Физические свойства жидкостей.

Молекулы жидкости находятся в постоянном движении. Каждая молекула жидкости с поверхности стремится уйти внутрь жидкости что приводит к тому, что жидкость принимает такую форму, при которой её свободная поверхность имела бы наименьшую площадь. Стремление жидкости уменьшить свою свободную поверхность можно проследить на примере, капли ртути на стекле или воды на раскалённой поверхности. Во всех этих случаях капли принимают шаровидную форму, (из-за сил земного притяжения) характеризующуюся наименьшей свободной поверхностью.

Свободная поверхность жидкости может увеличиваться лишь в том случае, если к ней приложить некоторую внешнюю силу. Работу этой силы при неизменной температуре жидкости называют – поверхностным натяжениемσ (Н/м).

 

Плотностью – жидкости называют количество массы жидкости в единице объёма.

m

ρ =;

V

где,

ρ – плотность (кг/м³)

m – масса жидкости (кг)

V – объём жидкости (м³)

 

При увеличении температуры жидкости её плотность уменьшается.

Для пересчёта плотности нефтепродуктов при атмосферном давлении на любую температуру пользуются формулой Д.И.Менделеева

 

ρ ₂₈₈

ρ _т =;

1 + β _т (Т – 288)

 

 

где, ρ _т и ρ ₂₈₈ - плотности нефтепродуктов при температурах Т и 288К соответственно;

βт – коэффициент температурного расширения нефтепродукта;

 

Удельным весом жидкости называется вес единицы её объёма, (γ)

G

γ =;

V

 

где, G – вес жидкости (Н); V – занимаемый его объём (м ³).

 

Плотность и удельный вес жидкости связаны между собой соотношением.

 

γ = ρ. g

g – ускорение свободного падения.

 

Объём занимаемый единицей массы жидкости, называется удельным объёмом.

V

υ =;

m

 

Удельный объём – величина, обратная плотности.

 

υ =;

ρ

 

 

Сжимаемость жидкостей представляет собой отношение изменение объёма жидкости при увеличении давления на 0,1Па к первоначальному её объёму.

Изменение объёма жидкости в зависимости от повышения температуры характеризуется коэффициентом температурного расширения, который выражает относительное изменение объёма жидкости при увеличении её температуры на 1К.

 

1 d V

βт = ·;

V d Т

где, V – объём (первоначальный) жидкости;

d V – изменение этого объёма при повышении температуры на d Т;

Рассматривая физические свойства жидкостей, нельзя не остановится на таком важном их свойстве, как упругость паров. В закрытом сосуде залита жидкость, через некоторое время, при неизменной температуре, испарение с поверхности жидкости прекратится и наступит состояние равновесия между жидкостью и её паром, т.е. жидкость не испаряется, а пары не конденсируются.

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным паром. Давление насыщенных паров жидкости над её поверхностью называется упругостью паров. Давление и плотность насыщенного пара при неизменной температуре постоянны, но разные для различных жидкостей.

 

Вязкость – это свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость определяется соотношением:

dy

μ = τ ―

dx

 

где, μ – коэффициент динамической вязкости или просто вязкостью.

τ – касательная сила, вызывающая сдвиг слоёв.

dy

― - градиент скорости (скорость сдвига слоёв).

dx

[μ] = Πа · с

Паскаль- секунда – динамическая вязкость, касательное напряжение в которой при ламинарном течении и при разности скоростей слоёв, находящихся на расстоянии 1метра по нормали к направлению скорости, равной 1метр в секунду, равно 1Паскалю.

Величина обратная динамической вязкости – текучесть.

 

φ = 1/μ;

 

[φ] = Πа ^-1 · с^-1

 

На практике часто используют величину, получаемую результате деления

динамической вязкости μ на плотность ρ – кинематическая вязкость ν.

μ

ν = ―;

ρ

 

[ν] = мм²/с;

 

10.3. Гидростатика – один из разделов гидравлики, изучающий равновесие жидкостей. Отличие жидкости от твёрдых тел – её подвижность, т.е. текучесть. Жидкость начинает двигаться даже при самых незначительных силах, действующих на неё. При действии таких сил равновесие нарушается и отдельные слои начинают скользить один по другому.

Давление, которое оказывает жидкость своим весом, называется гидростатическим. Гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали и представляет собой сжимающее давление. Гидростатическое давление равно произведению удельного веса жидкости на глубину погружения.

 

p = γ·h

Учитывая соотношение между удельным весом и плотностью γ = ρ.g,

можно выразить давление жидкости.

 

p = γ·h = ρ·g ·h

 

[p] = H/м² = Па

 

Если при определении гидростатического давления принимается и атмосферное давление, действующее на свободную поверхность жидкости, такое давление называют абсолютным или полным. На практике часто пользуются понятием избыточного или монометрического давления, которое определяется как разность между абсолютным давлением в жидкости и атмосферным.

 

p_изб. = p_абс. – p_атм.

 

Вакуум определяется разностью между атмосферным и абсолютным давлениями в средах – измеряются вакуумметрами.

 

p_вак. = p_атм. – p_абс.

 

Гидростатическое давление зависит лишь от удельного веса жидкости и глубины погружения. Распределение давления на глубине не зависит от формы сосуда, куда налита жидкость. Если покоящаяся жидкость имеет свободную поверхность во всех точках которой внешнее давление p_о, то давление жидкости на глубине h равно:

 

p = p_о+ ρ·g ·h

 

Давлением на данном участке поверхности называется отношение нормальной составляющей F, действующей на данный участок, к площади этого участка S

F

p =

S

 

Давление, производимое на жидкость, передаётся без изменения в каждую её точку. (Закон Паскаля).

Сила действующая на тело погружённое в жидкость равна весу жидкости в объёме, занимаемом телом, и направлена вертикально вверх. (Закон Архимеда)

 

R = ρ · g ·V

 

Из этого следует, что если плотности тела и жидкости одинаковы, то тело не будет ни всплывать, ни тонуть. Если плотность тела больше плотности жидкости оно утонет, если меньше – будет всплывать. Плавающее тело, погружённое частично в жидкость, и вытесненный им объём жидкости весят столько же, сколько весит всё тело.

 

10.4. Гидродинамика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости. В отличие от гидростатики, в гидродинамике прибавляется понятие о скорости движения жидкости. Если, в потоке движущейся жидкости давление и скорость в каждой данной точке пространства остаются постоянными во времени, такое движение жидкости называется установившимся. Примером такого движения могут служить истечение жидкости из отверстия в сосуде, в котором поддерживается постоянным уровень жидкости; течение жидкости в трубопроводе при перекачке центробежными насосами и др. При неустановившимся движении жидкости давление и скорость в каждой точке пространства потока изменяются во времени.

Расходом – называется количество жидкости, протекающей через поперечное сечение потока в данный момент. Различают объёмный (Q) и массовый (m) расход. Между Q и m существует следующая зависимость:

 

m = ρ·Q

где, ρ – плотность жидкости.

 

Давление жидкости, текущей по трубе, больше там, где скорость течения жидкости меньше, и наоборот давление меньше там, где скорость течения жидкости больше. Эта зависимость между скоростью течения жидкости и её давлением называется законом Бернулли.