Сжимаемость жидкостей и газов

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И АВТОМАТИКИ

Кафедра теплотехнических

и энергетических систем

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

Методические указания по выполнению

лабораторной работы для студентов всех

специальностей, изучающих теплотехнические

дисциплины

Магнитогорск

Составители: Ю. И. Тартаковский

Т.П. Семенова

Основные свойства жидкостей. Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей, изучающих теплотехнические дисциплины. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2012. 12 с.

Рецензент

©Ю. И. Тартаковский,

Т.П.Семенова, 2012

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Подтверждение экспериментальным путем теоретических формул, отражающих основные свойства жидкостей.

ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Ареометр, установка по определению коэффициента теплового расширения жидкости, мерный сосуд, секундомер.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Жидкости и газы характеризуются определенными физическими свойствами, важнейшими из которых являются: плотность, сжимаемость, тепловое расширение, вязкость. Рассмотрим подробнее данные свойства.

Плотность жидкостей и газов

Плотностьюназывается количество массы вещества, заключенное в единице объема, плотность отражает инерционные свойства жидкости.

Представление о жидкости как о сплошной материальной среде, позволяет дать определение плотности жидкости в данной точке через предельное отношение элементарной массы жидкости к ее элементарному объему , когда он стремится к нулю, т.е.

(2.1)

В общем случае плотность жидкости может изменяться от точки к точке в объеме, занятом жидкостью, и изменяется в каждой точке объема с течением времени. Это означает, что в механике жидких сред плотность можно рассматривать, как непрерывную функцию координат и времени

Во многих случаях в гидрогазодинамике рассматриваются задачи, связанные с однородной жидкостью, т.е. жидкостью, физические свойства которой неизменны во всем объеме. Плотность во всех точках однородной жидкости одинакова и равна отношению общей массы жидкости к величине объема , занимаемого жидкостью:

(1)

Сжимаемость и тепловое расширение. Плотность жидкости меняется с изменением давления и температуры. Эта зависимость существенно различна для капельных жидкостей и для газов. Взаимосвязь между давлением, температурой и плотностью отражает проявление жидкостями таких свойств, как сжимаемость и температурное расширение.

Сжимаемость жидкостей и газов

Сжимаемость- свойство жидкостей изменять объем при изменении давления.

Физическим параметром, характеризующим это свойство, является коэффициент объемного сжатия ,которыйравен относительному изменению объема фиксированной массы жидкости при изменении давления на единицу при постоянной температуре:

(2)

где - коэффициент объемного сжатия, .

Знак минус отражает тот факт, что увеличение давления приводит к уменьшению объема жидкости.

Сжимаемость реальных капельных жидкостей незначительна и в подавляющем большинстве случаев этим свойством пренебрегают.

В отличие от капельных жидкостей, газы (упругие жидкости) обладают большой степенью сжимаемости. Под действием внешнего давления объем газов значительно уменьшается и соответственно возрастает плотность. Связь между плотностью газов , их давлением и температурой обычно описывается термодинамическими уравнениями состояния в виде функции или специальными таблицами.

В качестве такого уравнения состояния при рассмотрении большинства задач механики жидкости широко используют уравнение состояния идеального газа Менделеева - Клапейрона:

(3)

где - абсолютное давление в газе, ; - удельная газовая постоянная, ; - абсолютная температура, .

Данное уравнение достаточно точно описывает поведение реальных газов в широких пределах изменения параметров, но при этом предполагается, что газы находятся в состоянии далеком от условий сжижения.