ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Игровые автоматы с быстрым выводом

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Основные физические свойства жидкостей.

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К лабораторной работе № 2

«ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ»

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 2

«ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ»

Разработал: канд. техн. наук,

доцент Мрочек В.И.

Рецензент: доцент Парахневич В.Т.

Методические указания

утверждены на заседании

кафедры БЖД

« 15 » 05 2007 г.

Протокол № 9

Могилев 2007

2.1

1) Изучить основные физические свойства жидкостей и газов;

2) Экспериментально определить вязкость минерального масла и воды.

Краткие теоретические сведения

Основные физические свойства жидкостей.

1Плотность и удельный вес.

Плотностьюr (кг/м³) называется масса m жидкости, содержащаяся в единице объема V. Для однородных жидкостей

r = m / V. (1)

Плотность зависит от рода жидкости, температуры и давления. Например, для воды при температуре 4 °С и атмосферном давлении (р_а = 0,1013 МПа) r = 1000 кг/м³. Масло для гидравлических систем АМГ-30 при температуре 50 ⁰С имеет плотность 850 кг/м³.

При увеличении температуры плотность жидкостей, как правило, уменьшается. Исключение составляет только вода в интервале температур от 0 до 4 °С.

Удельным весом g(Н/м³) называют вес G единицы объема жидкости. Для однородных жидкостей

g = G / V. (2)

Удельный вес и плотность связаны между собой зависимостью g = r × g, где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

2 Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объем под действием давления.

Сжимаемость характеризуют коэффициентом объемного сжатия b_p (Па^-1), который выражает относительное изменение объема, приходящееся на единицу изменения давления.

b_p = -DV / (V ·Dp), (3)

где V₀ – первоначальный объем;

DV – приращение объема, обусловленное приращением давления на величину Dр.

Учитывая, что DV = V₁ – V₀ , получим:

V₁ = V₀ (1 - b_p ·Dp), (4)

где V₁ – объем, занимаемый жидкостью после изменения давления на величину Dр.

Величину, обратную коэффициенту объемного сжатия, называют объемным модулем упругости жидкости Е_ж (Па): Е_ж = 1/b_р .

DV / V₀ = - Dр / Е_ж, (5)

которую называют обобщенным законом Гука.

Различают адиабатный и изотермический модули упругости. Первый больше второго приблизительно в 1,5 раза и проявляется при быстротечных процессах сжатия, происходящих без теплообмена с окружающей средой. При изотермическом процессе неизменна температура. Для воды изотермический модуль упругости при атмосферном давлении составляет приблизительно 2000 МПа. Как следует из уравнения (5), при повышении давления на 0,1 МПа объем воды уменьшается всего лишь на 1/20 000 часть. Такого же порядка модуль упругости и для других жидкостей, например, для минеральных масел он приблизительно равен 1200 МПа.

3 Температурное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения b_Т, который представляет собой относительное изменение объема при изменении температуры Т на 1 ⁰С и постоянном давлении:

b_Т = DV / (V₀ × DT), (6)

где DV – приращение объема, обусловленное изменением температуры на величину DТ.

Учитывая, что DV = V₁ – V₀, получим

V₁ = V₀ (1 + b_T DT). (7)

Для минеральных масел при давлениях до 15 МПа b_T можно в среднем принять равным 800×10^-6 °С^-1. Для воды в условиях атмосферного давления коэффициент возрастает с 14×10^-6 при t = 1 °C до 719×10^-6 °С^-1 при t = 100 °С.

4 Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее частиц. Сила взаимодействия, возникающая между слоями текущей жидкости, определяется по закону жидкостного трения Ньютона-Петрова:

F_тр = ± m ·(du / dn)·A, (8)

где m – коэффициент пропорциональности, получивший название динамическая вязкость, Па×с;

du/dn – градиент скорости;

A – площадь соприкасающихся слоев.

Если уравнение (8) разделить на А , получим:

t = ± m (du / dn). (9)

Таким образом, динамическая вязкость при единичном градиенте скорости равна касательному напряжению t.

Наряду с динамической часто используют кинематическую вязкость n :

n = m / r. (10)

Вязкость зависит от рода жидкости и ее температуры. Так, например, кинематическая вязкость воды при температуре 4 ⁰С равна: n = 0,0157×10^-4 м²/с = 0,0157 Ст = 1,57 сСт.

5 Парообразование– свойство жидкостей изменять свое агрегатное состояние и превращаться в пар. Давление, при котором жидкость закипает при данной температуре, называется давлением насыщенных паров р_н.п. , его значение зависит от рода жидкости и ее температуры. Значения р_н.п. для различных жидкостей приведены в работе [2].

6 Растворимостьгазов в жидкости характеризуется объемом газа, растворяемого в единице объема жидкости при повышении давления. Относительный объем газа, растворяемого в жидкости до ее полного насыщения, определяется в соответствии с законом Генри:

V_г / V_ж = k (p₂ / p₁), (11)

где V_г – объем газа, растворяемого в жидкости объемом V_ж при повышении давления от р₁ до р₂;

k – коэффициент растворимости, зависящий от рода жидкости и газа.

Коэффициент растворимости воздуха при 20 ⁰С имеет следующие значения: для воды k = 0,016, для минеральных масел k = 0,08.

7 Поверхностное натяжение и капиллярность. Поверхность жидкости подвержена воздействию сил поверхностного натяжения, стремящихся придать объему жидкости сферическую форму и вызывающих в ней дополнительное давление [2]. Наличием этого дополнительного давления объясняется явление капиллярности, проявляющееся в том, что в открытых трубках малого диаметра, погруженных одним концом в жидкость, последняя устанавливается выше уровня при вогнутом мениске или ниже его - при выпуклом мениске. Вогнутый мениск образуется в том случае, если жидкость смачивает поверхность трубки (например, вода – стекло), а выпуклый мениск – если поверхность трубки не смачивается жидкостью (например, ртуть – стекло).

Физические свойства газов

Газы в отличие от жидкостей характеризуются значительной сжимаемостью и высокими значениями температурного расширения [2].

Термодинамическое состояние газа в любой момент времени характеризуется тремя величинами: давлением р, абсолютной температурой Ти удельным объемом w(удельный объем – объем единицы массы газа, то есть w = 1/r). Связь между этими величинами устанавливается уравнением состояния:

p × w = R· T, (12)

Например, для воздуха R=287 Дж/(кг×⁰С), для азота R=296,8 Дж/(кг×⁰С).

Термодинамические процессы часто протекают таким образом, что одну из трех величин, характеризующих состояние системы, можно считать постоянной. В связи с этим различают процессы: изобарный (р = const), изохорный (w = const), изотермический (Т = const). Процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой, называют адиабатным. Для адиабатного процесса

p·w ^k = const или p/r ^k = const, (13)

где k – показатель адиабаты, k = c_p / c_v (с_р, с_v – соответственно изобарная и изохорная теплоемкости).

Поскольку в реальных условиях происходит некоторый обмен тепла, изменение состояния газа определяется по политропе. Уравнение для политропного процесса имеет вид:

p·w ⁿ = const или р /r ^п = const, (14)

где n – показатель политропы; при n = 1 имеет место изотермический процесс, при n = k – адиабатный.

Показатель адиабаты при 0 ⁰С и атмосферном давлении для воздуха k = 1,41. Плотность воздуха при этих условиях r= 1,293 кг/м³.

Вязкость газов в отличие от жидкостей увеличивается с повышением температуры. Для большинства газов вязкость практически не зависит от давления при его изменении от 0 до 0,5 МПа, при повышении же давления от 0 до 9 МПа вязкость увеличивается примерно в 5 раз. Воздух при 0 ⁰С и атмосферном давлении имеет кинематическую вязкость n = 13,2×10^-6 м²/с.