvvetleri sıvı üzerinde ek basınç oluşturur:

Böylece, toplam basınç eşittir:

kapiler, Laplacian basıncı.

Kapiler bir ucu sıvıya daldırılırsa, kapiler ıslandığında sıvı seviyesi kaptaki seviyeden daha yüksek, ıslanmadığında ise daha düşük olacaktır.

Dar borularda seviye yüksekliği değişimi - kılcallık.

kılcal damarlar ise yuvarlak bölüm, sonra:

ve

Kılcal küçük ise, tam ıslanma ile

:

R = r

Sıvı - katı ve gaz arasındaki ara maddenin toplanma durumu. Sıvılar, katıların doğal özelliklerine sahiptir - hacimlerini korumak, bir yüzey oluşturmak, şeffaflık, gerilme mukavemeti. Gazlar: Damar şeklini alır, sıçramadan sürekli gaza dönüşür.

Sadece ona özgü bir takım özellikler: Özellik - akışkanlık. Sıvılar neredeyse sıkıştırılamaz. ile sıvı testi röntgen gösterdi iç yapı katıların yapısıyla çok ortak noktaları vardır.

Sıvı parçacıkların dizilişinde, kısa menzilli sipariş .

sıvı hal gaz ve kristal arasında bir ara maddedir. Bazı özelliklere göre sıvılar gazlara, diğerlerine göre katılara yakındır.

Sıvıları gazlara yaklaştırır, her şeyden önce, izotropileri ve akışkanlıkları. İkincisi, sıvının şeklini kolayca değiştirme yeteneğini belirler.

Bununla birlikte, sıvıların yüksek yoğunluğu ve düşük sıkıştırılabilirliği onları birbirine yaklaştırmaktadır. katılara.

Sıvı mekanik özellikleri tespit edebilir, sağlam bir gövdenin doğasında var olan. Kuvvetin sıvıya etki süresi kısa ise sıvı elastik özellik gösterir. Örneğin, bir sopa suyun yüzeyine sert bir şekilde vurulursa, sopa elden fırlayabilir veya kırılabilir.

Bir taş öyle bir şekilde atılabilir ki, suyun yüzeyine çarptığında sekerek sudan seker ve ancak birkaç sıçrama yaptıktan sonra suda batar.

Sıvıya maruz kalma süresi büyükse, esneklik yerine, sıvı akışı. Örneğin, el suya kolayca nüfuz eder.

Sıvıların şekillerini kolayca değiştirebilme yeteneği, içlerinde moleküller arası etkileşimin sert kuvvetlerinin olmaması .

Aynı zamanda, belirli bir sıcaklıkta sabit bir hacmi koruma yeteneğini belirleyen sıvıların düşük sıkıştırılabilirliği, varlığını gösterir. katı olmasa da, yine de önemli etkileşim kuvvetleri parçacıklar arasında.

Potansiyel ve kinetik enerji oranı

Herkes için toplama durumu karakteristik özelliği, maddenin parçacıklarının potansiyel ve kinetik enerjileri arasındaki ilişkidir.

Katı gövdeler için ortalama potansiyel enerji parçacıklar ortalama kinetik enerjilerinden daha büyüktür. Bu nedenle, katılarda parçacıklar birbirine göre belirli konumları işgal eder ve yalnızca bu konumlara göre salınım yapar.

gazlar için enerji oranı tersine çevrilir, bunun sonucunda gaz molekülleri her zaman kaotik bir hareket halindedir ve moleküller arasında pratik olarak hiçbir kohezyon kuvveti yoktur, böylece gaz her zaman kendisine sağlanan tüm hacmi kaplar.

Sıvılar söz konusu olduğunda parçacıkların kinetik ve potansiyel enerjileri yaklaşık olarak aynıdır, yani. parçacıklar birbirine bağlıdır, ancak katı değildir. Bu nedenle sıvılar akışkandır, ancak belirli bir sıcaklıkta sabit bir hacme sahiptir.

Bir sıvı oluşturan parçacıkların etkileşimi

Sıvı moleküller arasındaki mesafeler moleküler etki yarıçapından daha azdır.

Bir sıvı molekülün etrafında bir moleküler eylem küresi tanımlanırsa, bu kürenin içinde molekülümüzle etkileşime girecek birçok başka molekülün merkezleri olacaktır. Bu etkileşim kuvvetleri molekülü tut sıvı yaklaşık olarak geçici denge konumuna yakın 10 -12 – 10 -10 sn, bundan sonra atlar yeni geçici pozisyon kendi çapına göre denge.

Sıçramalar arasında, sıvı moleküller geçici bir denge pozisyonu etrafında salınır.

Molekülün bir konumdan diğerine atlaması arasındaki süreye ne ad verilir? yerleşik yaşam zamanı. Bu süre sıvının türüne ve sıcaklığa bağlıdır. Bir sıvı ısıtıldığında, moleküllerin yerleşik ömrünün ortalama süresi azalır.

Yerleşik yaşam döneminde (yaklaşık 10 -11 sn) sıvı moleküllerin çoğu denge konumlarında tutulur ve sadece küçük bir bölümünün bu süre içinde yeni bir denge konumuna hareket etme zamanı vardır.

Daha uzun bir süre boyunca, sıvı moleküllerin çoğunun yerlerini değiştirmek için zamanları olacak.

Sıvı moleküller neredeyse birbirine yakın yerleştirildiğinden, yeterince büyük bir kinetik enerji, en yakın komşularının çekiciliğini yenebilseler ve etki alanlarını terk edebilseler de, diğer moleküllerin etki alanına girecek ve kendilerini bulacaklardır. yeni bir geçici denge konumunda.

Sadece sıvının serbest yüzeyinde bulunan moleküller sıvının dışına uçabilir, bu da sıvının sürecini açıklar. buharlaşma.

Bir sıvıda çok küçük bir hacim izole edilirse, yerleşik yaşam süresi boyunca içinde bulunur. Moleküllerin sıralı dizilimi bir katının kristal kafesindeki konumlarına benzer. Sonra parçalanır, ancak başka bir yerde ortaya çıkar. Böylece, sıvının kapladığı tüm alan, olduğu gibi, bir kümeden oluşur. kristal çekirdekler, ancak kararlı değildir, yani. bazı yerlerde parçalanır, ancak bazılarında yeniden ortaya çıkar.

Sıvıların ve amorf cisimlerin yapıları benzerdir.

Yöntemlerin sıvılara uygulanması sonucunda yapısal Analiz belirledi sıvılar yapı olarak amorf cisimlere benzer. Çoğu sıvıda, kısa menzilli düzen gözlenir - her molekül için en yakın komşuların sayısı ve bunların karşılıklı düzenleme sıvının hacmi boyunca yaklaşık olarak aynıdır.

Parçacık sırası derecesi farklı sıvılar farklıdır. Ayrıca sıcaklıkla değişir.

Düşük sıcaklıklarda belirli bir maddenin erime noktasını biraz aşan, belirli bir sıvının parçacıklarının düzenlenmesindeki düzen derecesi yüksektir.

Sıcaklık arttıkça düşer ve ısındıkça sıvının özellikleri giderek gazın özelliklerine yaklaşır. Kritik sıcaklığa ulaşıldığında sıvı ve gaz ayrımı ortadan kalkar.

Sıvıların ve amorf cisimlerin iç yapısındaki benzerlik nedeniyle, ikincisi genellikle çok yüksek viskoziteye sahip sıvılar olarak kabul edilir ve yalnızca kristal haldeki maddeler katı olarak sınıflandırılır.

Amorf cisimler sıvılara benzetilirken unutulmamalıdır ki; amorf cisimler sıradan sıvılardan farklı olarak, parçacıkların hafif bir hareketliliği vardır - kristallerde olduğu gibi.

AT Gündelik Yaşam sürekli olarak maddenin üç hali ile karşı karşıyayız - sıvı, gaz ve katı. Katıların ve gazların ne olduğu konusunda oldukça net bir fikrimiz var. Bir gaz, her yöne rastgele hareket eden bir molekül topluluğudur. Katı bir cismin tüm molekülleri karşılıklı düzenlemelerini korur. Sadece hafif titreşimler yaparlar.

Sıvı bir maddenin özellikleri

Sıvı maddeler nelerdir? Ana özellikleri, kristaller ve gazlar arasında bir ara konum işgal ederek bu iki durumun belirli özelliklerini birleştirmeleridir. Örneğin, sıvılar için olduğu kadar katılar için de hacmin varlığı karakteristiktir. Ancak aynı zamanda gazlar gibi sıvı maddeler de bulundukları kabın şeklini alırlar. Birçoğumuz kendi biçimlerinin olmadığına inanıyoruz. Ancak öyle değil. Herhangi bir sıvının doğal şekli bir küredir. Yerçekimi genellikle bu şekli almasını engeller, bu nedenle sıvı ya bir kap şeklini alır ya da yüzeye ince bir tabaka halinde yayılır.

Özellikleri açısından, bir maddenin sıvı hali, ara konumu nedeniyle özellikle karmaşıktır. Arşimet zamanından beri (2200 yıl önce) incelenmeye başlandı. Bununla birlikte, sıvı bir maddenin moleküllerinin nasıl davrandığının analizi hala uygulamalı bilimin en zor alanlarından biridir. Hala genel kabul görmüş ve tamamen tamamlanmış bir sıvı teorisi yoktur. Ancak, davranışları hakkında kesinlikle bir şeyler söyleyebiliriz.

Bir sıvıdaki moleküllerin davranışı

Sıvı, akabilen bir şeydir. Kısa menzilli düzen, parçacıklarının düzeninde gözlenir. Bu, herhangi bir parçacığa göre ona en yakın komşuların konumunun sıralandığı anlamına gelir. Ancak, diğerlerinden uzaklaştıkça, onlara göre konumu giderek daha az düzenli hale gelir ve sonra düzen tamamen ortadan kalkar. Sıvı maddeler, katılara göre çok daha serbest (ve hatta gazlarda daha serbest) hareket eden moleküllerden oluşur. Belli bir süre için, her biri komşularından uzaklaşmadan önce bir yöne, sonra diğerine koşar. Ancak zaman zaman sıvı bir molekül ortamdan kopar. Başka bir yere taşınarak yeni bir yere gelir. Burada yine belirli bir süre için salınım benzeri hareketler yapar.

Ya. I. Frenkel'in sıvıların çalışmasına katkısı

Bir Sovyet bilim adamı olan Ya. I. Frenkel, sıvı maddeler gibi bir konuya ayrılmış bir dizi sorunun geliştirilmesine büyük katkılarda bulunmuştur. Kimya, keşifleri sayesinde büyük ölçüde ilerledi. Sıvılardaki termal hareketin aşağıdaki karaktere sahip olduğuna inanıyordu. Belirli bir süre için her molekül denge pozisyonu etrafında salınım yapar. Bununla birlikte, zaman zaman yerini değiştirerek, bir öncekinden yaklaşık olarak bu molekülün kendisi kadar bir mesafe ile ayrılan yeni bir konuma aniden hareket eder. Başka bir deyişle, sıvının içinde moleküller hareket eder, ancak yavaştır. Bazen belirli yerlerin yakınında kalırlar. Sonuç olarak, hareketleri gazdaki ve katı cisimdeki hareketlerin bir karışımı gibidir. Bir yerdeki salınımlar bir süre sonra yerini bir yerden bir yere serbest geçişle değiştirir.

sıvı basıncı

Sıvı maddenin bazı özellikleri, onlarla sürekli etkileşim nedeniyle bizim tarafımızdan bilinmektedir. Dolayısıyla, günlük yaşam deneyiminden, onunla temas eden katı cisimlerin yüzeyinde belirli kuvvetlerle hareket ettiğini biliyoruz. Bunlara güç denir.

Örneğin bir musluğu parmakla açıp suyu açarken parmağımıza nasıl bastığını hissederiz. Ve dalıp giden yüzücü büyük derinlik, yanlışlıkla kulak ağrısı yaşamamak. olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır. kulak zarı kulak basınç kuvvetlerinden etkilenir. Su sıvı bir maddedir, bu nedenle tüm özelliklerine sahiptir. Denizin derinliklerinde suyun sıcaklığını ölçmek için sıvının basıncıyla ezilemeyecek kadar güçlü termometreler kullanılmalıdır.

Bu basınç, sıkıştırmadan, yani sıvının hacmindeki bir değişiklikten kaynaklanmaktadır. Bu değişime göre esnekliğe sahiptir. Basınç kuvvetleri, esneklik kuvvetleridir. Bu nedenle, bir sıvı, onunla temas halinde olan cisimlere etki ederse, o zaman sıkıştırılır. Sıkıştırma sırasında bir maddenin yoğunluğu arttığından, sıvıların yoğunluktaki bir değişikliğe göre esnekliğe sahip olduğunu varsayabiliriz.

buharlaşma

Sıvı bir maddenin özelliklerini düşünmeye devam ederek buharlaşmaya dönüyoruz. Yüzeyine yakın ve doğrudan yüzey katmanı bu katmanın varlığını sağlayan güçler var. İçindeki moleküllerin sıvının hacmini terk etmesine izin vermezler. Bununla birlikte, termal hareket nedeniyle, bazıları oldukça yüksek hızlar geliştirir ve bu kuvvetlerin üstesinden gelmek ve sıvıyı terk etmek mümkün olur. Bu olaya buharlaşma diyoruz. Herhangi bir hava sıcaklığında gözlemlenebilir, ancak artmasıyla buharlaşma yoğunluğu artar.

yoğunlaşma

Sıvıyı terk eden moleküller, yüzeyine yakın boşluktan çıkarılırsa, sonunda hepsi buharlaşır. Onu terk eden moleküller uzaklaştırılmazsa buhar oluştururlar. Bir kez sıvının yüzeyine yakın alana buhar molekülleri çekilir ve bu işleme yoğuşma denir.

Bu nedenle moleküller uzaklaştırılmazsa buharlaşma hızı zamanla azalır. Buhar yoğunluğu daha da artarsa, geride kalan molekül sayısının artacağı bir duruma ulaşılır. kesin zaman sıvı, aynı zamanda kendisine dönen moleküllerin sayısına eşit olacaktır. Bu dinamik bir denge durumu yaratır. İçindeki buhara doymuş denir. Artan sıcaklıkla basıncı ve yoğunluğu artar. Ne kadar yüksekse, buharlaşma için yeterli enerjiye sahip sıvı moleküllerinin sayısı o kadar fazla olur ve yoğuşmanın buharlaşmaya eşit olması için buharın yoğunluğunun o kadar büyük olması gerekir.

Kaynamak

Sıvı maddelerin ısıtılması sürecinde, bir sıcaklığa ulaşıldığında, doymuş buharlar ile aynı basınca sahip dış ortam arasında bir denge kurulur. doymuş buhar ve sıvı. Sıvı ek bir miktar ısı verirse, karşılık gelen sıvı kütlesi hemen buhara dönüştürülür. Bu işleme kaynatma denir.

Kaynama, bir sıvının yoğun buharlaşmasıdır. Sadece yüzeyden değil, tüm hacmiyle de ilgilidir. Sıvının içinde buhar kabarcıkları belirir. Moleküllerin bir sıvıdan buhara geçebilmeleri için enerji kazanmaları gerekir. Sıvı içinde tutuldukları için çekim kuvvetlerinin üstesinden gelmek gerekir.

kaynama sıcaklığı

Bu, iki basıncın eşitliğinin gözlemlendiğidir - dış ve doymuş buharlar. Basınç arttıkça artar, azaldıkça azalır. Sıvıdaki basıncın kolonun yüksekliği ile değişmesi nedeniyle, içinde kaynama meydana gelir. çeşitli seviyeler de farklı sıcaklık. Kaynama sürecinde sıvının sadece yüzeyinin üzerinde belirli bir sıcaklık vardır. Sadece dış basınçla belirlenir. Kaynama noktasından bahsettiğimizde kastettiğimiz budur. Teknolojide, özellikle petrol ürünlerinin damıtılmasında yaygın olarak kullanılan farklı sıvılar için farklılık gösterir.

Gizli buharlaşma ısısı, dış basıncın doymuş buhar basıncıyla aynı olması durumunda, izotermal olarak tanımlanmış bir sıvı miktarını buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarıdır.

Sıvı filmlerin özellikleri

Sabunu suda eriterek köpük elde etmeyi hepimiz biliyoruz. Bu, sıvıdan oluşan en ince filmle sınırlanan çok sayıda kabarcıktan başka bir şey değildir. Ancak köpürme sıvısından ayrı bir film de elde edilebilir. Özellikleri çok ilginç. Bu filmler çok ince olabilir: en ince kısımlardaki kalınlıkları milimetrenin yüz binde birini geçmez. Ancak, buna rağmen bazen çok kararlıdırlar. Sabun filmi deformasyona ve esnemeye maruz kalabilir, bir su jeti onu bozmadan içinden geçebilir. Bu istikrar nasıl açıklanır? Bir filmin ortaya çıkması için, içinde çözünen maddelerin saf bir sıvıya eklenmesi gerekir. Ama hiçbiri değil, yüzey gerilimini önemli ölçüde azaltanlar.

Doğada ve teknolojide sıvı filmler

Teknolojide ve doğada, çoğunlukla tek tek filmlerle değil, onların bütünlüğü olan köpükle tanışıyoruz. Küçük akarsuların sakin suya düştüğü akarsularda sıklıkla gözlemlenebilir. Bu durumda suyun köpürme kabiliyeti, içinde bitki kökleri tarafından salgılanan organik maddenin varlığı ile ilişkilidir. Bu, doğal sıvı maddelerin nasıl köpürdüğüne bir örnektir. Ama teknoloji ne olacak? İnşaat sırasında, örneğin, köpüğü andıran hücresel bir yapıya sahip özel malzemeler kullanılır. Hafif, ucuz, yeterince güçlü, ses ve ısıyı zayıf iletirler. Bunları elde etmek için özel çözeltilere köpürtücü maddeler eklenir.

Çözüm

Böylece hangi maddelerin sıvı olduğunu öğrendik, sıvının maddenin gaz ile katı arasında bir ara hali olduğunu öğrendik. Bu nedenle, her ikisinin de özelliklerine sahiptir. Günümüzde teknoloji ve endüstride yaygın olarak kullanılan (örneğin likit kristal ekranlar), maddenin bu halinin en önemli örneğidir. Katıların ve sıvıların özelliklerini birleştirirler. Bilimin gelecekte hangi sıvı maddeleri icat edeceğini hayal etmek zor. Ancak maddenin bu halinde insanlığın yararına kullanılabilecek büyük bir potansiyel olduğu açıktır.

Sıvı halde meydana gelen fiziksel ve kimyasal süreçlerin dikkate alınmasında özellikle ilgi, insanın kendisinin Dünya'daki en yaygın sıvı olan suyun% 90'ından oluşması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. İçinde hem bitkide hem de hayvan dünyasında tüm hayati süreçler gerçekleşir. Bu nedenle, maddenin sıvı halini incelemek hepimiz için önemlidir.