2.2 Закон Паскаля.
2.3 Ламінарний плин рідин.
2.4 Закон Пуайзеля.
2.5 Турбулентний плин рідин.
3.1 Вимірювання в'язкості рідини.
3.2 Вимірювання обсягу й витрати рідини
1. Рідке стан речовини і його властивості.
Рідини займають проміжне положення між газо-образними і твердими речовинами. При температурах, близьких до температур кипіння, властивості рідин наближаються до властивостей газів; при температурах, близьких до температур плавлення, властивості рідин наближаються до властивостей твер-дих речовин. Якщо для твердих речовин характерна сувора впорядкованість частинок, що розповсюджується на відстані до со-тен тисяч міжатомних або міжмолекулярних радіусів, то в рідкому речовині зазвичай буває не більше декількох десятків упорядкованих частинок - пояснюється це тим, що впорядкованість між частинками в різних місцях рідкої речовини так само швидко виникає, як і знову «розмивається» тепловим коливанням частинок. Разом з тим загальна щільність упаковки частинок рідкої речовини мало відрізняється від твердої речовини - тому їх щільність близька до щільності твердих тіл, а стисливість дуже мала. Наприклад, щоб зменшити обсяг, яку він обіймав рідкою водою, на 1%, потрібно докласти тиск
Вище зазначалося, що рідини мають певний власний обсяг і приймають форму посудини, в якому знаходяться; ці їх властивості значно ближче до властивостей твердого, ніж газоподібної речовини. Велика близькість рідкого стану до твердого підтверджується також даними за стандартними ентальпії випаровування? Н ° ісп і стандартним ентальпії плавлення? Н ° пл. Стандартної ентальпії випаровування називають кількість теплоти, необхідне для перетворення 1 моль рідини в пар при 1 атм (101,3 кПа). Те ж кількість теплоти виділяється при конденсації 1 моль пари в рідину при 1 атм. Кількість теплоти, що витрачається на перетворення 1 моль твердого тіла в рідину при 1 атм, називають стандартною ентальпією плавлення (то ж кількість теплоти вивільняється при «замерзанні» ( «твердінні») 1 моль рідини при 1 атм). Відомо, що? Н ° пл набагато менше відповідних значень? Н ° ісп. що легко зрозуміти, оскільки перехід з твердого стану в рідке супроводжується меншим порушенням міжмолекулярної притому-вання, ніж перехід з рідкого в газоподібний стан.
Ряд інших важливих властивостей рідин більше нагадує властивості газів. Так, подібно газам рідини можуть текти - це їх властивість називається плинністю. Опірність течією визначається в'язкістю. На плинність і в'язкість впливають сили тяжіння між молекулами рідини, їх відносна мо-лекулярная маса, а також цілий ряд інших чинників. в'язкість рідин
в 100 разів більше, ніж у газів. Так само, як і гази, рідини здатні дифундувати, хоча і набагато повільніше, оскільки частинки рідини упаковані набагато щільніше, ніж частки газу.
Одне з найважливіших властивостей саме рідини - її поверхневий натяг (це властивість не властиво ні газам, ні твер-дим речовинам). На молекулу, що знаходиться в рідині, з усіх боків рівномірно діють міжмолекулярні сили. Однак на поверхні рідини баланс цих сил порушується, і внаслідок її вія цього «поверхневі» молекули виявляються під дією якоїсь результуючої сили, спрямованої всередину рідини. З цієї причини поверхня рідини виявляється в стані натягу. Поверхневий натяг - це мінімальна сила, стримуюча рух частинок рідини в глибину рідини і тим самим утримує поверхню рідини від скорочення. Саме поверхневий натяг пояснюється «каплевидная» форма вільно падаючих частинок рідини.
Через збереження обсягу рідина здатна утворювати вільну поверхню. Така поверхня є поверхнею розділу фаз даної речовини: по одну сторону знаходиться рідка фаза, по іншу - газоподібна (пар), і, можливо, інші гази, наприклад, повітря. Якщо рідка і газоподібна фази одного і того ж речовини стикаються, виникають сили, які прагнуть зменшити площу поверхні розділу - сили поверхневого натягу. Поверхня розділу поводиться як пружна мембрана, яка прагне стягтися.
Поверхневий натяг може бути пояснено тяжінням між молекулами рідини. Кожна молекула притягує інші молекули, прагне «оточити» себе ними, а значить, піти з поверхні. Відповідно, поверхня прагне зменшитися. Тому мильні бульбашки і бульбашки при кипінні прагнуть прийняти сферичну форму: при даному обсязі мінімальної поверхнею має кулю. Якщо на рідину діють тільки сили поверхневого натягу, вона обов'язково візьме сферичну форму - наприклад, краплі води в невагомості.
Маленькі об'єкти з щільністю, більшої щільності рідини, здатні «плавати» на поверхні рідини, так як сила тяжіння менше сили, що перешкоджає збільшенню площі поверхні.
Змочування - поверхневе явище, що виникає при контакті рідини з твердою поверхнею в присутності пара, тобто на кордонах розділу трьох фаз. Змочування характеризує «прилипання» рідини до поверхні і розтікання по ній (або, навпаки, відштовхування і нерастеканіе). Розрізняють три випадки: незмочування, обмежене змочування і повне змочування.
Зміщуваність - здатність рідин розчинятися один в одному. Приклад змішуються рідин: вода і етиловий спирт, приклад незмішуваних: вода і рідке масло.
При знаходженні в посудині двох змішуються рідин молекули в результаті теплового руху починають поступово проходити через поверхню розділу, і таким чином рідини поступово змішуються. Це явище називається дифузією (відбувається також і в речовинах, які знаходяться в інших агрегатних станах).
Рідина можна нагріти вище точки кипіння таким чином, що кипіння не відбувається. Для цього необхідний рівномірний нагрів, без значних перепадів температури в межах обсягу і без механічних впливів, таких, як вібрація. Якщо в перегріту рідину кинути що-небудь, вона миттєво закипає. Перегріту воду легко отримати в мікрохвильовій печі.
Переохолодження - охолодження рідини нижче точки замерзання без перетворення в тверде агрегатний стан. Як і для перегріву, для переохолодження необхідно відсутність вібрації і значних перепадів температури.
Якщо змістити ділянку поверхню рідини від положення рівноваги, то під дією повертають сил поверхню починає рухатися назад до рівноважного стану. Це рух, однак, не зупиняється, а перетворюється в коливальний рух близько рівноважного положення і поширюється на інші ділянки. Так виникають хвилі на поверхні рідини.
Якщо повертає сила - це переважно сили тяжіння, то такі хвилі називаються гравітаційними хвилями. Гравітаційні хвилі на воді можна бачити повсюдно.
Якщо повертає сила - це переважно сила поверхневого натягу, то такі хвилі називаються капілярними. Якщо ці сили можна порівняти, такі хвилі називаються капілярно-гравітаційними. Хвилі на поверхні рідини загасають під дією в'язкості і інших чинників.
Формально кажучи, для рівноважного співіснування рідкої фази з іншими фазами того ж речовини - газоподібної або кристалічної - потрібні строго певні умови. Так, при даному тиску потрібна строго певна температура. Проте, в природі і в техніці повсюдно рідина співіснує з парою, або також і з твердим агрегатним станом - наприклад, вода з водяною парою і часто з льодом (якщо вважати пар окремої фазою, присутньої поряд з повітрям). Це пояснюється наступними причинами.
- Неравновесное стан. Для випаровування рідини потрібен час, поки рідина не випарувалася повністю, вона співіснує з парою. У природі постійно відбувається випаровування води, також як і зворотний процес - конденсація.
- Замкнуте обсяг. Рідина в закритій посудині починає випаровуватися, але оскільки обсяг обмежений, тиск пара підвищується, він стає насиченим ще до повного випаровування рідини, якщо її кількість була досить велика. При досягненні стану насичення кількість випаровується рідини дорівнює кількості конденсованої рідини, система приходить в рівновагу. Таким чином, в обмеженому обсязі можуть встановитися умови, необхідні для рівноважного співіснування рідини і пара.
- Присутність атмосфери в умовах земної гравітації. На рідина діє атмосферний тиск (повітря і пар), тоді як для пара має враховуватися практично тільки його парціальний тиск. Тому рідини і пару над її поверхнею відповідають різні точки на фазовій діаграмі, в області існування рідкої фази і в області існування газоподібної відповідно. Це не скасовує випаровування, але на випаровування потрібно час, протягом якого обидві фази співіснують. Без цієї умови рідини скипали б і випаровувалися дуже швидко.
2.1 Закон Бернуллі - є наслідком закону збереження енергії для стаціонарного потоку ідеальної (тобто без внутрішнього тертя) нестисливої рідини:
- висота, на якій знаходиться розглянутий елемент рідини,
- тиск в точці простору, де розташований центр маси елемента, що розглядається рідини,
- прискорення вільного падіння.
Константа в правій частині зазвичай називається напором. або повним тиском, а також інтегралом Бернуллі. Розмірність всіх доданків - одиниця енергії, що припадає на одиницю об'єму рідини.
Це співвідношення, виведене Данилом Бернуллі в 1738 р було названо на його честь рівнянням Бернуллі. Для горизонтальної труби h = 0 і рівняння Бернуллі приймає вигляд:
.
Ця форма рівняння Бернуллі може бути отримана шляхом інтегрування рівняння Ейлера для стаціонарного одновимірного потоку рідини, при постійній щільності ρ:
.
Відповідно до закону Бернуллі повний тиск у сталому потоці рідини залишається постійним уздовж цього потоку.
Повний тиск складається з вагового (ρgh), статичного (p) і динамічного (ρν 2/2) тисків.
Із закону Бернуллі випливає, що при зменшенні перерізу потоку, через зростання швидкості, тобто динамічного тиску, статичний тиск падає. Це є основною причиною ефекту Магнуса. Закон Бернуллі справедливий і для ламінарних потоків газу. Явище зниження тиску при збільшенні швидкості потоку лежить в основі роботи різного роду витратомірів (наприклад труба Вентурі), водо- і пароструминних насосів. А послідовне застосування закону Бернуллі призвело до появи технічної гидромеханической дисципліни - гідравліки.
Закон Бернуллі справедливий в чистому вигляді тільки для рідин, в'язкість яких дорівнює нулю, тобто таких рідин, які не прилипають до поверхні труби. Насправді експериментально встановлено, що швидкість рідини на поверхні твердого тіла майже завжди в точності дорівнює нулю (крім випадків відриву струменів при деяких рідкісних умовах).
2.2 Закон Паскаляформуліруется так:
Д
Основна властивість рідин і газів - передавати тиск без зміни в усіх напрямках - лежить в основі конструкції гідравлічних і пневматичних пристроїв і машин.