Удельный вес равен произведению плотности на

Физические свойства жидкостей

Основы гидравлики

Гидравлика – это наука, занимающаяся изучением законов покоя и движения жидких тел и рассматривающая приложения этих законов к решению конкретных технических задач. Гидравлика состоит из двух разделов: гидростатики и гидродинамики. Гидростатика рассматривает законы равновесия в состоянии покоя, а гидродинамика – законы движения жидкостей и газов.

Движение жидкостей и газов характеризуется одними и теми же законами, поэтому в гидравлике принято объединять жидкости, газы, пары под единым названием – жидкости.

В гидравлике вводят понятие о реально несуществующей идеальной жидкости. Такая жидкость абсолютно несжимаема, не обладает внутренним трением между частицами (вязкостью) и не изменяет плотности с изменением температуры. В действительности, жидкости в той или иной мере сжимаемы и обладают вязкостью; они называются реальными или вязкими.

Реальные (вязкие) жидкости делятся на собственно жидкости, называемые капельными (практически несжимаемы) и упругие жидкости – газы, обладающие сжимаемостью или упругостью, т.е. способные изменять свой объем с изменением давления. Все жидкости характеризуются следующими основными физическими свойствами: плотностью, вязкостью, поверхностным натяжением, давлением.

Масса единицы объема жидкости называется плотностью:

,

где m – масса жидкости, кг;

V – объем жидкости, м 3 .

Вес единицы объема жидкости называется удельным весом γ [н/м 3 ]:

Масса и вес связаны между собой соотношением:

,

где g – ускорение свободного падения, м/сек 2 ;

Плотность и удельный вес жидкости связаны между собой. Эта связь легко устанавливается, если учесть, что G = mg

,

Плотность газов значительно меняется с изменением давления и температуры. Для расчёта плотности газов (паров) при рабочих условиях пользуются зависимостью:

,

где Т, Р– температура и давление при нормальных условиях ();

Т, Р– температура и давление при рабочих условиях;

ρ– плотность при нормальных условиях (н.у.). Значения приводятся в справочной литературе.

Если значение ρ для газов (паров) отсутствует в справочной литературе, то ρ рассчитывают как ( – мольная масса газа, кг/кмоль).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9756 – | 7376 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Сегодня рассмотрим удельный вес и его отличие от плотности. Здесь показан способ получения этой характеристики для твердых тел. В статье приводятся самый большой и маленький удельный вес среди благородных металлов, которые сравниваются с аналогичными величинами некоторых важных для современного мира веществ.

Разница между весом и массой

Для начала стоит обсудить разницу, которая в быту совершенно не важна. Но если вы решаете физические задачи про движение тел в пространстве, не связанном с поверхностью планеты Земля, то различия, которые мы приведем, весьма существенны. Итак, опишем, в чем разница между весом и массой.

Определение веса

Вес имеет смысл только в поле тяжести, то есть вблизи крупных объектов. Другими словами, если человек находится в зоне притяжения звезды, планеты, крупного спутника или приличных размеров астероида, то весом называется та сила, которую оказывает тело на препятствие между ним и источником гравитации в неподвижной системе отсчета. Эта величина измеряется в ньютонах. Представьте, что в космосе висит звезда, на каком-то расстоянии от неё находится каменная плита, а на плите лежит железный шарик. Вот с какой силой он давит на препятствие, таким и будет вес.

Читайте также:  Отзывы о шуруповертах патриот

Как известно, гравитация зависит от расстояния и массы притягивающего объекта. То есть если шарик лежит далеко от тяжелой звезды или близко к небольшой и относительно легкой планете, то действовать на плиту он будет одинаково. А вот на разных расстояниях от источника гравитации сила сопротивления одного и того же объекта будет разной. Что это значит? Если человек передвигается в пределах одного города, то ничего. Но если речь идет об альпинисте или подводнике, то пусть он знает: глубоко под океаном, ближе к ядру, объекты имеют больший вес, чем на уровне моря, а высоко в горах – меньший. Однако в пределах нашей планеты (к слову сказать, не самой большой даже в Солнечной системе) разница не такая существенная. Она становится заметной при выходе в открытый космос, за пределы атмосферы.

Определение массы

Масса же тесно связана с инерцией. Если углубляться, то она определяет, какое гравитационное поле создает тело. Эта физическая величина является одной из самых фундаментальных характеристик. Зависит она только от вещества при не релятивистских (то есть близких к световой) скоростях. В отличие от веса, масса не зависит от расстояния до другого объекта, она определяет силу взаимодействия с ним.

Также значение массы объекта инвариантно к системе, в которой определяется. Измеряется в таких величинах, как килограмм, тонна, фунт (не путать с футом) и даже стоун (что по-английски значит «камень»). Все зависит от того, в какой стране человек живет.

Определение удельного веса

Теперь, когда читатель разобрался в этой важной разнице между двумя похожими понятиями и не путает их между собой, мы перейдем к тому, что такое удельный вес. Этим термином обозначается отношение веса вещества к его объему. В универсальной системе СИ обозначается как ньютон на метр кубический. Заметьте, в определении говорится о веществе, которое упоминается либо в чисто теоретическом (как правило, химическом) аспекте, либо применительно к однородным телам.

В некоторых задачах, решаемых в специфических областях физического знания, удельный вес считается как следующее соотношение: насколько исследуемое вещество тяжелее, чем вода четырех градусов Цельсия при равных объемах. Как правило, эта примерная и относительная величина используется в науках, связанных, скорее, с биологией или геологией. Этот вывод исходит из того, что указанная температура – средняя в океане по планете. По-другому удельный вес, определяемый вторым способом, может называться относительной плотностью.

Разница между удельным весом и плотностью

Соотношение, которым определяется эта величина, легко спутать с плотностью, так как это масса, деленная на объем. Однако вес, как мы уже выяснили, зависит от расстояния до источника гравитации и его массы, и эти понятия различны. При этом необходимо отметить, что в определенных условиях, а именно при невысокой (нерелятивистской) скорости, постоянном g и небольших ускорениях, могут численно совпасть плотность и удельный вес. Это означает, что рассчитывая две величины, можно получить для них одинаковое значение. При выполнении вышеназванных условий такое совпадение может привести к мысли, что эти два понятия являются одним и тем же. Это заблуждение опасно вследствие принципиальной разницы между заложенными в их фундамент свойствами.

Читайте также:  Компонент латуни 4 буквы

Измерение удельного веса

Дома получить удельный вес металлов, да и других твердых веществ, сложно. Однако в простейшей лаборатории, оборудованной весами с глубокими чашами, скажем, в школе, это не составит труда. Металлический предмет взвешивается в нормальных условиях – то есть просто на воздухе. Это значение зарегистрируем как х1. Затем ту чашу, в которой лежит предмет, погружают в воду. При этом он теряет по всем известному закону Архимеда вес. Прибор теряет первоначальное положение, коромысло перекашивается. Для уравновешивания добавляется груз. Его величину обозначим х2.

Удельным весом тела будет соотношение х1 к х2. Помимо металлов, удельный вес измеряется для веществ в различных агрегатных состояниях, при неравном давлении, температуре, других характеристиках. Для определения искомой величины применяют методы взвешивания, пикнометра, ареометра. В каждом конкретном случае следует подбирать такие экспериментальные установки, которые учитывают все факторы.

Вещества с наибольшим и наименьшим удельным весом

Помимо чистой математической и физической теории, вызывают интерес своеобразные рекорды. Здесь мы постараемся привести те из элементов химической системы, которые обладают наибольшим и наименьшим зарегистрированным удельным весом. Среди цветных металлов самые «тяжелые» – благородные платина и золото, за ними следует тантал, названный в честь древнегреческого героя. Первые два вещества по удельному весу почти вдвое превышают аналогичные значения следующих за ними серебра, молибдена и свинца. Ну а самым легким среди благородных металлов стал магний, который почти в шесть раз меньше чуть более тяжелого ванадия.

Значения удельного веса некоторых других веществ

Мир современности был бы невозможен без железа и его разнообразных сплавов, и их удельный вес, несомненно, зависит от состава. Его значение варьируется в пределах одной-двух единиц, но в среднем это не самые высокие показатели среди всех веществ. А что же мы можем сказать об алюминии? Как и плотность, удельный вес его очень невысок – всего лишь вдвое больше магния. Это существенное преимущество для строительства высотных зданий, например, или летательных аппаратов, особенно в сочетании с такими его свойствами, как прочность и ковкость.

А вот медь отличается весьма высоким удельным весом, почти наравне с серебром и свинцом. При этом ее сплавы, бронза и латунь, немного легче за счет других металлов, обладающих меньшим значением обсуждаемой величины. Очень красивый и невероятно дорогой алмаз имеет, скорее, низкое значение удельного веса – всего лишь в три раза больше, чем у магния. Кремний и германий, без которых были бы невозможны современные миниатюрные гаджеты, несмотря на то, что имеют похожие структуры, тем не менее различаются. Удельный вес первого почти вдвое меньше, чем второго, хотя оба на этой шкале относительно легкие вещества.

Плотность жидкости – масса вещества, заключенная в единице объема; обозначают греческой буквой ρ (читается «ро»).

Если жидкость неоднородна по массе, то плотно­стью тела в данной точке ее объема называют предел отношения элемента массы к элементу его объема:

,

если тело однородно, то плотность определяется как:

.

В системе СИ измеряется в кг/м 3 , имеет размерность:

, .

Удельный (объемный) вес – вес единицы объема вещества, обозначают греческой буквой γ («гамма»).

Физический смысл удельного веса определяется формулой:

,

где G – сила тяжести, Н; V – объем тела, м 3 .

При этом сила тяжести равна:

,

где m –масса тела, кг; g –ускорение свободного падения, g=9,81Н/кг или м/с 2 .

Читайте также:  Краскопульт виды и типы

Удельный вес имеет размерность:

.

Плотность и удельный вес вещества связаны между собой соотношением:

.

Плотность некоторых жидкостей

Жидкость Температура t, o C Плотность p, кг/м 3
Вода пресная
Вода морская
Ртуть
Касторовое масло
Керосин 790-820
Бензин 680-780
Бензол
Ацетон
Древесный спирт
Спирт этиловый
Глицерин безводный
Нефть 760-900
Минеральное масло 877–892

Диапазон значений удельного веса γ и плотности ρ некоторых газов

Газ Удельный вес γ, Н/м 3 Плотность ρ, кг/м 3
Водород 0,81 0,08
Водяной пар 7,25 0,74
Окись углерода 11,3 1,15
Азот 11,3 1,15
Воздух 11,6 1,2
Кислород 12,8 1,3
Углекислота 17,6 1,8

Плотность воды при различных температурах при атмосферном давлении

t, o C
p, кг/м 3

При изменении термодинамических параметров плотность жидкости меняется.

Для определения плотности жидкости при любой температуре и атмосферном давлении обычно применяют формулу Д.И.Менделеева:

, (1.1)

где ρt – плотность при неизвестной температуре, кг/м 3 ; Н; ρ20 – плотность при температуре 20 o C, кг/м 3 ; βt – температурный коэффициент объемного расширения нефтепродукта, 1/град.

Плотность нефтепродуктов ρ в зависимости от химического состава и температуры изменяется в пределах 700-1100 кг/м 3 .

При инженерных расчетах пересчет плотности с одной температуры на другую может проводится также по формуле:

где ρт, ρ293 – плотность нефтепродукта соответственно при температурах Т и 293К; β – коэффициент объемного расширения (табл. 1.5); ξ – температурная поправка, находится по таблице или рассчитывается по формуле

Средние температурные поправки, плотность и коэффициент объемного расширения для нефтепродуктов

Плотность ρ293, кг/м 3 Темпера- турная поправка ξ, кг/(м 3 К) Коэффици-ент объемного расширения β, 1/К Плотность ρ293, кг/м 3 Темпера- турная поправка ξ, кг/(м 3 К) Коэффици-ент объемного расширения β, 1/К
700-709 710-719 720-729 730-739 740-749 750-759 760-769 770-779 780-789 790-799 800-809 810-819 820-829 830-839 840-849 850-859 860-869 870-879 880-889 0,897 0,884 0,870 0,857 0,844 0,831 0,818 0,805 0,792 0,778 0,765 0,752 0,738 0,725 0,712 0,699 0,686 0,673 0,660 0,001263 0,001227 0,001193 0,001160 0,001128 0,001098 0,001068 0,001039 0,001010 0,000981 0,000952 0,000924 0,000896 0,000868 0,000841 0,000818 0,000793 0,000769 0,000746 890-899 900-909 910-919 920-929 930-939 940-949 950-959 960-969 970-979 980-989 990-999 1000-1009 1010-1019 1020- 1029 1030-1039 1040-1049 1050-1059 1060-1069 1070-1079 0,647 0,638 0,620 0,607 0,594 0,581 0,567 0,554 0,541 0,528 0,515 0,502 0,489 0,476 0,463 0,450 0,437 0,424 0,411 0,000722 0,000699 0,000677 0,000656 0,000635 0,000615 0,000594 0,000574 0,000555 0,000536 0,000518 0,000499 0,000482 0,000464 0,000447 0,000431 0,000414 0,000398 0,000382

Для определения плотности жидкости при изменении давления и постоянной температуре применяют зависимость:

,

где ρp – плотность при давлении р, кг/м 3 ; Н; ρн – плотность при начальном давлении p, кг/м 3 ; βp – коэффициент объемного сжатия нефтепродукта, 1/Па, – изменение давления , Па.

Для определения плотности жидкости при одновременном изменении температуры и давления применяют уравнение термодинамического равновесия жидкости:

,

где – изменение объема жидкости, м 3 ; V – начальный объем жидкости, м 3 ; и – изменение давления и температуры соответственно, Па и К.

Иногда в гидравлике используют понятие относительной плотности безразмерного числа, представляющего собой отношение плотности данной жидкости к наибольшей плотности дистиллированной воды, взятой при 4ºС.

Относительная плотность определяется по формуле:

,

где ρж – плотность жидкости, кг/м 3 ; ρв – плотность воды при 4ºС,кг/м 3 .

Удельный объем – объем, занимаемый единицей массы вещества, величина обратная плотности, системе СИ измеряется в м 3 / кг .

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector