Идеальная и реальная жидкость и газ

В гидравлике и аэродинамике для облегчения решения неко­торых задач используются понятия идеальной жидкости и идеаль­ного газа.

Все перечисленные выше коэффициенты, характеризующие жид­кость как физическое тело, часто называют физическими констан­тами жидкостей; однако все они (плотность, удельный вес, объем, вязкость, упругость паров, сжимаемость, поверхностное натяжение) меняются с изменением термодинамических параметров.

Для упрощения ряда теоретических выводов и исследований в гидравлике используют понятие идеаль­ной, или совершенной, жидкости, обладающей абсолютной несжимаемостью, полным отсутствием температурного расширения и не оказывающей сопротивления растягивающим и сдвигающим усилиям. Идеальная жидкость – фиктивная модель, не существующая в действительности. Все реальные жидкости в той или иной степени характеризуются всеми перечисленными выше свойствами. Однако, как отмечено выше, сжимаемость, температурное расширение и сопротивление растяжению у реальных жидкостей ничтожно малы и обычно не учитываются. Таким образом, основной и, по существу, единственной особенностей, отличающей реальную жидкость от идеальной, является наличие сил сопротивления сдвигу, которые характеризуются свойством жидкости, называемым вязкостью. Поэтому реальную жидкость иногда называют вязкой, а идеальную - невязкой.

Под идеальной жидкостью понимают воображаемую жидкость, обладающую абсолютной подвижностью частиц (т. е. лишенную вязкости), абсолютно несжимаемую и абсолютно неспо­собную сопротивляться разрыву.

Под идеальным газом понимают воображаемый газ, лишенный вязкости и удовлетворяющий урав­нению Клапейрона – Менделеева, т.е. газ, разреженный настоль­ко, что взаимодействие между его молекулами можно не учитывать. Таким образом, идеальная жидкость и идеальный газ представляют собой некоторые модели реальной жидкости и реального газа. Вы­воды, полученные из свойств идеальной жидкости или идеального газа, приходится, как правило, исправлять, вводя поправочные ко­эффициенты.

Приборы для определения физических свойств

Плотность

В настоящее время существует множество приборов для измерения свойств жидкостей различных конструкций и сложности, точности. Широкое распространие получили автоматические приборы. Рассмотрим принципиальное устройство и принципы действия таких приборов.

Плотность жидкости определяют различными способами. Для различных жидкостей применяют приборы для измерения плотности, называемые ареометрами. Обычно они различные для спирта (АСП), для нефтепродуктов, морской воды (АМВ), грунта (АГ), буровых растворов (АБР), сахара (АС), молока (АМ), кислот (АК), антифриза (ААН), электролита (АЭ), клеемер (АК), гидрометр (для тосола и антифриза), общего назначения (АОН) и т.д. Ареометры выполняются и маркируются по специальным ГОСТам и ТУ. В производственных условиях плотность нефтепродуктов измеряют ареометром АН (ареометр нефтяной) (рис. 1.8). Например, ареометр АНТ (ареометр нефтяной с термометром) представляет собой удлиненный пустотелый стеклянный цилиндр. Он градуирован и имеет две шкалы: ареометрическую шкалу А, показывающую плотность жидкости, и термометрическую шкалу В, показывающую температуру жидкости во время опытa. Для измерения плотности ареометр погружают в сосуд с исследуемой жидкостью. Благодаря грузу, находящемуся в нижней его части (обычно ртуть или дробь), ареометр плавает, сохраняя вертикальное положение. Деление на ареометрической шкале, до которого он погружается, показывает значение плотности (отсчет ведут по верхнему краю мениска жидкости). У ареометров есть свой диапазон измерения плотности, который указывается в маркировке. Например «АНТ-1 890-950» означает, что диапазон измерения плотности от 890 до 950 кг/м³. Существуют ареометры, показывающие плотность в условных градусах (например, в градусах Боме). В единицы системы СИ эти градусы могут быть пересчитаны по специальным формулам.

Рис.1.8. Виды ареометров

Например, плотность электролита в аккумуляторах определяется при помощи автомобильного ареометра. При помощи «груши» ареометра набирается столько электролита из банки так, чтобы всплыл поплавок (рис. 1.8), затем плотность электролита определяется по глубине погружения ареометра в электролит по шкале или, в некоторых моделях, по количеству утонувших и всплывших поплавков в ареометре. Значение плотности можно определить ареометра.

Плотность жидкость весьма просто определить также при помощи сообщающихся сосудов.

Вязкость

Для опытного определения вязкости жидкости применяют спе­циальные приборы, называемые вискозиметрами.

Наиболее употребитель­ны вискозиметры, с помощью которых измеряют не абсолютную, а относительную или условную вязкость исследуемой жидкости путем сравнения времени истечения одинаковых объемов анализируемой жидкости и жидкости, вязкость которой известна (обычно - вода).

Капиллярные вискозиметры Уббелоде применяются для измерения кинематической вязкости жидкости, в лабораториях предприятий химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической, парфюмерной и других отраслей промышленности, а также в научных исследованиях.

На рис. 1.9 представлена схема устройства капил­лярного вискозиметра. Он состоит из латунного корпу­са 1 и сосуда 2, в который наливается вода для устра­нения влияния температуры окружающей среды. В центре сферического дна сосуда 2 впаяна калиброван­ная трубка-насадок 5, верхний конец припаян к цен­тру дна резервуара I. Проход в трубке 5 закрывается стержнем 3. В резервуар I наливается 200 см³ иссле­дуемой жидкости, объем которой контролируется по трем указателям 4 на внутренней поверхности резер­вуара I.

Рис.1.9. Капиллярные вискозиметры

Температуру испытуемой жидкости опреде­ляют термометром 6. Когда в резервуаре (корпусе) 1 установится необходимая температура (как правило +20°С), поднимают стержень 3 и жидкость по калиб­рованной трубке 5 переливается в колбу 7. Время полного опорожнения резервуара, то есть полного истечения из него испытуемой жидкости t_ж фиксиру­ют с помощью секундомера или другого прибора.

Нефтепродукты как товар иногда характеризуются условной вязкостью, определяемой на вискозиметре Энглера. Эта условная вязкость выражается в градусах Энглера (⁰Е). Градусом Энглера называют отношение времени истечения Т определенного объема данной жидкости (200см³) из вискозиметра Энглера ко времени истечения Т₀ такого же объема дистиллированной воды при 20⁰С:

.

Для пересчета этой условной вязкости в кинематическую (в стоксах) служит эмпирическая формула Уббелоде:

.

Для маловязких жидкостей (вязкость которых ниже, чем у воды) применяют вискозиметр Оствальда (рис. 1.10). С его помощью измеряют время полного перетекания исследуемой жидкости из сосуда 2 через капилляр I в сосуд 3 и время t_o истечения из того же сосуда жидкости, коэффициент вязкости v_o которой известен. Искомую вяз­кость вычисляют по формуле:

.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: