Назначение и формула расчета коэффициента сжимаемости грунта

Формула жидкости

Страницы:| 01 |

Многочисленные формулы предлагались изобретательными исследователями многие годы, и каждая формула имела свои преимущества и недостатки. Следующие 6 формул (таблица 1) выбраны, чтобы проиллюстрировать эволюцию концепции инфузионной терапии у детей с ожогами. Первые три формулы теперь имеют историческое значение, а остальные три использовались в настоящее время. В приложении дается более полный список формул.

Коуп и Мур (1947) были первыми, кто начали составлять формулу. Они первыми попытались сопоставить какое количество жидкости требуется на площадь ожоговой поверхности и дали убедительные подтверждения тому, сколько жидкостей нужно перелить больному в первые 48 часов. С годами они обнаружили, что их больные бывают перегружены жидкостью, поэтому максимально рекомендовали, расход жидкостей от 10 — 12 % веса тела в литрах жидкости.

Эванс (1952) разработал свою формулу используя данные Коупа и Мура, на основе состава жидкости ожоговых волдырей. Кроме этого он давал дневное количество жидкостей и ограничивал максимум жидкости, даваемой на ожог, который рассчитывался исходя из 50 % ожоговой поверхности.

Реисс (1953) работая в Военном госпитале ожогового отделения в Бруке, используя формулу Эванса в первые 48 часов, наполовину. Впоследствии ожоговое отделение в Бруке (Пруитт, 1970) исключило назначения коллоидных растворов в первые 24 часа, используя только один раствор Рингер лактата.

Бакстер (1968) предложил инфузионную терапию, используя большое количество только Рингер лактата, измеряя диурез и оценивая клиническое состояние, в первые 24 часа. Он добавлял коллоид в течение первых суток. Опыт показал, что эта формула может использоваться во многих случаях. Проблемы появляются когда ребенка перегружают жидкостью, дают слишком много жидкости сильно обожженному больному.

Карвагал (1975) считает, что введение жидкостей должно быть основано исключительно на расчете поверхности тела. Его формула, в которой используется один раствор, требует 2-х рассчетов: один — процент поверхности ожогов — ожоговое содержание; и другой расчет основан на общей площади поверхности тела — физиологическая потребность. Он рекоммендует раннее применение коллоида (альбумина) и считает, что формула имеет особые преимущества для ожоговых больных всех возрастов и с разной степенью ожога

При использовании этой формулы важно аккуратно вести оценку площади поверхности тела

Боусер и Колдуелл (1983) отстаивает применение гипертонического раствора для реанимации, особенно у детей с ожогами. Они считают, что при таком режиме избегается перегрузка жидкостью, и восстанавливаются потерянные ионы натрия. Поддержка нормальной осмолярности сыворотки и отношение нормальной внутриклеточной жидкости к экстра-клеточной считается преимуществом. Использование гипертонической жидкости для реанимации детей требует постоянного мониторинга за больным, чтобы избежать гипернатремии, гипертонических синдромов и возможных синдромов центральной нервной системы. Никаких коллоидов в первые 48 часов не применялось.

Различия между сжимаемой и несжимаемой жидкостью

Определение

Сжимаемая жидкость: Сжимаемая жидкость — это вещество, которое может быть сжато с применением внешнего давления.

Несжимаемая жидкость:Несжимаемая жидкость — это вещество, которое невозможно сжать при приложении внешнего давления.

объем

Сжимаемая жидкость:Объем сжимаемой жидкости может быть уменьшен с применением давления на жидкость.

Несжимаемая жидкость:Объем несжимаемой жидкости не может быть уменьшен с применением давления на жидкость.

плотность

Сжимаемая жидкость:Плотность сжимаемой жидкости может быть изменена путем приложения давления к жидкости.

Несжимаемая жидкость: Плотность несжимаемой жидкости не может быть изменена с применением давления на жидкость.

Число Маха

Сжимаемая жидкость:Значение число Маха должно быть больше 0,3 для сжимаемой жидкости.

Сжимаемая жидкость:Значение число Маха должно быть меньше 0,3 для несжимаемой жидкости.

Заключение

Жидкость — это вещество, которое может легко течь. Жидкость не имеет определенной формы и принимает форму контейнера, в котором она занята. Есть очень слабые силы притяжения между молекулами жидкости. Газовая и жидкая фазы рассматриваются как жидкости в основном из-за их способности течь. Газы называются сжимаемой жидкостью, тогда как жидкости называются несжимаемой жидкостью. Основное различие между сжимаемой и несжимаемой текучей средой состоит в том, что сила, действующая на сжимаемую текучую среду, изменяет плотность текучей среды, тогда как сила, действующая на несжимаемую текучую среду, не изменяет плотность в значительной степени.

Рекомендации:

1. Чанг, Рэймонд и Кеннет А. Голдсби. Химия. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл, 2016. Печать. 2. «Сжимаемая жидкость». Свободный словарь. Фарлекс, н.д. Web.

Обобщенные графики коэффициента сжимаемости для чистых газов [ править ]

Обобщенная диаграмма коэффициента сжимаемости.

Уникальное соотношение между коэффициентом сжимаемости и пониженной температурой , и пониженным давлением , было впервые обнаружено Иоганном Дидериком ван дер Ваальсом в 1873 году и известно как двухпараметрический принцип соответствующих состояний . Принцип соответствующих состояний выражает обобщение, согласно которому свойства газа, зависящие от межмолекулярных сил, связаны с критическими свойствами газа универсальным образом. Это обеспечивает важнейшую основу для разработки корреляций молекулярных свойств.
Tr{\displaystyle T_{r}}Pr{\displaystyle P_{r}}

Что касается сжимаемости газов, принцип соответствующих состояний указывает, что любой чистый газ при одинаковой пониженной температуре и пониженном давлении должен иметь одинаковый коэффициент сжимаемости.
Tr{\displaystyle T_{r}}Pr{\displaystyle P_{r}}

Пониженные температура и давление определяются как

Tr=TTc{\displaystyle T_{r}={\frac {T}{T_{c}}}} и Pr=PPc.{\displaystyle P_{r}={\frac {P}{P_{c}}}.}

Вот и известны как критическая температура и критическое давление газа. Они являются характеристиками каждого конкретного газа с температурой, выше которой невозможно сжижить данный газ, и минимальным давлением, необходимым для сжижения данного газа при его критической температуре. Вместе они определяют критическую точку жидкости, выше которой не существует отдельных жидкой и газовой фаз данной жидкости.
Tc{\displaystyle T_{c}}Pc{\displaystyle P_{c}}Tc{\displaystyle T_{c}}Pc{\displaystyle P_{c}}

Данные «давление-объем-температура» (PVT) для реальных газов варьируются от одного чистого газа к другому. Однако, когда коэффициенты сжимаемости различных однокомпонентных газов отображаются в зависимости от давления вместе с изотермами температуры, многие из графиков демонстрируют аналогичные формы изотерм.

Чтобы получить обобщенный график, который можно использовать для многих различных газов, значения пониженного давления и температуры, и используются для нормализации данных коэффициента сжимаемости. На рисунке 2 показан пример обобщенного графика коэффициента сжимаемости, полученного из сотен экспериментальных точек данных PVT для 10 чистых газов, а именно метана, этана, этилена, пропана, н-бутана, изопентана, н-гексана, азота, диоксида углерода и пар.
Pr{\displaystyle P_{r}}Tr{\displaystyle T_{r}}

Существуют более подробные обобщенные графики коэффициента сжимаемости, основанные на 25 или более различных чистых газах, такие как графики Нельсона-Оберта. Утверждается, что такие графики имеют точность в пределах 1-2% для значений больше 0,6 и в пределах 4-6% для значений 0,3-0,6.
Z{\displaystyle Z}Z{\displaystyle Z}

Графики обобщенного коэффициента сжимаемости могут иметь значительные ошибки для сильно полярных газов, то есть газов, для которых центры положительного и отрицательного заряда не совпадают. В таких случаях оценка может быть ошибочной на 15–20 процентов.
Z{\displaystyle Z}

Квантовые газы — водород, гелий и неон — не соответствуют поведению в соответствующих состояниях, и пониженное давление и температура для этих трех газов следует переопределить следующим образом, чтобы повысить точность прогнозирования их коэффициентов сжимаемости при использовании обобщенных графиков:

Tr=TTc+8{\displaystyle T_{r}={\frac {T}{T_{c}+8}}} и Pr=PPc+8{\displaystyle P_{r}={\frac {P}{P_{c}+8}}}

где температуры указаны в градусах Кельвина, а давление — в атмосферах.

9.2 Правильность

Оценкипрецизионностианалитическихданныхнемогутрассматриватьсякакимеющиекакое-либозначениедляоценкиправильностиэтихданных; вполневозможнопривысокойпрецизионностиполучениенеправильныхданных.

Правильностьвычисленногозначенияпоказателякачестваприродногогазаможетрассматриватьсякаккомбинациятрехнезависимыхисточниковсистематическойпогрешности, аименно

a) неопределенностейтабличныхданных, приведенныхв-;

b) систематическойпогрешностиметодавычисления, вкоторомиспользуютсяэтиданные;

c) неопределенностей (вотличиеотпрецизионности) аналитическихданных, используемыхпри
вычислениях.

Напрактикетруднополучитьчисленныеоценкиправильностииз-занедостаткаадекватнойинформации; например, обращениекоригинальнымисточникамтабличныхданныхчастопозволяетобнаружитьинформацию, касающуюсятолькопрецизионности (см. вэтомконтекстеобсуждениеметана, приведенноев), итожесамоечастовернодляаналитическихданных. Крометого, строгийподходмогбыдатьоценкуабсолютногозначениянеопределенности, тогдакакнапрактикечасто
требуетсяоценканеопределенностизначенияпоказателякачестваотносительнонекоторойвыбранной
точки. Например, значениятеплотысгораниячастосравниваютсозначениемтеплотысгораниячистого
метана. Вэтомслучаенеопределенностьпринятогозначениятеплотысгоранияметананедаетвкладав
неопределенностьзначениятеплотысгоранияприродногогазаиливразностьмеждузначениямитеплотысгораниядвухразличныхприродныхгазов.

Опытпоказал, чтонаотносительныенеопределенностизначенийрассматриваемыхздесьфизическихсвойствбольшевсегобудутвлиятьнеопределенностианалитическихданныхичтовкладыотнеопределенностейтабличныхданныхисистематическойпогрешностиметодавычислениябудуточеньмалы. Ожидается, чтовкладыоттабличныхданныхбудутменее 0,05 %, аотсмещенияметодавычислениябудут
менее 0,015 %. Этимивкладамиможнопренебречьпосравнениюснеопределенностьюаналитических
данных, полученныхприанализетипичнойсмесиприродногогаза, содержащейот 12 до 20 компонентов.

Втехслучаях, когдавкладыотнеопределенностейтабличныхданныхиотсмещенияметодавычисленияявляютсязначимымипосравнениюсаналитическойнеопределенностью (напримердлявысокоточногоанализасмесейтолькомалогочислакомпонентови, возможно, вбудущем, после
улучшенияточностианализаприродногогаза), можетпотребоватьсяболеестрогийподход, основанный
наболееточнойоценкеисточниковсистематическойпогрешности, перечисленныхва), b) ис).

Показатели сжимаемости грунта

Характеристики почвы на деформацию определяются двумя методами:

  1. В жестких, не поддающихся растяжению, компрессионных устройствах. В них полностью исключается боковое расширение.
  2. В условиях возможного бокового расширения.

Степень сжатия периодически увеличивают, после каждой нагрузке дают время на стихание процесса деформации. После стабилизации измеряют осадку и выводят компрессионную кривую.

К показателям деформирования породы относят:

  • коэффициент сжимаемости;
  • относительной сжимаемости;
  • модуль деформации;
  • структурную прочность.

Коэффициент сжимаемости

Первый показатель, изменение рыхлости породы под давлением, крайне важен. Он определяет зависимость конечного деформирования почвенной смеси от давления и дает возможность установить формат осадка основания строения.

Коэффициент относительной сжимаемости

Это параметр деформации относительно единицы давления. При определении этого показателя учитывают: усадку образца под разным нажимом от 0 до p1, начальную высоту исследуемого материала в мм и уровень пористости.

Коэффициент сжимаемости, m0, связан с модулем поперечной деформации E0 (упругости). Степень поперечного расширения для разных песков, супесей, суглинков, глин, отличается.

Выделяют три категории грунта:

  1. сильно сжимаемый – m > 0,5 (МПа)-1
  2. средне сжимаемый – 0,1>m > 0,5 (МПа)-1
  3. мало сжимаемый – m < 0,5 (МПа)-1

Модуль упругости

Эта величина переменная. Она меняется: от степени сдавливания, времени воздействия, плотности породы, площади штампа. Чтобы спрогнозировать поведение почвенного слоя в условиях сдавливания, необходимо знать эти показатели.

Структурная прочность

Степень уплотнения зависит от структуры почвы, рыхлости, наличия кристаллизационных связей. Структурная прочность – это параметр напряженности, при котором происходит разрушение связей. Небольшие нагрузки вызывают легкую деформацию, при этом коэффициент пористости практически остается неизменным. При усилении нагрузок и достижении структурной прочности происходит перекомпоновка частиц, уплотнение и уменьшение пористости.

Адгезия

Все мы знаем, что гуси и утки выходят из воды сухими. Почему же их перья не намокают? Оказывается, у них есть специальная железа, которая выделяет жир, которым водоплавающие птицы при помощи клюва смазывают свои перья. И они остаются сухими, потому что вода стекает с них капельками.

Поместим каплю воды на пластинку из полистирола. Она принимает форму сплющенного шарика. Такую же каплю попробуем поместить на стеклянную пластинку. Мы увидим, что на стекле она растекается. Что же происходит с водой? Всё дело в том, что силы притяжения действуют не только между молекулами самой жидкости, но и между молекулами разных веществ в поверхностном слое. Эти силы называются силами адгезии (от латинского adhaesio — прилипание).

Взаимодействие жидкости с твёрдым телом называют смачиванием. Но поверхность твёрдого тела смачивается не всегда. Если окажется, что молекулы самой жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к твёрдой поверхности, то жидкость соберётся в капельку. Именно так ведёт себя вода на пластинке из полистирола. Она не смачивает эту пластинку. Точно так же не растекаются капельки утренней росы на листиках растений. И по этой же причине вода стекает с покрытых жиром перьев водоплавающих птиц.

А если притяжение молекул жидкости к твёрдой поверхности сильнее сил притяжения между самими молекулами, то жидкость расплывается на поверхности. Поэтому наша капелька на стекле также растеклась. В этом случае вода смачивает поверхность стекла.

Нальём воду в сосуд из полистирола. Посмотрев на поверхность воды, мы увидим, что она не горизонтальная. У краёв сосуда она искривляется вниз. Так происходит, потому что силы притяжения между молекулами воды больше, чем силы адгезии (прилипания). А в стеклянном сосуде поверхность воды у краёв искривляется вверх. В этом случае силы прилипания больше внутримолекулярных сил воды. В широких сосудах это искривление наблюдается только у стенок сосудов. А если сосуд узкий, то это искривление заметно по всей поверхности воды.

Явление адгезии широко используется в различных отраслях промышленности — лакокрасочной, фармацевтической, косметической и др. Смачивание необходимо при склеивании, крашении тканей, нанесении на поверхность красок, лаков. А при строительстве бассейнов их стенки, наоборот, покрывают материалом, который не смачивается водой. Такие же материалы используют для зонтов, плащей, непромокаемой обуви, тентов.

Малая сжимаемость — жидкость

К определению минимального давления в рабочем колесе.| J. К уравнению.

В любых случаях кавитации при быстрой конденсации парового пузырька окружающая его жидкость устремляется к центру пузырька ( центру конденсации) и в момент смыкания его объема производит вследствие малой сжимаемости жидкости резкий точечный удар.

Поэтому в гидравлике жидкость рассматривается как абсолютно несжимаемое тело ( здесь приходится делать исключение только при изучении одного вопроса — вопроса о так называемом гидравлическом ударе, когда даже малую сжимаемость жидкости приходится учитывать; см. гл.

Баллон нельзя наполнять целиком, так как при повышении температуры ( нагревание на солнце, нагревание атмосферным воздухом), как видно из рис. 10 — 31 6, вследствие очень малой сжимаемости жидкостей давление в процессе нагревания при постоянном объеме ( изохора) должно значительно возрасти, что может вызвать разрыв баллона. По диаграмме р — v можно установить, какую часть объема при загрузке должна занимать жидкость и какую — пар, чтобы при нагревании баллона до максимальной предполагаемой температуры при постоянном, объеме ( изохора) не произошло полного исчезновения пара и его перехода в жидкость. Если некоторая часть объема пара останется в баллоне, то давление в нем будет равно упругости насыщенного пара; на это давление баллон и должен быть рассчитан.

При низких давлениях и относительно высоких темп — pax оно переходит в ур-ние состояния идеального газа ( Клапейропа уравнение), а при высоких давлениях и низких темп — pax учитывает малую сжимаемость жидкостей.

Диаграмма изотерм углекислого газа.

Сжижение при неизменном давлении продолжается до точки Ь, к этой точке имеет место лишь одна жидкая фаза, и малейшее уменьшение объема приводит к быстрому возрастанию давления ( см. вертикальная ветвь кривой), что соответствует малой сжимаемости жидкости. На этой же диаграмме видно, что некоторые изотермы, лежащие выше критической ( К), не падают в область жидкой фазы, и повышение-давления не приводит k сжижению газа.

Сжижение при неизменном давлении продолжается до точки Ъ, в этой точке имеет место лишь одна жидкая фаза, я малейшее уменьшение объема приводит к быстрому возрастанию давления ( см. вертикальная ветвь кривой), что как раз и соответствует малой сжимаемости жидкости.

Малая сжимаемость жидкостей учащимся известна.

Опыты показали, что на участке ТС углекислота находится в газообразном состоянии, а на участке ВА — в жидком. Малая сжимаемость жидкостей приводит к тому, что участок изотермы ВА представляет собой почти вертикальную прямую.

Можно считать, что при обычных условиях жидкости практически несжимаемы. Малая сжимаемость жидкостей объясняется тем, что небольшое уменьшение расстояния г между молекулами на малых взаимных расстояниях между ними приводит к появлению больших сил межмолекулярного отталкивания. Понятно, что при очень больших внешних давлениях жидкости должны обнаруживать значительную сжимаемость. Опыты Бриджмена и других показали, что это действительно так.

Количественно сжимаемость жидкостей значительно ближе к сжимаемости твердых тел, чем газов. Малая сжимаемость жидкостей связана с тем, что в них существует огромное молекулярное давление, обусловленное силами притяжения молекул. Величина молекулярного давления составляет от 1000 до 20000 атм. Поскольку жидкости уже сжаты почти до предела внутренними силами, внешнее давление вызывает лишь небольшое дополнительное сжатие.

Все упомянутые явления сцепления объясняются притягательными силами между молекулами. Но малая сжимаемость жидкостей и твердых тел указывает на то, что при некоторых чрезвычайно малых расстояниях появляются, причины, мешающие полному совпадению или соприкосновению соседних молекул. Эти сложные и еще мало изученные изменения сил по всей вероятности связаны с явлениями электрическими и магнитными, сопровождающими очень быстрые движения электронов внутри атомов.

Жидкости имеют малую сжимаемость. Ввиду малой сжимаемости жидкостей во многих случаях практики ею пренебрегают.

Шестеренный насос.

Ссылки [ править ]

  1. ^
  2. Цукер, Роберт Д .; Библарц, Оскар (2002). Основы газовой динамики (2-е изд.). Wiley Books. ISBN 0-471-05967-6. стр. 327
  3. Маккуорри, Дональд А .; Саймон, Джон Д. (1999). Молекулярная термодинамика . Книги университетских наук. ISBN 1-891389-05-X. стр.55
  4. YVC Rao (1997). Химическая инженерия термодинамика . Universities Press (Индия). ISBN 81-7371-048-1.
  5. Cengel, Юнус А .; Болес, Майкл А. (2015). Термодинамика: инженерный подход, восьмое издание . McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-339817-4. стр.140
  6. Cengel, Юнус А .; Болес, Майкл А. (2015). Термодинамика: инженерный подход, восьмое издание . McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-339817-4. стр.139
  7. Смит, JM; и другие. (2005). Введение в термодинамику химической инженерии (седьмое изд.). Макгроу Хилл. ISBN 0-07-310445-0. page73
  8. (6 изд.). MCGraw-Hill. 1984. ISBN 0-07-049479-7. стр. 3-268
  9. (6 изд.). MCGraw-Hill. 1984. с.  . ISBN

Коэффициент — объемное сжатие

Знак минус поставлен для того, чтобы коэффициент объемного сжатия жидкости был положительной величиной. В самом деле, при увеличении давления ( dp 0) объем жидкости уменьшается ( dVx 0) и наоборот, то есть дифференциалы в числителе и знаменателе равенства (19.22) имеют разные знаки. Коэффициент объемного сжатия жидкости обычно считается универсальной постоянной, то есть считается, что он не зависит ни от температуры, ни от давления, но для разных жидкостей он принимает разные значения.

При нагревании такого сосуда вследствие очень малого значения коэффициента объемного сжатия жидкого хлора в нем резко возрастает давление, которое во много раз превышает расчетное. Резкий рост давления внутри сосуда является причиной гидравлического разрыва его обечайки и других конструктивных элементов. Происходит выброс хлора в атмосферу и отравление людей.

Объемная деформация воды под действием сил давления характеризуется коэффициентом объемного сжатия pw 5 — 10 — 8 для давлений 1 — 500 am и коэффициентом температурного расширения рг: ( 14 -: — 719) 10 — 6 для интервала температур 0 ч — 100 С. Поэтому при рассмотрении движения воды в трещиноватой среде для обычно встречающихся в инженерной практике колебаний давлений и температур изменяемость объема воды весьма мала; и ею практически можно пренебречь.

Нельзя, однако, изменить характер зависимости, например, коэффициента объемного сжатия ( при постоянной температуре) от давления, изменяя единицы, в которых измеряются объем и давление. Если этот коэффициент уменьшается с увеличением давления при одном каком-нибудь выборе единиц, то он будет уменьшаться и при любом другом выборе их. Тогда надо ответить на вопрос, возникший фактически с момента изобретения термометра Галилеем: чем отличается измерение температуры от измерения такой величины, как, например, объем.

Модулем объемной упругости жидкости / С называется величина, обратная коэффициенту объемного сжатия.

Очевидно, что модуль объемной упругости — К является обратной величиной коэффициента объемного сжатия.

Винтовой пресс Рухгольца для тарировки пружинных манометров работает на масле с коэффициентом объемного сжатия р 6 25 10 — 5 см2 / кг.

Величина получаемых давлений пропорциональна мощности, обратно пропорциональна длительности импульса и зависит от коэффициента объемного сжатия жидкости. Средой для получения электрогидравлического эффекта может служить любая жидкость; наиболее удобной является техническая вода.

Найти приближенное значение частоты со первого тона вертикальных колебаний жидкости в трубе, если коэффициент объемного сжатия последней равен / ill / M J, а труба имеет круговое поперечное сечение площадью S. Считать, что амплитуды перемещений частиц жидкости по вертикали и изменяются но линейному закону ( смотри зпюру), растеканием жидкости в радиальном направлении пренебречь.

Поскольку непосредственное измерение сжимаемости жидкости в процессе испытаний затруднительно, НАТИ предложил методику определения коэффициента объемного сжатия по результатам специальных экспериментов. Так, при испытании гидромотора объем жидкости в под-поршневом пространстве, сжатый до рабочего давления, в конце рабочего хода поршня подключается к сливной магистрали с низким давлением и расширяется.

Здесь Ь, у-структурные параметры породы, зависящие от коэффициентов Юнга и Пуассона, коэффициентов объемного сжатия кварца и цемента породы, объемного содержания кварца и цемента породы, коэффициента пористости на контуре пласта; р, рк — текущее и контурное давление соответственно; kK — коэффициент проницаемости внешней границы.

Сжимаемостью называют способность жидкости изменять свою плотность при изменении давления или температуры; она характеризуется коэффициентом объемного сжатия Э1 / ( / Ср 273) ijepad. Если плотность при движении жидкости или газа не изменяется, то жидкость называют несжимаемой.

Для некоторых материалов, например глины, при деформации всестороннего сжатия между сжимающим давлением р и коэффициентом объемного сжатия 0 — div w также получается аналогичная зависимость.

Физически коэффициент объемного расширения fip показывает относительное изменение объема при изменении температуры на 1 С, а коэффициент объемного сжатия 3СЖ — относительное изменение объема при изменении давления на 0 1 МПа.

Относительное изменение объема жидкости при увеличении давления на 1 кг на каждый квадратный сантиметр ее поверхности характеризуется коэффициентом объемного сжатия ри.

Сжимаемость тел

Как дождевые капли барабанят по крыше, так бьются о стенки сосуда молекулы газа. Число этих ударов огромно, и действие их, сливаясь воедино, и создает то давление, которое может двигать поршень двигателя, разорвать снаряд или надуть воздушный шар. Град молекулярных ударов — это атмосферное давление, это давление, заставляющее прыгать крышку кипящего чайника, это сила, выбрасывающая пулю из винтовки.

С чем же связано давление газа? Ясно, что давление будет тем больше, чем сильнее удар, наносимый одной молекулой. Не менее очевидно, что давление будет зависеть от числа ударов, наносимых в секунду. Чем больше молекул в сосуде, тем чаще удары, тем больше давление. Значит, прежде всего давление р данного газа пропорционально его плотности.

Если масса газа неизменна, то, уменьшая объем, мы в соответствующее число раз увеличиваем плотность. Значит, давление газа в таком закрытом сосуде будет обратно пропорционально объему. Или, иными словами, произведение давления на объем должно быть неизменным:

ρV = const.

Этот простой закон был открыт английским физиком Бойлем и французским ученым Мариоттом. Закон Бойля — Мариотта — один из первых количественных законов в истории физической науки. Разумеется, он имеет место при неизменной температуре.

По мере сжатия газа уравнение Бойля — Мариотта выполняется все хуже. Молекулы приближаются, взаимодействие между ними начинает сказываться на поведении газа.

Закон Бойля — Мариотта справедлив в тех случаях, когда вмешательство сил взаимодействия в жизнь молекул газа совершенно незаметно. Поэтому о законе Бойля — Мариотта говорят как о законе идеальных газов.

Прилагательное «идеальный» звучит несколько забавно по отношению к слову «газ». Идеальный — это значит совершенный, такой, что лучше быть не может.

Чем проще модель или схема, тем идеальнее она для физика. Упрощаются расчеты, легкими и ясными становятся объяснения физических явлений. Термин «идеальный газ» относится к простейшей схеме газа. Поведение достаточно разреженных газов практически неотличимо от поведения идеальных газов.

Сжимаемость жидкостей гораздо меньше, чем сжимаемость газов. В жидкости молекулы уже находятся в «соприкосновении». Сжатие состоит лишь в улучшении «упаковки» молекул, а при очень больших давлениях — в спрессовке самой молекулы. Насколько силы отталкивания затрудняют сжатие жидкости, видно из следующих цифр. Повышение давления от одной до двух атмосфер влечет за собой уменьшение объема газа вдвое, в то время как объем воды изменяется на 1/20 000, а ртути — всего на 1/250 000.

Даже огромное давление на глубинах океана неспособно сколько-нибудь заметно сжать воду. Действительно, давление в одну атмосферу создается столбом воды в десять метров. Давление под слоем воды в 10 км равно 1000 атмосфер. Объем воды уменьшается на 1000/20 000, т. е. на 1/20.

Сжимаемость твердых тел мало отличается от сжимаемости жидкости. Это и понятно — в обоих случаях молекулы уже соприкасаются, и сжатие может быть достигнуто лишь за счет дальнейшего сближения уже сильно отталкивающихся молекул. Сверхвысокими давлениями в 50-100 тысяч атмосфер удается сжать сталь на 1/1000, свинец — на 1/7 долю объема.

Из этих примеров видно, что в земных условиях не удается сколько-нибудь значительно сжать твердое вещество.

Но во Вселенной есть тела, где вещество сжато несравненно сильнее. Астрономы открыли существование звезд, плотность вещества в которых доходит до 106г/см3. Внутри этих звезд — их называют белыми карликами («белые» — по характеру светимости «карлики» — из-за относительно малых размеров) — должно поэтому иметь место огромное давление.

Вязкость

Различные жидкости имеют разную текучесть. Так, вода из бутылки вытекает быстрее, чем растительное масло. Мёд из стакана выливается медленнее, чем молоко. На эти жидкости действуют одинаковые силы тяжести. Так почему же их текучесть отличаются? Всё дело в том, что они обладают различной вязкостью. Чем выше вязкость жидкости, тем меньше её текучесть.

Что же такое вязкость, и какова её природа? Вязкость также называют внутренним трением. Это способность жидкости сопротивляться перемещению различных слоёв жидкости относительно друг друга. Молекулы, находящиеся в одном из слоёв и сталкивающиеся между собой во время теплового движения, сталкиваются ещё и с молекулами соседних слоёв. Возникают силы, тормозящие их движение. Они направлены в сторону, противоположную движению рассматриваемого слоя.

Вязкость — важная характеристика жидкостей. Её учитывают в различных технологических процессах, например, когда по трубопроводам необходимо перекачивать жидкость.

Вязкость жидкости измеряют с помощью прибора, называемого вискозиметром. Самым простым считается капиллярный вискозиметр. Принцип его действия не сложен. Подсчитывается время, за которое заданный объём жидкости протекает через тонкую трубочку (капилляр) под воздействием разности давлений на его концах. Так как известны диаметр и длина капилляра, разность давлений, то можно произвести расчёты на основании закона Пуазёйля, согласно которому проходящий в секунду объём жидкости (секундный объёмный расход) прямо пропорционален перепаду давления на единицу длины трубы и четвертой степени её радиуса и обратно пропорционален коэффициенту вязкости жидкости.

где Q — секундный расход жидкости, м3/с;

р1 — р2 = ∆р — перепад давлений на концах капилляра, Па;

R — радиус капилляра, м;

d — диаметр капилляра, м;

ƞ коэффициент динамической вязкости, Па/с;

l— длина капилляра, м.

Объём

Расстояние между молекулами внутри жидкости очень мало. Оно меньше размеров самих молекул. Поэтому жидкость очень трудно сжать механически. Давление, производимое на жидкость, заключённую в сосуд, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Так формулируется закон Паскаля. На этой особенности жидкостей основана работа тормозных систем, гидравлических прессов и других гидравлических устройств.

Жидкость сохраняет свой объём, если не изменяются внешние условия (давление, температура). Но при нагревании объём жидкости увеличивается, а при охлаждении уменьшается. Впрочем, здесь есть исключение. При нормальном давлении и повышении температуры от 0 до 4о объём воды не увеличивается, а уменьшается.

Вязкость

Вязкость — это способность жидкости сопротивляться сдвигу, т. е. свойство, обратное текучести (более вязкие жидкости являются менее текучими). Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения).

Рассмотрим слоистое течение жидкости вдоль стенки (рисунок)

В этом случае происходит торможение потока жидкости, обусловленное ее вязкостью. Причем скорость движения жидкости в слое тем ниже, чем ближе он расположен к стенке. Согласно гипотезе Ньютона касательное напряжение, возникающее в слое жидкости на расстоянии у от стенки, определяется зависимостью:

Закон трения Ньютона

где dv/dy — градиент скорости, характеризующий интенсивность нарастания скорости v при удалении от стенки (по оси у), μ ‑ динамическая вязкость жидкости.

Течения большинства жидкостей, используемых в гидравлических системах, подчиняются закону трения Ньютона, и их называют ньютоновскими жидкостями.

Однако следует иметь в виду, что существуют жидкости, в которых закон Ньютона в той или иной степени нарушается. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Величина μ, входящая в формулу (динамическая вязкость жидкости), измеряется в Па⋅с либо в пуазах 1 П = 0.1 Па⋅с. Пуа́з (обозначение: П, до 1978 года пз; международное — P; от фр. poise) — единица динамической вязкости в системе единиц СГС. Один пуаз равен вязкости жидкости, оказывающей сопротивление силой в 1 дину взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и взаимно перемещающихся с относительной скоростью 1 см/с.

Единица названа в честь Ж. Л. М. Пуазёйля. Пуаз имеет аналог в системе СИ — паскаль-секунда (Па·c).

Вода при температуре 20 °C имеет вязкость 0,01002 П, или около 1 сантипуаза.

Однако на практике более широкое применение нашла

Кинематическая вязкость:

Единицей измерения последней в системе СИ является м2/с или более мелкая единица — см2/с, которую принято называть стоксом, 1 Ст = 1 см2/с. Для измерения вязкости также используются сантистоксы: 1 сСт = 0,01 Ст.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов — растет (см. рисунок).

Это объясняется тем, что в капельных жидкостях, где молекулы расположены близко друг к другу, вязкость обусловлена силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает. В газах молекулы располагаются значительно дальше друг от друга. Вязкость газа зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. С ростом температуры эта интенсивность растет и вязкость газа увеличивается.

Вязкость жидкостей зависит также от давления, но это изменение незначительно, и в большинстве случаев его не учитывают.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector