Fakultet inženjerstva i fizike visokih tehnologija
Katedra za fizičke metode u primijenjenim istraživanjima
M.V. Vyaldin
Smjernice
za laboratorijsku radionicu o hidraulici
Nastavno-metodički priručnik
Uljanovsk
UDK 532.5 (075.8)
BBk 30.123 i73
Objavljeno odlukom Nastavnog veća Fakulteta za inženjerstvo i fiziku visokih tehnologija Uljanovskog državnog univerziteta
Recenzenti:
Doktor tehničkih nauka, profesor Katedre za naftno-gasni biznis i usluge P.K. Germanovich
Kandidat fizičko-matematičkih nauka, vanredni profesor Katedre za fizičke metode u primenjenim istraživanjima Yu.N. Zubkov
Vyaldin M.V.
B 99 Uputstvo za laboratorijsku radionicu o hidraulici.– Uljanovsk: UlGU, 2014.- 48 str.
Radionica hidraulike obuhvata izvođenje 9 laboratorijskih radova, od kojih dva imaju za cilj proučavanje konstrukcije i principa rada dva laboratorijska štanda „Hidrostatika“ i „Hidrodinamika“, ostali pokrivaju praktično određivanje hidrostatskog pritiska, gustine nepoznatog. tečnost, sila pritiska na horizontalne i vertikalne zidove posude, hidraulički otpor duž dužine cevi i naglo širenje; proučavanje strujanja fluida tokom istjecanja u Venturi cijevima i vizualno posmatranje režima laminarnog i turbulentnog strujanja jednodimenzionalnog strujanja fluida.
Metodički priručnik je namijenjen studentima Fakulteta inženjerstva i fizike visokih tehnologija.
Državni univerzitet Uljanovsk, 2014
Vyaldin M.V., 2014
Uvod………………………………………………………………………………………4
Mjerenja, greške mjerenja i prezentacija eksperimentalnih podataka………………………………………………………………………………….4
Laboratorijski rad br.1
Elaborat laboratorijskog štanda “HYDROSTATICS GS” …………………8
Laboratorijski rad br. 2
Određivanje hidrostatskog tlaka…………………………………..11
Laboratorijski rad br.3
Određivanje gustine nepoznate tečnosti………………………………...14
Laboratorijski rad br. 4
Određivanje sile pritiska tekućine na ravne zidove………………..17
Laboratorijski rad br.5
Studija laboratorijskog štanda “HIDRODINAMIKA GD”………………21
Laboratorijski rad br. 6
Određivanje gubitka tlaka u okrugloj cijevi………………………………………………28
Laboratorijski rad br. 7
Određivanje gubitka tlaka uslijed naglog širenja…………………………………34
Laboratorijski rad br.8
Eksperimentalna konstrukcija Bernoullijevih dijagrama…………………………………..39
Laboratorijski rad br. 9
Posmatranje režima strujanja i određivanje parametara protoka…. …….43
Uvod
Hidraulika je kao nauka jedna od najvažnijih u smislu praktične primene znanja kako u proizvodnji tako iu svakodnevnom životu, a savremeni inženjer mora da poznaje metode za proučavanje hidrauličnih pojava i dijagnostiku stanja cevovoda. Zbog toga studenti moraju poznavati strukturu različitih mjerača pritiska, gustine, viskoziteta, protoka tečnosti, kao i mjerne jedinice ovih veličina, kako u sistemima mjernih jedinica u SI i GHS, tako i u nesistemskim jedinicama. mjerenja.
Za izračunavanje mnogih proučavanih veličina važno je biti u mogućnosti koristiti internetske resurse za traženje odgovarajućih tabličnih podataka (na primjer, kinematička viskoznost se u mnogim slučajevima miješa s dinamičkom viskozitetom, jer ne znaju formulu za odnos između ovih veličina i, shodno tome, ne obraćajte pažnju na mjerne jedinice i prefikse navedene u tabelama). Uzimanje očitanja sa hidrauličnih instrumenata također predstavlja određene poteškoće: na primjer, očitavanja s rotametara su data u podjelima, a da biste ova očitanja pretvorili u SI sistem, morate biti u mogućnosti da koristite grafikon brzine protoka (u podjelima) u odnosu na protok stopa (u litrima/sat).
Prilikom izvođenja laboratorijskih radova treba imati na umu da su neke od spojnih cijevi u postolju Hidrostatike otvorene, a promjenu tlaka (višak i vakuum) treba vršiti glatko i uzimajući u obzir inerciju tekućine.
Mjerenja, greške mjerenja i prikaz eksperimentalnih podataka.
U laboratoriju za hidrauliku vrše se direktna i indirektna mjerenja. Mjerenje se odnosi na poređenje izmjerene veličine sa drugom veličinom koja se uzima kao jedinica mjere.
Za direktna mjerenja (na primjer, temperatura, pritisak, itd.) koriste se mjerni instrumenti (termometar, manometar) kalibrirani u odgovarajućim mjernim jedinicama.
U indirektnim mjerenjima, željena veličina se određuje iz rezultata direktnih mjerenja drugih veličina koje su određene funkcionalnim odnosom povezane s mjerenom veličinom (npr. P = P 0 +ρgh, ρ = m/V, ρ = P /gh).
Prilikom mjerenja bilo koje veličine izvode se tri uzastopne operacije:
izbor, ispitivanje i ugradnja uređaja (u našem slučaju štandove za rad priprema tehničar-inženjer);
posmatranje očitavanja i njihovo brojanje za svaki mod;
izračunavanje potrebne vrijednosti iz rezultata mjerenja i procjena greške.
Prava vrijednost izmjerene veličine ne može se apsolutno tačno odrediti. Svako mjerenje daje vrijednost određene veličine X sa nekom greškom ∆X, koja se naziva apsolutna greška.
Postoje greške mjerenja: sistematske, nasumične i greške.
Sistematska je greška koja ostaje konstantna ili se prirodno mijenja kada se provode ponovljena mjerenja iste količine. Svaki mjerni instrument ima jednu ili drugu sistematsku grešku koja se ne može otkloniti, ali se može uzeti u obzir.
Slučajne greške su greške čija se pojava ne može spriječiti. Obično se uzimaju u obzir prilikom ponovljenih mjerenja i poštuju statističke zakone.
Proklizavanja i grube greške su pretjerano velike greške koje jasno iskrivljuju rezultat mjerenja.
Laboratorijskom metodom mjerenja vrši se više mjerenja neke veličine i izračunava se aritmetička sredina dobijenih vrijednosti, za razliku od tehničke metode u kojoj je dozvoljeno jedno mjerenje količine koja se proučava.
Izvori grešaka mogu biti: mjerni instrumenti (instrumentalna greška), posmatrač (greška čitanja), okruženje (greška okoline), tehnika mjerenja i tehnika obrade rezultata (greška matematičke obrade). Ukupna greška ∆H u direktnim mjerenjima se utvrđuje nakon pronalaženja slučajne greške i procjene sistematske greške.
U najjednostavnijim slučajevima, ∆H (apsolutna greška) je određena greškom mjernih instrumenata. Na primjer, za manometar se uzima da je apsolutna greška jednaka polovini vrijednosti najmanjeg podjela. Vrijednost podjele određena je omjerom razlike između najbližih digitalnih vrijednosti veličina na skali instrumenta i broja podjela između njih.
Da biste procijenili tačnost indirektnih mjerenja, prvo odredite relativnu grešku
ε = ∆X/Xavg.,
gdje je Xsr. je aritmetička sredina vrijednosti, tada će snimanje rezultata mjerenja biti kako slijedi:
X = Xsr. ± ∆H,
a ∆H se određuje kroz relativnu grešku ε, koja se nalazi prema pravilu diferencijacije. Tabela 1 (vidi Dodatak) daje formule za izračunavanje relativne greške vrijednosti prema najčešćim funkcionalnim ovisnostima. Evo nekoliko slučajeva izračunavanja relativne greške indirektnih mjerenja vrijednosti Y:
Neka je funkcija data izrazom Y = A + B, a apsolutne greške mjerenja ∆A, ∆B, tada
Y +∆Y = (A ± ∆A) + (B ± ∆B), dakle, ∆Y = ∆A +∆B, tada će se relativna greška odrediti na sljedeći način
∆Y/Y = ∆Y/(A+B) = (∆A +∆B)/(A + B);
Ako je Y = A * B, onda je ∆Y/Y = ∆A/A + ∆B/B, ili ε Y = ε A + ε B.
Ako proračunske formule uključuju konstante, na primjer, broj π = 3,14, neke fizičke konstante, na primjer, g = 9,83 m/s 2, tabelarne podatke, tada se uzimaju s takvom preciznošću da se broj značajnih cifara iza decimale tačku sadržavale su jednu više od broja značajnih cifara u vrijednostima mjerenih veličina.
Primjer izračunavanja relativne greške mjerenja apsolutnog pritiska. Početna formula: P = P 0 + ρgh, što znači da je funkcionalna zavisnost slična Y = A + B, tj.
∆P/P = (∆P 0 +∆(ρgh))/ (P 0 + ρgh), gdje je
∆(pgh) se izračunava na primjeru drugog funkcionalnog odnosa
∆(ρgh)/ρgh = ∆p/p + ∆g/g +∆h/h, odakle
∆(ρgh) = (εp + εh)*ρgh.
Pravila za izračunavanje grešaka i prikazivanje eksperimentalnih podataka. Budući da se tačnost utvrđene fizičke veličine određuje mjerenjem, a ne proračunom, numerička vrijednost rezultata mjerenja se zaokružuje na brojku istog reda kao i vrijednost greške.
Dodatne cifre za cijele brojeve zamjenjuju se nulama, a za decimalne razlomke se odbacuju. Primjer: (103221 ± 245) Pa – prije zaokruživanja;
(103220 ± 250) Pa – nakon zaokruživanja pri izračunavanju pritiska tečnosti.
Ako su cifre zamijenjene nulom ili odbačene manje od 5, tada se preostale cifre ne mijenjaju. A ako je ova znamenka veća od 5. Tada se preostale cifre povećavaju za jedan. Primjer: (846,45 ± 0,13) kg/m 3 – prije zaokruživanja; (846,5 ± 0,1) kg/m 3 – nakon zaokruživanja pri izračunavanju gustine nepoznate tečnosti.
Ako je cifra koja se zamjenjuje nulom ili je odbačena 5 (sa sljedećim nulama), tada se zaokruživanje vrši na sljedeći način: zadnja znamenka u zaokruženom broju ostaje nepromijenjena. Ako je paran, i povećava se za jedan ako je neparan. Primjer: (184, 256 ± 0,127)N – prije zaokruživanja; (184,26 ± 0,13)N ili
(184,3 ± 0,1) - nakon zaokruživanja prilikom izračunavanja sile pritiska fluida na ravne horizontalne i vertikalne zidove.
Prilikom predstavljanja konačnog rezultata mjerenja, zgodno je numeričku vrijednost napisati u obliku decimalnog razlomka pomnoženu traženom potencijom 10. Na primjer, kada se piše vrijednost atmosferskog pritiska: 101,239 Pa = 101,239 * 10 3 Pa = 101,24 kPa.
U većini slučajeva eksperimentalnog proučavanja hidrauličnih pojava preporučljivo je dobivene ovisnosti prikazati u obliku grafikona. Poređenjem teorijske krivulje sa eksperimentalnom, utvrđuje se da li su eksperimentalni rezultati u skladu s očekivanom vrijednošću. U nekim slučajevima, predlaže se superponiranje eksperimentalnog dijela grafa na teorijsku krivu. U ovom slučaju potrebno je uzeti u obzir ponašanje presjeka krive upravo u granicama izmjerene vrijednosti koje su prikazane na teorijskoj krivulji. Radi praktičnosti, odabrana skala prilikom konstruisanja eksperimentalne zavisnosti treba da se podudara sa skalom teorijske zavisnosti. Na primjer, kada se graf ovisnosti hidrauličkog otpora od Re broja postavi na Murin graf, eksperimentalni dio je samo desetina teorijske krivulje (a na Murin grafu ih ima puno). Stoga će ispravna podudarnost eksperimentalnog presjeka s jednom od ovih krivulja omogućiti određivanje ekvivalentne relativne hrapavosti unutrašnje površine cijevi u nastavku ove krivulje.
Eksperimentalne tačke na milimetarskom papiru su predstavljene u obliku krstova i kriva se ne crta preko svih tačaka, već u granicama greške, tako da je iznad i ispod ove krive broj tačaka prema njihovoj ukupnoj udaljenosti od eksperimentalne linije približno isto. Opći izgled eksperimentalne krive trebao bi biti sličan izgledu teorijske ovisnosti ili izgledu odgovarajućeg dijela teorijske krivulje.
Laboratorijski rad br.1
PROUČAVANJE LABORATORIJSKOG ŠTANDA “HYDROSTATICS GS”
Cilj rada: proučiti dizajn i princip rada laboratorijskog štanda „Hidrostatika“; zapišite formulu za određivanje apsolutnog tlaka, zapišite formulu za određivanje viška tlaka pomoću baterije pijezometara; poznavati gustinu tečnosti u pijezometrima; odrediti cijenu razdjelnih pijezometara i mjerača tlaka; izražavaju svoje značenje u SI.
Kratka teorija.
Stalak se sastoji od radnog stola 1 (Sl. 1), rezervoara 2 i štitnika 3 na koji je pričvršćen baterijski vakuum-manometar P3. Pored stola je pričvršćena ploča zidnih pijezometara 4. Rezervoar je ¾ napunjen radnim fluidom. Koristeći kompresor 5 i usisivač 6, koji se nalaze na donjoj polici stola, može se stvoriti višak ili vakuum pritisak ispod poklopca rezervoara. Potreban način rada osigurava upravljačka jedinica 7 i slavine B1 i B2. Pritisak vazduha u rezervoaru se registruje mehaničkim instrumentima - manometar MH1 i vakuum manometar VN. Na prednjoj i bočnoj stijenci rezervoara nalaze se prirubnice, na koje su preko mijeha 8 pričvršćene dvije probne ravne stijenke 9 - vertikalne i horizontalne. Na prirubnice su pričvršćena ravnala sa skalama, koja služe za određivanje kretanja zidova. Koljena akumulatorskog vakuum manometra P3 su napunjena tekućinom (općenito, tekućine mogu biti različite). Lijevi kraj baterijskog vakuum mjerača je napunjen zrakom i spojen na vrh rezervoara, a desni kraj je otvoren prema atmosferi (slika 2).
Na zidnoj ploči pijezometara 4 nalazi se pijezometar P1, vezan za dio rezervoara ispunjen radnim fluidom, i mjerač tlaka i vakuuma P2 u obliku slova U, napunjen ispitnom tekućinom nepoznate gustine. Jedan kraj merača pritiska i vakuuma P2 spojen je na gornji (vazdušni) deo rezervoara, a drugi na mehanički uređaj - manometar MH2.
Ventili B5 i B3 služe za blokiranje merača pritiska i vakuuma P2 prilikom izvođenja eksperimenata na pritisku ili vakuumu koji prelaze granice merenja ovog tečnog uređaja. Slavine B8 i spoj 10 služe za punjenje rezervoara radnom tečnošću i pražnjenje.
Rice. 1. Laboratorijski štand “Hydrostatic GS”.
Laboratorijski štand "GS" je namenjen za izvođenje laboratorijskih radova br. 2.3.4 za određivanje hidrostatskog pritiska, gustine nepoznate tečnosti i sile pritiska tečnosti na ravne vertikalne i horizontalne zidove.
Kontrolna pitanja.
Čemu je namijenjen laboratorijski štand “Hydrostatic GS”?
Na čemu se zasniva princip rada štanda?
Navedite glavne elemente laboratorijskog stalka.
Koji se mjerači pritiska koriste u štandu?
Koja je cijena podjele skale za bateriju pijezometara?
Koja je cijena podjele skale za zidne pijezometre?
Rice. 2. Hidraulički dijagram štanda “Hydrostatic GS”.
Koja je podjela cijena mehaničkih mjerača tlaka? Izrazite ovu količinu u SI.
Koja se tečnost nalazi u bateriji pijezometra? Navedite njegovu gustinu.
Koje tečnosti se nalaze u zidnim pijezometrima? Navedite kolika je gustina tečnosti u pijezometru P1.
Kojom tečnošću i do kog nivoa je rezervoar napunjen? Zašto?
Kako se preko baterije stolnih pijezometara određuju višak i tlak-vakuum tlak u spremniku? Napišite formulu.
Označite dva glavna načina rada postolja. Koji se uređaji koriste za kreiranje ovih načina rada i gdje se nalaze?
Koje metode za određivanje hidrostatskog tlaka su najpreciznije.
Laboratorijski rad br. 2
ODREĐIVANJE HIDROSTATSKOG PRITISKA.
Cilj rada - studenti ovladavaju metodama mjerenja hidrostatskog, viška i vakuumskog pritiska u dva režima.
Prilikom pripreme za rad, u procesu izvođenja rada i prilikom obrade rezultata eksperimenata, student mora:
Upoznajte se sa raznim instrumentima za merenje pritiska;
Odrediti hidrostatički pritisak na tri načina u dva načina;
Odredite pritisak ispod poklopca rezervoara pomoću očitavanja pijezometra i baterijskog pritiska-vakum merača i uporedite ih sa očitanjima mehaničkog uređaja u dva režima;
Odrediti apsolutnu grešku u mjerenju hidrostatskog tlaka koristeći sve tri metode za sve modove.
Laboratorijski radovi na hidraulici
U virtuelnoj laboratoriji
Smjernice
Odobreno od strane redakcije i izdavačke kuće
Samara 2009
Sastavio IN AND. Vesnin
UDK 532; 621.031
Laboratorijski rad na hidraulici u virtualnoj laboratoriji: smjernice / komp. IN AND. Vesnin; SGASU. – Samara, 2009. – 40 str.
Smjernice su namijenjene redovnim i vanrednim studentima univerzitetskih specijalnosti: 290300, 290500, 290700, 290800, 291300, 291500, 330400 pri izvođenju laboratorijskih radova na predmetu „Hidraulika, III-IV“ vremenski semestri i IV godina, VII semestar dopisni).
Date su potrebne informacije za izvođenje laboratorijskih radova na sljedeće teme:
"Hidrostatički pritisak i Pascalov zakon",
"Bernoullijeva jednačina za stabilno neujednačeno kretanje fluida",
"Načini protoka tekućine"
"Hidraulički otpor"
„Protok tečnosti kroz male rupe u tankom zidu i mlaznice pod konstantnim pritiskom u atmosferu,”
"Vodeni čekić".
Testna pitanja su data za navedeni laboratorijski rad.
Edukativno izdanje
Urednik G.F. Konoplja
Tehnički urednik A.I. Loše vrijeme
Lektorica E.M. Isaeva
Potpisano za objavljivanje 20. jula 2009. godine.
Format 60x84/16. Offset papir. Ofset štampa.
Academic ed. l. Uslovno pećnica l. Tiraž 100 primjeraka.
Samara državni univerzitet za arhitekturu i građevinarstvo
443001 Samara, ul. Molodogvardejskaja, 194
zajednički dio
Kompjuterska verzija hidrauličkomehaničkog laboratorija namijenjena je za simulaciju laboratorijskog rada u skladu sa programom discipline „Hidraulika“. Sadrži jednu laboratorijsku jedinicu za hidrostatiku i 5 jedinica za hidrodinamiku.
Virtuelna laboratorija se sastoji od animirane slike na ekranu trenutnih instalacija i matematičkog modela fizičkog procesa koji se proučava koji kontroliše sadržaj ekrana.
Program vam omogućava da simulirate mjerenje parametara fizičkog procesa pomoću instrumenata koji se koriste u praksi hidrauličkih eksperimenata. Tokom kompjuterskog eksperimenta, program reprodukuje nasumično odstupanje izmerenog parametra, što omogućava procenu tačnosti merenja korišćenjem metoda statističke analize.
Svaka od laboratorijskih instalacija sastoji se od tri sekcije:
1 – dijagram laboratorijskog uređenja, sličan onom prikazanom u ovim smjernicama;
2 – podaci o programu, koji opisuju metodologiju izvođenja ovog posla i sadrže potrebne početne podatke, koji su djelimično prikazani na dijagramu;
3 – izvođenje eksperimenta, koji se izvodi u interaktivnom kompjuterskom modu.
Program vam omogućava da provodite eksperimente u različitim načinima.
Radionica predstavlja opise šesnaest laboratorijskih radova iz discipline "Hidraulika", od kojih svaki sadrži kratku teoriju, smjernice za izvođenje i test pitanja. Referentni materijal je uključen u prilogu. Rječnik pojmova sastoji se od korištenih pojmova i njihovih definicija.
Za studente koji studiraju na specijalnosti 19060365 „Servis transportnih i tehnoloških mašina i opreme (Automobilski transport)” i 19050062 „Upravljanje vozilima”.
PREDGOVOR
Proučavanje hidraulike od strane studenata autotransportnih specijalnosti uključuje izvođenje određene količine laboratorijskih radova. Ova zbirka sadrži opise laboratorijskih radova i smjernice za njihovu provedbu.
Svrha laboratorijske radionice je da studenti konsoliduju gradivo nastavnog predmeta, razviju vještine samostalnog rada sa instrumentima pri izvođenju eksperimenata, nauče metode za određivanje parametara fluida u pokretu i izvođenje proračuna, kao i sposobnost doneti zaključke na osnovu dobijenih rezultata.
Za izvršenje svakog zadatka potrebno je 2 sata. Budući da se prilikom izučavanja discipline pojedini dijelovi daju studentima za samostalno izučavanje, u metodičkim uputstvima za svaki rad ukratko je prikazan teorijski materijal.
UVOD
Hidraulika je tehnička nauka koja proučava mehanička svojstva, zakone ravnoteže i kretanja fluida. Izraz "tečnost" obuhvata i kapljične, praktično nestišljive tečnosti i gasovite ili kompresibilne medije.
Teorijski pristup se zasniva na Ojlerovom principu kontinuiteta, prema kojem se tečnost ne posmatra kao skup diskretnih materijalnih čestica, već kao kontinuum, tj. kontinuirani ili kontinuirani materijalni medij koji omogućava neograničenu djeljivost svojih čestica. Takav pogled na strukturu materije je prihvatljiv ako su dimenzije zapremina u kojima se razmatra fenomen koji se proučava dovoljno velike u poređenju sa dimenzijama molekula i njihovog slobodnog puta.
U hidraulici se široko koriste eksperimentalne metode istraživanja, što omogućava ispravljanje teoretskih zaključaka koji odstupaju od stvarnih pojava.
Glavni delovi praktične hidraulike su: protok kroz cevi, protok tečnosti iz rupa i kroz mlaznice, interakcija toka sa preprekama, kretanje u poroznim medijima (filtracija), kao i hidraulične mašine.
LABORATORIJSKI RADOVI
Tema 1. PROUČAVANJE FIZIČKIH SVOJSTAVA
TEČNOSTI
Cilj rada: ovladati metodama za mjerenje gustine, termičkog širenja, viskoziteta i površinskog napona tečnosti.
Opće informacije
Supstanca u tečnom agregatnom stanju (tečna faza) naziva se tečnost. Tekuće agregacijsko stanje je srednje između čvrstog stanja, koje se odlikuje očuvanjem svog volumena, formiranjem površine i posjedovanjem određene vlačne čvrstoće, i plinovitog stanja u kojem tvar poprima oblik posuda u kojoj se nalazi. Pritom, tečnost ima samo svoje svojstvo - fluidnost, tj. sposobnost plastičnog ili viskoznog deformiranja pod utjecajem bilo kojeg (uključujući proizvoljno mala) naprezanja. Fluidnost karakterizira vrijednost inverzna viskoznosti.
Glavne karakteristike tečnosti su gustina, kompresibilnost, toplotna ekspanzija, viskozitet i površinski napon.
Gustina homogene supstance naziva se odnos mase m tečnost do svoje zapremine W:
ρ = m/ W.
Kompresibilnost– svojstvo tečnosti da smanjuje svoju zapreminu pod uticajem ravnomernog pritiska. Ona je na procjeni koeficijent stišljivosti str, što pokazuje relativno smanjenje zapremine tečnosti Δ W/W sa povećanjem pritiska Δ ρ po jedinici:
βρ = (Δ W/W)/Δ ρ .
Toplotna ekspanzija– svojstvo tečnosti da mijenja volumen kada se zagrije – karakterizirano, pri konstantnom pritisku, koeficijent volumetrijskog toplinskog širenja T, što je jednako relativnom prirastu zapremine Δ W/W u slučaju promjene temperature T za jedan stepen:
β T =(Δ W/W)/Δ T.
U pravilu, kada se zagrije, volumen tečnosti se povećava.
Viskoznost(unutrašnje trenje) - svojstvo fluidnih tijela da se odupiru kretanju jednog dijela u odnosu na drugi. Ona je na ocjeni koeficijent dinamičke viskoznosti , koji ima dimenziju Pa∙s. Karakterizira otpor tekućine (gasa) na pomicanje njenih slojeva.
Uz dinamičku viskoznost, proračuni se često koriste kinematičkog koeficijenta viskoznostiν, koji je određen formulom
ν = μ /ρ
i mjereno sa m 2 /s ili Stokesom (1 Stokes = 1 cm 2 /s).
Koeficijenti dinamičke i kinematičke viskoznosti određeni su vrstom tekućine, ne ovise o brzini protoka i značajno opadaju s porastom temperature.
Površinski napon– termodinamička karakteristika granice između dvije faze, određena radom reverzibilne izotermne formacije po jedinici površine ove površine. U slučaju sučelja tekućine, površinska napetost se smatra kao sila koja djeluje po jedinici dužine konture površine i koja teži da smanji površinu na minimum za date fazne zapremine. Karakteriziran po koeficijent površinskog napona , J/m 2 = N/m. Rad formiranja nove površine troši se na savladavanje sila međumolekularne adhezije (kohezije) prilikom prijelaza molekula tvari iz volumena tijela u površinski sloj. Rezultanta međumolekulskih sila u površinskom sloju nije nula i usmjerena je unutar faze u kojoj su sile prianjanja veće. Dakle, površinska napetost je mjera nekompenzacije međumolekularnih sila u površinskom (interfaznom) sloju, odnosno viška slobodne energije u površinskom sloju u odnosu na slobodnu energiju u obimnim fazama.
Vrijednosti gustoće, koeficijenata stišljivosti, volumetrijskog toplinskog širenja, kinematičkog viskoziteta i površinskog napona na temperaturi od 20°C date su u tabeli. Tačka 3.1 prijave.
Opis uređaja za proučavanje
fizička svojstva tečnosti
Uređaj za proučavanje fizičkih svojstava tečnosti sadrži 5 uređaja izrađenih u jednom providnom kućištu (sl. 1), što ukazuje na parametre potrebne za obradu eksperimentalnih podataka. Uređaji 3–5 počinju da rade nakon okretanja uređaja za 180°. Termometar 1 pokazuje temperaturu okoline, a time i temperaturu tekućina u svim uređajima.
Rice. 1. Dijagram uređaja:
1 – termometar; 2 – hidrometar; 3 – Stokes viskozimetar;
4 – kapilarni viskozimetar; 5 – stalagmometar
1.1. Određivanje koeficijenta
termičko širenje tečnosti
Termometar 1 (slika 1) ima staklenu posudu sa kapilarom ispunjenom termometričnom tečnošću i vagu. Princip njegovog rada zasniva se na toplotnom širenju tečnosti. Promjena temperature okoline dovodi do odgovarajuće promjene volumena termometričke tekućine i njenog nivoa u kapilari. Nivo označava vrijednost temperature na skali.
Koeficijent toplinskog širenja termometričke tekućine utvrđuje se na osnovu misaonog eksperimenta. Pretpostavlja se da je temperatura okoline porasla od donje (nule) do gornje granične vrijednosti termometra i da se nivo tekućine u kapilari povećao za l.
Za određivanje koeficijenta toplinske ekspanzije potrebno je:
2. Izračunajte povećanje zapremine termometričke tečnosti
Δ W = π r 2 l,
Gdje r– radijus kapilare termometra (označen na termometru).
3. Uzimajući u obzir početnu (na 0°C) zapreminu termometričke tečnosti W(vrijednost je data na termometru) pronađite koeficijent toplinskog širenja β T = (Δ W/W)/Δ T i uporedi je sa referentnom vrednošću β T* (Tabela P. 3.1). Unesite vrijednosti korištenih količina u tablicu. 1.
Tabela 1
|
Vrsta tečnosti |
r, |
W, |
Δ T, |
l, |
Δ W, |
β
T , |
β
T *
, |
Alkohol |
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Mjerenje gustine tečnosti hidrometrom
Hidrometar 2 (slika 1) se koristi za određivanje gustine tečnosti metodom plutanja. To je šuplji cilindar sa milimetarskom skalom i utegom na dnu. Zahvaljujući težini, hidrometar pluta u ispitnoj tečnosti u okomitom položaju. Dubina uranjanja hidrometra je mjera gustine tečnosti i očitava se sa skale duž gornje ivice meniskusa tečnosti oko hidrometra. U konvencionalnim hidrometrima skala je gradirana u vrijednostima gustine.
Tokom rada potrebno je izvršiti sljedeće radnje:
1. Izmjerite dubinu uranjanja h hidrometar na milimetarskoj skali na njemu.
2. Izračunajte gustinu tečnosti koristeći formulu
ρ = 4m/(πd 2 h),
Gdje m I d– masa i prečnik hidrometra (vrednosti su date na hidrometru).
Ova formula se dobija izjednačavanjem gravitacije hidrometra G = mg i plutajuća (arhimedova) sila F A = ρ gW, gdje je zapremina uronjenog dijela hidrometra W = hπd 2 /4.
3. Uporedite eksperimentalnu vrijednost gustine sa referentnom vrijednošću * (Tabela P. 3.1). Vrijednosti korištenih količina sažete su u tabeli. 2.
tabela 2
Rezultati posmatranja i proračuna
 |