Tlak u tekućini i plinu.

Plin pritišće stijenke posude u kojoj je zatvoren. Ako se malo napuhani balon stavi ispod staklenog zvona i ispumpa zrak ispod njega, balon će se napuhati. Što se dogodilo? Vani tlaka zraka gotovo da i nema, tlak zraka u balonu je uzrokovao njegovo širenje. Zaključak : plin vrši pritisak.

Dokažimo postojanje tlaka unutar tekućine.

Ulijte vodu u epruvetu čije je dno prekriveno gumenim filmom. Film je savijen. Zašto? Savija se pod težinom stupca tekućine. Stoga ovaj pokus potvrđuje postojanje tlaka unutar tekućine. Film se prestaje savijati. Zašto? Budući da je elastična sila gumenog filma uravnotežena silom gravitacije koja djeluje na vodu. Što će se dogoditi ako povećamo stupac tekućine? Što je veći stupac tekućine, to se film više spušta.

Zaključak : unutar tekućine postoji pritisak.

Kako se tlak plina objašnjava na temelju teorije molekularnog gibanja?

Pritisak plina i tekućine na stijenke posuda uzrokovan je udarima molekula plina ili tekućine.

Što određuje tlak u tekućini i plinu?

ovisni o pritisku od vrste tekućine ili plina; od njihove temperature . Kada se zagrije, molekule se kreću brže i jače udaraju o stijenku posude.

Što još određuje pritisak unutar njih?

Zašto istraživači oceanskih i morskih dubina ne mogu potonuti na dno bez posebnih aparata: batiskafa, batisfera?

Pokazuje čašu vode. Na tekućinu djeluje sila gravitacije. Svaki sloj svojom težinom stvara pritisak na druge slojeve.

Da bismo odgovorili na pitanje: o čemu još ovisi tlak u tekućini ili plinu, utvrdit ćemo empirijski.

(U učenici su podijeljeni u 4 grupe, eksperimentalno provjeravajući sljedeće odgovore na pitanja):

1. Je li tlak tekućine na istoj razini odozdo prema gore i odozgo prema dolje jednak?

2. Postoji li pritisak na bočnu stijenku posude?

3. Ovisi li tlak tekućine o njezinoj gustoći?

4. Ovisi li tlak tekućine o visini stupca tekućine?

Zadatak 1. grupe

Je li tlak tekućine na istoj razini odozdo prema gore i odozgo prema dolje jednak?

U epruvetu ulijte obojenu vodu. Zašto je film savijen?

Umočite epruvetu u posudu s vodom.

Pogledajte ponašanje gumenog filma.

Kad se film sredio?

Donesite zaključak: postoji li tlak unutar tekućine, je li tlak tekućine isti na istoj razini od vrha do dna i odozdo prema gore? Zapisati.

Zadatak 2. grupe

Postoji li pritisak na bočnu stijenku posude i je li isti na istoj razini?

Napunite bocu vodom.

Otvorite rupe u isto vrijeme.

Gledajte kako voda teče iz rupa.

Donesite zaključak: postoji li pritisak na bočni zid, je li isti na istoj razini?

Zadatak 3. grupe

Ovisi li tlak tekućine o visini stupa (dubini)?

Napunite bocu vodom.

Otvorite sve rupice na boci istovremeno.

Slijedite curke vode koja teče.

Zašto voda curi?

Donesite zaključak: ovisi li tlak u tekućini o dubini?

Zadatak 4. grupe

Ovisi li tlak o gustoći tekućine?

U jednu epruvetu ulijte vodu, a u drugu suncokretovo ulje, u jednakim količinama.

Savijaju li se filmovi na isti način?

Izvucite zaključak: zašto filmovi propadaju; Ovisi li tlak tekućine o njezinoj gustoći?

U čaše ulijte vodu i ulje.

Gustoća čista voda- 1000 kg / m 3. suncokretovo ulje- 930 kg / m 3.

Zaključci.

1 . Unutar tekućine postoji pritisak.
2 . Na istoj razini, isto je u svim smjerovima.
3 . Što je veća gustoća tekućine, to je veći njezin tlak.

4 . Tlak raste s dubinom.

5 . Tlak raste s porastom temperature.

Vaše ćemo zaključke potvrditi još nekoliko eksperimenata.

Iskustvo 1.

Iskustvo 2. Ako tekućina miruje i u ravnoteži, hoće li tlak biti isti u svim točkama unutar tekućine? Unutar tekućine tlak ne bi trebao biti isti za različite razine. Iznad - najmanji, B srednji - prosjek, na dnu - najveći.

Tlak tekućine ovisi samo o gustoći i visini stupca tekućine.

Tlak u tekućini izračunava se po formuli:

str = gph ,

gdjeg= 9,8 N/kg (m/s 2)- ubrzanje slobodan pad; ρ- gustoća tekućine;h- visina stupca tekućine (dubina uranjanja).

Tako, za pronalaženje tlaka potrebno je gustoću tekućine pomnožiti s vrijednošću ubrzanja uslijed gravitacije i visinom stupca tekućine.

U plinovima je gustoća višestruko manja od gustoće tekućina. Stoga je težina plinova u posudi mala i njezin težinski tlak se može zanemariti. Ali ako pričamo o velikim masama i volumenima plinova, na primjer, u atmosferi, tada postaje primjetna ovisnost tlaka o visini.

Pascalov zakon.

Primjenjujući neku silu, natjerat ćemo klip da malo uđe u posudu i komprimirati plin neposredno ispod njega. Što će se dogoditi s česticama plina?

Čestice se talože ispod klipa čvršće nego prije .
Što mislite da će se sljedeće dogoditi? Zbog pokretljivosti plina čestice će se kretati u svim smjerovima. Kao rezultat toga, njihov će raspored ponovno postati ujednačen, ali gušći nego prije. Stoga će se pritisak plina posvuda povećavati i povećava se broj udaraca na stijenke posude. Kako se širi, smanjit će se.

Dodatni tlak je prenesen na sve čestice plina. Ako se tlak plina u blizini samog klipa poveća za 1 Pa, tada će se u svim točkama unutar plina povećati za isti iznos.

Eksperiment: šuplja kugla s uskim rupama, pričvršćena na cijev s klipom. Napunite kuglicu vodom i gurnite klip u cijev. Što gledate? NA Voda će ravnomjerno teći iz svih rupa.

Ako pritisnete plin ili tekućinu, tada će se povećanje tlaka "osjetiti" na svakoj točki tekućine ili plina, t.j. tlak proizveden na plin prenosi se na bilo koju točku jednako u svim smjerovima.Ta se izjava naziva Pascalov zakon.

Pascalov zakon: tekućine i plinovi prenose pritisak koji se na njih vrši jednako u svim smjerovima.

Ovaj zakon je u 17. stoljeću otkrio francuski fizičar i matematičar Blaise Pascal (1623-1662), koji je otkrio i istražio niz važna svojstva tekućine i plinove. Eksperimenti su potvrdili postojanje atmosferskog tlaka, koji je otkrio talijanski znanstvenik Torricelli.

Učinak Pascalovog zakona na život:

= u sfernom obliku mjehurića od sapunice (tlak zraka unutar mjehurića prenosi se u svim smjerovima bez promjene);

Tuš, kanta za zalijevanje;

Kad nogometaš udari loptu;

NA automobilska guma(kada je napuhana, povećanje tlaka je vidljivo u cijeloj gumi);

NA balon na vrući zrak…

Dakle, razmatrali smo prijenos tlaka tekućinama i plinovima. Tlak koji djeluje na tekućinu ili plin prenosi se na bilo koju točku jednako u svim smjerovima.

Zašto se komprimirani plinovi nalaze u posebnim bocama?

Komprimirani plinovi vrše ogroman pritisak na stijenke posude, pa se moraju zatvoriti u jake čelične posebne cilindre.

Dakle, za razliku od čvrstih tijela, pojedinačni slojevi i male čestice tekućine i plina mogu se slobodno kretati jedni u odnosu na druge u svim smjerovima.

Pascalov zakon se široko koristi u tehnologiji:

= sustav grijanja: zahvaljujući tlaku, voda se ravnomjerno zagrijava ;

Pneumatski strojevi i alati,

čekić,

Pjeskare(za čišćenje i zidno slikarstvo),

pneumatska kočnica,

Utičnica, Hidraulična preša, komprimirani zrak otvara vrata vlakova podzemne željeznice i trolejbusa.

Poglavlje 6

Elementi mehanike fluida

Tlak u tekućini i plinu

Molekule plina, čineći nasumično, kaotično kretanje, nisu vezane ili vrlo slabo vezane silama interakcije, stoga se slobodno kreću i, kao rezultat sudara, imaju tendenciju raspršivanja u svim smjerovima, ispunjavajući cijeli volumen koji im je dat, tj. volumen plina određen je volumenom posude koju plin uzima.

Poput plina, tekućina poprima oblik posude u kojoj je zatvorena. Ali u tekućinama, za razliku od plinova, prosječna udaljenost između molekula ostaje gotovo konstantna, pa tekućina ima gotovo konstantan volumen.

Iako se svojstva tekućina i plinova u mnogočemu razlikuju, u nizu mehaničkih pojava njihovo je ponašanje određeno istim parametrima i identičnim jednadžbama. Zato hidroaeromehanika- grana mehanike koja proučava ravnotežu i kretanje tekućina i plinova, njihovu međusobnu interakciju i one koje oni pojednostavljuju čvrsta tijela,- koristi jedinstven pristup proučavanje tekućina i plinova.

U mehanici se s visokim stupnjem točnosti smatraju tekućine i plinovi čvrsta, kontinuirano raspoređeni u dijelu prostora koji oni zauzimaju. Gustoća tekućine malo ovisi o tlaku. Gustoća plinova značajno ovisi o tlaku. Iz iskustva je poznato da se kompresibilnost tekućine i plina u mnogim problemima može zanemariti i koristiti jedan koncept nestlačiva tekućina Tekućina čija je gustoća posvuda ista i ne mijenja se s vremenom.

Ako se tanka ploča stavi u tekućinu koja miruje, tada će dijelovi tekućine koji se nalaze na njezinim suprotnim stranama djelovati silama na svaki element njezine površine , koja će, bez obzira na to kako je ploča orijentirana, biti jednaka po apsolutnoj vrijednosti i usmjerena okomito na mjesto, budući da bi prisutnost tangencijalnih sila pokrenula čestice tekućine (slika 44).

Fizička količina, određen normalnom silom koja djeluje na stranu tekućine po jedinici površine, naziva se pritisak R tekućine:

Jedinica za pritisak - Pascal(Pa): 1 Pa jednak je tlaku koji stvara sila od 1 N, jednoliko raspoređena po površini koja je normalna na nju s površinom od 1 m 2 (1 Pa = 1 N / m 2).

Tlak u ravnoteži tekućina (plinova) pokorava se Pascalov zakon(Francuski znanstvenik (1623.-1662.)): tlak na bilo kojem mjestu tekućine u mirovanju jednak je u svim smjerovima, a tlak se jednako prenosi na cijeli volumen koji zauzima tekućina u mirovanju.

Razmotrimo kako težina tekućine utječe na raspodjelu tlaka unutar nestlačive tekućine u mirovanju. Kada je tekućina u ravnoteži, horizontalni tlak je uvijek isti, inače ne bi bilo ravnoteže. Stoga je slobodna površina tekućine koja miruje uvijek horizontalna udaljena od stijenki posude. Ako je tekućina nestlačiva, tada je njezina gustoća neovisna o tlaku. Zatim kod presjek S, visina h i gustoću stupca tekućine, njegovu težinu, i pritisak na donjoj bazi

Tekućine i plinovi prenose pritisak koji se na njih primjenjuje u svim smjerovima. To govori Pascalov zakon i praktično iskustvo.

Ali postoji i vlastita težina, koja bi također trebala utjecati na tlak koji postoji u tekućinama i plinovima. Težina vlastitih dijelova ili slojeva. Gornji slojevi tekućine pritišću srednje, srednji na donje, a zadnji na donje. odnosno mi možemo govoriti o postojanju tlaka stupca tekućine koji miruje na dnu.

Formula tlaka u stupcu tekućine

Formula za izračun tlaka stupca tekućine visine h je sljedeća:

gdje je ρ gustoća tekućine,
g - ubrzanje slobodnog pada,
h je visina stupca tekućine.

Ovo je formula za takozvani hidrostatski tlak tekućine.

Pritisak stupca tekućine i plina

Hidrostatički tlak, odnosno tlak koji djeluje tekućina u mirovanju, na bilo kojoj dubini ne ovisi o obliku posude u kojoj se tekućina nalazi. Ista količina vode, koja se nalazi u različitim posudama, vršit će različit pritisak na dno. Zahvaljujući tome, možete stvoriti veliki pritisak čak i s malom količinom vode.

To je vrlo uvjerljivo pokazao Pascal u sedamnaestom stoljeću. U zatvorenoj bačvi pun vode, umetnuo je vrlo dugu usku cijev. Popevši se na drugi kat, ulio je samo jednu šalicu vode u ovu cijev. Cijev je pukla. Voda u cijevi, zbog svoje male debljine, porasla je do vrlo velika nadmorska visina, a pritisak je narastao na takve vrijednosti da cijev nije izdržala. Isto vrijedi i za plinove. Međutim, masa plinova je obično puno manja od mase tekućina, pa se tlak u plinovima zbog vlastite težine u praksi često može zanemariti. Ali u nekim slučajevima potrebno je računati na to. Primjerice, atmosferski tlak, koji pritišće sve objekte na Zemlji, od velike je važnosti u nekim industrijskim procesima.

Zahvaljujući hidrostatskom tlaku vode, brodovi koji često teže ne stotine, već tisuće kilograma mogu plutati i ne potonuti, jer ih voda pritišće, kao da ih gura van. No, upravo zbog istog hidrostatskog tlaka na velikim dubinama, uši su nam začepljene, a nemoguće je spustiti se na vrlo velike dubine bez posebnih uređaja – ronilačkog odijela ili batiskafa. Samo nekoliko morskih i oceanskih stanovnika prilagodilo se živjeti u uvjetima jakog pritiska na velikim dubinama, ali iz istog razloga ne mogu postojati u gornjih slojeva vode i mogu umrijeti ako padnu na plitku dubinu.

Tekućina se u hidraulici smatra kontinuiranim medijem bez šupljina i praznina. Osim toga, ne uzima se u obzir utjecaj pojedinih molekula, odnosno smatra se da se čak i beskonačno male čestice tekućine sastoje od vrlo veliki broj molekule.

Iz kolegija fizike je poznato da zbog fluidnosti tekućine, t.j. pokretljivost svojih čestica, ne opaža koncentrirane sile. Stoga u tekućini djeluju samo raspoređene sile, a te sile se mogu rasporediti po volumenu tekućine (mase ili sile tijela) ili po površini (površinske sile).

Volumenske (masene) sile

Volumetrijske (masene) sile uključuju sile gravitacije i inercije. Oni su proporcionalni masi i pokoravaju se drugom Newtonovom zakonu.

Površinske sile

Površinske sile trebale bi uključivati ​​sile kojima susjedni volumeni tekućine ili tijela djeluju na tekućinu, budući da se taj učinak provodi kroz površine. Razmotrimo ih detaljnije.

Neka sila R djeluje na ravnu površinu površine S pod proizvoljnim kutom

Sila R se može razložiti na tangencijalnu T i normalnu F komponente.

Sila trenja

Tangencijalna komponenta naziva se sila trenja T i uzrokuje posmična naprezanja (ili naprezanja trenja) u tekućini:

Jedinica SI za posmična naprezanja je Pascal (Pa) - njutn četvorni metar(1 Pa \u003d 1 N / m 2).

Pritisak tekućine

Normalna sila F naziva se sila pritiska i uzrokuje u tekućini normalna naprezanja kompresije, koje su određene relacijom:

Normalna naprezanja koja nastaju u tekućini pod djelovanjem vanjskih sila nazivaju se hidromehaničkim tlakom ili jednostavno tlakom.

Referentni sustavi tlaka

Razmotrite referentne sustave tlaka. U rješavanju praktičnih problema važan je izbor referentnog sustava tlaka (ljestvice tlaka). Apsolutni nulti tlak može se uzeti kao početak ljestvice. Kada se pritisci računaju od ove nule, oni se nazivaju apsolutnim - P aps.

Međutim, kao što pokazuje praksa, prikladnije je rješavati tehničke probleme pomoću višak pritiska P est, tj. kada se za početak ljestvice uzme atmosferski tlak.

Tlak koji se mjeri "dolje" od atmosferske nule naziva se vakuumski tlak. P wack, ili vakuum.

P abs \u003d P atm + P g

gdje P atm- atmosferski tlak mjeren barometrom.

Odnos između apsolutnog pritiska P aps i vakuumski tlak P wack može se instalirati na isti način:

P abs \u003d P atm - P vac

I nadtlak i vakuum mjere se od jedne nule ( P atm), ali u različitim smjerovima.

Dakle, apsolutni, manometarski i vakuumski tlakovi su povezani i omogućuju pretvaranje jednog u drugi.

Jedinice tlaka

Praksa je pokazala da je za rješavanje tehničkih (primijenjenih) problema najprikladnije koristiti prekomjerne pritiske. Osnovna jedinica tlaka u SI sustavu je pascal (Pa), koji je jednak tlaku koji nastaje kada se sila od 1 N primijeni na površinu od 1 m2 (1 Pa = 1 N/m2).

Međutim, češće se koriste veće jedinice: kilopaskal (1 kPa = 10 3 Pa) i megapaskal (1 MPa = 10 6 Pa).

U strojarstvu široka upotreba primio izvansustavnu jedinicu - tehničku atmosferu (at), koja je jednaka tlaku koji nastaje djelovanjem sile od 1 kgf na površinu od 1 cm 2 (1 na \u003d 1 kgf / cm 2).

Odnosi između najčešće korištenih jedinica su sljedeći:

10 at = 0,981 MPa ≈ 1 MPa ili 1 at = 98,1 kPa ≈ 100 kPa.

U stranoj literaturi koristi se i jedinica tlaka bar.

(1 bar = 105 Pa).

U kojim se drugim jedinicama mjeri tlak, možete vidjeti

Razmotrimo neka svojstva tekućina koja imaju najznačajniji utjecaj na procese koji se u njima odvijaju i stoga se uzimaju u obzir u proračunima hidrauličkih sustava.

Gustoća i specifična težina

Najvažnije karakteristike mehanička svojstva tekućine su njegova gustoća i specifična težina. Oni određuju "težinu" tekućine.

Gustoća ρ (kg / m 3) podrazumijeva se kao masa tekućine m, zatvoren u jedinici svog volumena V, t.j.

Umjesto gustoće u formulama se može koristiti i specifična težina γ (N/m 3), t.j. težina G = m⋅g po jedinici volumena V:

γ = G / V = ​​m⋅g / V = ​​ρ⋅g

Promjena gustoće i specifična gravitacija tekućine s promjenama temperature i tlaka su beznačajne i u većini slučajeva se ne uzimaju u obzir.

Gustoće najčešće korištenih tekućina i plinova (kg/m 3):

Viskoznost

Viskoznost je sposobnost tekućine da se odupre smicanju, tj. svojstvo koje je suprotno fluidnosti (više viskoznih tekućina manje su tekući). Viskoznost se očituje u nastanku posmičnih naprezanja (naprezanja trenja).

Razmotrite slojeviti tok tekućine duž zida (slika)

U tom slučaju, protok tekućine je usporen zbog svoje viskoznosti. Štoviše, brzina tekućine u sloju je niža, što je bliže zidu. Prema Newtonovoj hipotezi, posmično naprezanje koje nastaje u tekućem sloju na udaljenosti y od stijenke određeno je ovisnošću:

Newtonov zakon trenja

=	μ⋅	dv
		dy

gdje je dv/dy gradijent brzine koji karakterizira intenzitet povećanja brzine v s udaljenosti od stijenke (duž osi y), μ je dinamička viskoznost tekućine.

Protok većine tekućina koje se koriste u hidraulički sustavi, poštuju Newtonov zakon trenja, a nazivaju se Newtonovim tekućinama.

Međutim, treba imati na umu da postoje tekućine u kojima je Newtonov zakon donekle narušen. Takve tekućine nazivaju se nenjutonovskim.

Vrijednost μ uključena u formulu (dinamička viskoznost tekućine) mjeri se u Pa ⋅ sa ili u poisima 1 P = 0,1 Pa ⋅ S. Poise (oznaka: P, do 1978. pz; međunarodno - P; od francuskog poise) - jedinica dinamičke viskoznosti u CGS sustavu jedinica. Jedna ravnoteža jednaka je viskoznosti tekućine koja se opire sili od 1 dina međusobnom kretanju dvaju slojeva tekućine površine 1 cm², koji se nalaze na udaljenosti od 1 cm jedan od drugog i međusobno se kreću na relativna brzina od 1 cm/s.

1 P = 1 g / (cm s) \u003d 0,1 N s / m²

Jedinica je dobila ime po J. L. M. Poiseuilleu. Poise ima analog u SI sustavu - paskalnu sekundu (Pa s).

1 Pa s = 10 P

Voda na 20°C ima viskozitet od 0,01002 P, ili oko 1 centipois.

Međutim, u praksi je raširenija upotreba

Kinematička viskoznost:

ν	=	μ
		ρ

Mjerna jedinica potonjeg u SI sustavu je m 2 / s ili manja jedinica - cm 2 / s, koja se obično naziva Stokes, 1 St \u003d 1 cm 2 / s. Centistokes se također koriste za mjerenje viskoznosti: 1 cSt = 0,01 St.

Viskoznost tekućina značajno ovisi o temperaturi, a viskoznost kapajućih tekućina opada s porastom temperature, dok se viskoznost plinova povećava (vidi sliku).

To se objašnjava činjenicom da u kapajućim tekućinama, gdje su molekule blizu jedna drugoj, viskoznost je posljedica sila molekularne kohezije. Te sile slabe s porastom temperature, a viskoznost se smanjuje. U plinovima su molekule smještene mnogo dalje jedna od druge. Viskoznost plina ovisi o intenzitetu kaotičnog kretanja molekula. S porastom temperature taj intenzitet raste, a viskoznost plina raste.

Viskoznost tekućina također ovisi o tlaku, ali ta promjena je neznatna i u većini slučajeva se ne uzima u obzir.

Kompresibilnost

Kompresibilnost je sposobnost tekućine da mijenja svoj volumen pod pritiskom. Kompresibilnost kapajućih tekućina i plinova značajno se razlikuje. Dakle, kapajuće tekućine vrlo malo mijenjaju svoj volumen s promjenom tlaka. Plinovi se, naprotiv, mogu značajno komprimirati pod pritiskom i neograničeno širiti u njegovoj odsutnosti.

Kako bi se uzela u obzir kompresibilnost plinova u različitim uvjetima, mogu se koristiti jednadžbe stanja plina ili ovisnosti za politropske procese.

Kompresibilnost kapajućih tekućina karakterizira volumetrijski omjer kompresije β p (Pa -1):

gdje je dV promjena volumena pod tlakom; dr - promjena tlaka; V je volumen tekućine.

Znak minus u formuli je zbog činjenice da se s povećanjem tlaka volumen tekućine smanjuje, t.j. porast pozitivnog tlaka uzrokuje negativan prirast volumena.

Uz konačan porast tlaka i poznati početni volumen V 0, konačni volumen tekućine može se odrediti:

V 1 \u003d V 0 (1 - β p Δp)

kao i njegova gustoća

Recipročan volumenski omjer kompresije β p naziva se modulom elastičnosti tekućine (ili modul elastičnosti) K = 1/ β p (Pa).

Ova vrijednost je uključena u generalizirani Hookeov zakon, koji povezuje promjenu tlaka s promjenom volumena

	ΔV	= -	∆p
	v		K

Modul elastičnosti kapajućih tekućina mijenja se s promjenama temperature i tlaka. Međutim, u većini slučajeva, K se smatra konstantnom vrijednošću, uzimajući kao prosječnu vrijednost u danom rasponu temperatura ili tlakova.

Modul elastičnosti nekih tekućina (MPa):

Toplinsko širenje

Sposobnost tekućine da mijenja svoj volumen s promjenom temperature naziva se toplinsko širenje. Karakterizira ga koeficijent toplinskog širenja β t:

gdje je dT promjena temperature; dV je promjena volumena pod utjecajem temperature; V je volumen tekućine.

Za konačne poraste temperature:

V 1 \u003d V 0 (1 + β t ΔT)

Kao što se može vidjeti iz formula, s povećanjem temperature, volumen tekućine se povećava, a gustoća se smanjuje.

Koeficijent toplinskog širenja tekućina ovisi o tlaku i temperaturi:

Odnosno kod različitim uvjetima koeficijent toplinskog širenja se promijenio 50 puta. Međutim, u praksi se obično uzima prosječna vrijednost za dani raspon temperature i tlaka.Na primjer, for mineralna uljaβ t ≈ 800 10 -6 1/deg.

Plinovi prilično značajno mijenjaju svoj volumen s promjenom temperature. Kako bi se objasnila ova promjena, koriste se jednadžbe stanja plinova ili formule za politropske procese.

Isparavanje

Bilo koja kapajuća tekućina sposobna je promijeniti svoje stanje agregacije, posebice, pretvoriti se u paru. Ovo svojstvo ispuštanja tekućine naziva se hlapljivost. u hidraulici najviša vrijednost ima uvjet pod kojim počinje intenzivno isparavanje kroz cijeli volumen – vrenje tekućine.

Za početak procesa vrenja moraju se stvoriti određeni uvjeti (temperatura i tlak). Na primjer, destilirana voda ključa pri normalnom atmosferskom tlaku i temperaturi od 100°C. Međutim, ovo je poseban slučaj kipuće vode. Ista voda može ključati na različitoj temperaturi ako je pod utjecajem različitog tlaka, tj. za svaku temperaturu tekućine koja se koristi u hidrauličkom sustavu postoji svoj tlak pri kojemu ključa.

Tlak pri kojem tekućina vrije naziva se tlakom zasićene pare (p n.p.).

p vrijednost n.p. uvijek se daje kao apsolutni tlak i ovisi o temperaturi.

Na primjer, slika prikazuje ovisnost tlaka zasićenih para vode o temperaturi.

Na grafikonu je istaknuta točka A, koja odgovara temperaturi od 100°C i normalnom atmosferskom tlaku p a. Ako na slobodnoj površini vode stvoriti više visokotlačni p 1, tada će ključati na višoj temperaturi T 1 (točka B na slici). Obrnuto, pri niskom tlaku p 2 voda ključa na nižoj temperaturi T 2 (točka C).

Topljivost plinova

Mnoge tekućine su sposobne otapati plinove u sebi. Ovu sposobnost karakterizira količina otopljenog plina po jedinici volumena tekućine, razlikuje se za različite tekućine i mijenja se s povećanjem tlaka.

Relativni volumen plina otopljenog u tekućini dok se potpuno ne zasiti može se smatrati, prema Henryjevu zakonu, izravno proporcionalnim tlaku, to jest:

gdje je V g volumen otopljenog plina, sveden na normalne uvjete (p 0 , T 0);
V W - volumen tekućine;
k - koeficijent topljivosti;
p je tlak tekućine.

Koeficijent k ima sljedeće vrijednosti na 20°C:

Kada se tlak smanji, plin otopljen u tekućini oslobađa se, štoviše, intenzivnije nego što se otapa u njoj. Ova pojava može negativno utjecati na rad hidrauličkih sustava.

Molekule plina, čineći kaotično, kaotično gibanje, nisu vezane ili prilično slabo vezane interakcijskim silama, zbog čega se kreću gotovo slobodno i kao rezultat sudara raspršuju se u svim smjerovima, dok ispunjavaju cijeli volumen koji im je na raspolaganju, tj. volumen plina određen je volumnom posudom koju zauzima plin.

A tekućina, koja ima određeni volumen, poprima oblik posude u kojoj je zatvorena. No, za razliku od plinova u tekućinama, prosječna udaljenost između molekula ostaje u prosjeku konstantna, pa tekućina ima gotovo konstantan volumen.

Svojstva tekućina i plinova su na mnogo načina vrlo različita, ali u nekoliko mehaničkih pojava njihova svojstva određuju isti parametri i identične jednadžbe. Zbog ovog razloga hidroaeromehanika- dio mehanike koji proučava ravnotežu i kretanje plinova i tekućina, međudjelovanje između njih i između čvrstih tijela koja teku oko njih, t.j. primjenjuje se jedinstven pristup proučavanju tekućina i plinova.

U mehanici se tekućine i plinovi smatraju s visokim stupnjem točnosti kao čvrsta, kontinuirano raspoređeni u dijelu prostora koji zauzimaju. U plinovima gustoća značajno ovisi o tlaku. Utvrđeno iz iskustva. da se kompresibilnost tekućine i plina često može zanemariti te je preporučljivo koristiti jedan koncept - nestlačivost tekućine- tekućine posvuda iste gustoće, koja se ne mijenja tijekom vremena.

Stavljamo ga u tanku ploču u mirovanju, kao rezultat toga, dijelovi tekućine koji se nalaze na suprotnim stranama ploče će djelovati na svaki od njegovih elemenata Δ S sa silama Δ F, koji će biti jednak po apsolutnoj vrijednosti i usmjeren okomito na mjesto Δ S bez obzira na orijentaciju mjesta, inače bi prisutnost tangencijalnih sila pokrenula čestice tekućine (slika 1.)

Sl. 1

Fizička veličina određena normalnom silom koja djeluje iz tekućine (ili plina) po jedinici površine naziva se pritisak p/ tekućina (ili plin):

str=Δ F/Δ S.

Jedinica za pritisak - pascal(Pa): 1 Pa jednak je tlaku koji stvara sila od 1 N, koja je ravnomjerno raspoređena po površini koja je normalna na nju s površinom od ​​1 m 2 (1 Pa = 1 N / m 2 ).

Tlak u ravnoteži tekućina (plinova) pokorava se Pascalov zakon: tlak na bilo kojem mjestu tekućine u mirovanju jednak je u svim smjerovima, a tlak se jednako prenosi na cijeli volumen koji zauzima tekućina u mirovanju.

Istražimo utjecaj težine tekućine na raspodjelu tlaka unutar stacionarne nestlačive tekućine. Kada je tekućina u ravnoteži, tlak duž bilo koje vodoravne crte je uvijek isti, inače ne bi bilo ravnoteže. To znači da je slobodna površina tekućine koja miruje uvijek horizontalna (ne uzimamo u obzir privlačenje tekućine stijenkama posude). Ako je tekućina nestlačiva, tada je gustoća tekućine neovisna o tlaku. Zatim za presjek S stupac tekućine, njegova visina h i gustoća ρ težina P=ρ gSh, dok pritisak na donju bazu

str=P/S=ρ gSh/S=ρ gh, (1)

tj. tlak se linearno mijenja s visinom. Tlak ρgh naziva se hidrostatski tlak.

Prema formuli (1) sila pritiska na donje slojeve tekućine bit će veća nego na gornje, dakle sila određena prema Arhimedov zakon: na tijelo uronjeno u tekućinu (plin), iz te tekućine djeluje sila uzgona prema gore, jednaka težini tekućine (plina) koju je tijelo istisnulo:

F A \u003d ρ gV, gdje je ρ gustoća tekućine, V je volumen tijela uronjenog u tekućinu.