Facultatea de Inginerie și Fizica Înalte Tehnologii
Departamentul de Metode Fizice în Cercetare Aplicată
M.V. Vyaldin
Instrucțiuni
pentru un atelier de laborator de hidraulica
Manual educațional și metodologic
Ulianovsk
UDC 532,5 (075,8)
BBk 30.123 i73
Publicat prin decizie a Consiliului Academic al Facultății de Inginerie și Fizică de Înaltă Tehnologie a Universității de Stat din Ulyanovsk
Recenzători:
Doctor în Științe Tehnice, Profesor al Departamentului de Afaceri și Servicii de Petrol și Gaze P.K. Germanovici
Candidat la științe fizice și matematice, conferențiar al Departamentului de metode fizice în cercetare aplicată Yu.N. Zubkov
Vyaldin M.V.
B 99 Ghid pentru atelierul de laborator privind hidraulica.– Ulyanovsk: UlGU, 2014.- 48 p.
Atelierul de hidraulică presupune realizarea a 9 lucrări de laborator, dintre care două au drept scop studierea proiectării și principiului de funcționare a două standuri de laborator „Hidrostatică” și „Hidrodinamică”, restul acoperă determinarea practică a presiunii hidrostatice, densitatea unui necunoscut. lichid, forța de presiune pe pereții orizontali și verticali ai unui vas, rezistența hidraulică pe lungimea conductei și dilatarea bruscă; studiul fluxului de fluid în timpul scurgerii în conductele Venturi și observarea vizuală a regimurilor de curgere laminară și turbulentă a unui flux de fluid unidimensional.
Manualul metodologic este destinat studenților Facultății de Inginerie și Fizica Înalte Tehnologii.
Universitatea de Stat Ulyanovsk, 2014
Vyaldin M.V., 2014
Introducere……………………………………………………………………………………….4
Măsurătorile, erorile de măsurare și prezentarea datelor experimentale…………………………………………………………………………………………….4
Lucrare de laborator nr 1
Studiul standului de laborator „HYDROSTATICS GS” …………………8
Lucrare de laborator nr 2
Determinarea presiunii hidrostatice…………………………………………..11
Lucrare de laborator nr 3
Determinarea densității unui lichid necunoscut…………………………………14
Lucrare de laborator nr 4
Determinarea forței presiunii lichidului pe pereții plani……..17
Lucrare de laborator nr 5
Studiul standului de laborator „HIDRODINAMICA GD”………21
Lucrare de laborator nr 6
Determinarea pierderii de presiune într-o țeavă rotundă……………...28
Lucrare de laborator nr 7
Determinarea pierderii de presiune din cauza expansiunii bruște…………..34
Lucrare de laborator nr 8
Construcția experimentală a diagramelor Bernoulli……………..39
Lucrare de laborator nr 9
Observarea regimurilor de curgere și determinarea parametrilor de curgere…. …….43
Introducere
Hidraulica ca știință este una dintre cele mai importante în ceea ce privește aplicarea practică a cunoștințelor atât în producție, cât și în viața de zi cu zi, iar un inginer modern trebuie să cunoască metode de studiere a fenomenelor hidraulice și de diagnosticare a stării conductelor. Prin urmare, elevii trebuie să cunoască structura diferiților metri de presiune, densitate, vâscozitate, debit de lichid, precum și unitățile de măsură ale acestor mărimi, atât în sistemele de unități de măsură în SI și GHS, cât și în unități nesistemice. de măsurare.
Pentru a calcula multe dintre cantitățile studiate, este important să puteți utiliza resursele de pe Internet pentru a căuta datele tabelare corespunzătoare (de exemplu, vâscozitatea cinematică este în multe cazuri confundată cu vâscozitatea dinamică, deoarece nu cunosc formula relației). între aceste mărimi și, în consecință, nu acordați atenție unităților de măsură și prefixelor indicate în tabele). Preluarea citirilor de la instrumente hidraulice prezintă și unele dificultăți: de exemplu, citirile de la rotametre sunt date în diviziuni, iar pentru a converti aceste citiri în sistemul SI, trebuie să puteți utiliza un grafic al debitului (în diviziuni) în funcție de debit. rata (în litri/oră).
Când se efectuează lucrări de laborator, trebuie reținut că unele dintre conductele de legătură din standul de hidrostatică sunt deschise, iar schimbarea presiunii (exces și vid) trebuie efectuată fără probleme și ținând cont de inerția lichidului.
Măsurătorile, erorile de măsurare și prezentarea datelor experimentale.
In laboratorul de hidraulica se fac masuratori directe si indirecte. Măsurarea se referă la compararea unei mărimi măsurate cu o altă mărime luată ca unitate de măsură.
Pentru măsurători directe (de exemplu, temperatură, presiune etc.), se folosesc instrumente de măsură (termometru, manometru), calibrate în unitățile de măsură corespunzătoare.
În măsurătorile indirecte, mărimea necesară este determinată din rezultatele măsurătorilor directe ale altor mărimi care sunt legate de mărimea măsurată printr-o anumită relație funcțională (de exemplu, P = P 0 +ρgh, ρ = m/V, ρ = P /gh).
La măsurarea oricăror mărimi, se efectuează trei operații secvențiale:
selectarea, testarea și instalarea dispozitivelor (în cazul nostru, standurile sunt pregătite pentru lucru de către un tehnician-inginer);
observarea citirilor și numărarea acestora pentru fiecare mod;
calcularea valorii cerute din rezultatele măsurătorilor și aprecierea erorii.
Valoarea adevărată a mărimii măsurate nu poate fi determinată absolut exact. Fiecare măsurătoare dă valoarea unei anumite mărimi X cu o eroare ∆X, numită eroare absolută.
Există erori de măsurare: sistematice, aleatorii și erori.
Sistematică este o eroare care rămâne constantă sau se modifică în mod natural atunci când se efectuează măsurători repetate ale aceleiași mărimi. Orice instrument de măsură are una sau alta eroare sistematică care nu poate fi eliminată, dar care poate fi luată în considerare.
Erorile aleatorii sunt erori a căror apariție nu poate fi prevenită. De obicei sunt luate în considerare în timpul măsurătorilor repetate și se supun legilor statistice.
Alunecările și erorile grosolane sunt erori excesiv de mari care distorsionează în mod clar rezultatul măsurării.
Cu metoda de măsurare de laborator se fac mai multe măsurători ale unei mărimi și se calculează media aritmetică a valorilor obținute, spre deosebire de metoda tehnică, în care este permisă o singură măsurare a mărimii studiate.
Sursele erorilor pot fi: instrumentele de măsură (eroarea instrumentală), observatorul (eroarea de citire), mediul (eroarea de mediu), tehnica de măsurare și tehnica de prelucrare a rezultatelor (eroarea de prelucrare matematică). Eroarea totală ∆Х în măsurătorile directe se determină după găsirea erorii aleatoare și evaluarea erorii sistematice.
În cele mai simple cazuri, ∆Х (eroarea absolută) este determinată de eroarea instrumentelor de măsură. De exemplu, pentru un manometru, eroarea absolută este considerată egală cu jumătate din valoarea celei mai mici diviziuni. Valoarea diviziunii este determinată de raportul dintre diferența dintre cele mai apropiate valori digitale ale cantităților de pe scara instrumentului și numărul de diviziuni dintre ele.
Pentru a evalua acuratețea măsurătorilor indirecte, determinați mai întâi eroarea relativă
ε = ∆X/Xavg.,
unde este Xsr. este media aritmetică a valorilor, atunci înregistrarea rezultatelor măsurătorilor va fi după cum urmează:
X = Xsr. ± ∆Х,
iar ∆Х se determină prin eroarea relativă ε, care se găsește conform regulii de diferențiere. Tabelul 1 (vezi Anexa) oferă formule pentru calcularea erorii relative a valorilor în funcție de cele mai comune dependențe funcționale. Iată câteva cazuri de calculare a erorii relative a măsurătorilor indirecte ale valorii Y:
Fie ca funcția să fie dată de expresia Y = A + B, iar erorile absolute de măsurare ∆A, ∆B, atunci
Y +∆Y = (A ± ∆A) + (B ± ∆B), prin urmare, ∆Y = ∆A +∆B, atunci eroarea relativă va fi determinată după cum urmează
∆Y/Y = ∆Y/(A+B) = (∆A +∆B)/(A + B);
Dacă Y = A * B, atunci ∆Y/Y = ∆A/A + ∆B/B sau ε Y = ε A + ε B.
Dacă formulele de calcul includ constante, de exemplu, numărul π = 3,14, unele constante fizice, de exemplu, g = 9,83 m/s 2, date tabelare, atunci ele sunt luate cu atâta precizie încât numărul de cifre semnificative după zecimală punctul în care au conținut cu una mai mult decât numărul de cifre semnificative în valorile cantităților măsurate.
Un exemplu de calcul al erorii relative de măsurare a presiunii absolute. Formula inițială: P = P 0 + ρgh, ceea ce înseamnă că dependența funcțională este similară cu Y = A + B, adică.
∆P/P = (∆P 0 +∆(ρgh))/ (P 0 + ρgh), unde
∆(pgh) se calculează folosind exemplul celei de-a doua relații funcționale
∆(ρgh)/ρgh = ∆p/p + ∆g/g +∆h/h, de unde
∆(ρgh) = (εp + εh)*ρgh.
Reguli pentru calcularea erorilor și prezentarea datelor experimentale. Deoarece acuratețea mărimii fizice determinate este determinată prin măsurare și nu prin calcul, valoarea numerică a rezultatului măsurării este rotunjită la o cifră de aceeași ordine cu valoarea erorii.
Cifrele suplimentare pentru numerele întregi sunt înlocuite cu zerouri, iar pentru fracțiile zecimale sunt eliminate. Exemplu: (103221 ± 245) Pa – înainte de rotunjire;
(103220 ± 250) Pa – după rotunjire la calcularea presiunii lichidului.
Dacă cifrele înlocuite cu zero sau aruncate sunt mai mici de 5, atunci cifrele rămase nu sunt modificate. Și dacă această cifră este mai mare decât 5. Atunci cifrele rămase sunt mărite cu unu. Exemplu: (846,45 ± 0,13) kg/m 3 – înainte de rotunjire; (846,5 ± 0,1) kg/m 3 – după rotunjire la calcularea densității unui lichid necunoscut.
Dacă cifra care este înlocuită cu zero sau aruncată este 5 (cu zerouri ulterioare), atunci rotunjirea se face după cum urmează: ultima cifră din numărul rotunjit rămâne neschimbată. Dacă este par, și crește cu unu dacă este impar. Exemplu: (184, 256 ± 0,127)N – înainte de rotunjire; (184,26 ± 0,13)N sau
(184,3 ± 0,1) - după rotunjire la calcularea forței presiunii fluidului pe pereții plani orizontali și verticali.
La prezentarea rezultatului final al măsurării, este convenabil să scrieți valoarea numerică sub forma unei fracții zecimale înmulțite cu puterea necesară de 10. De exemplu, când scrieți valoarea presiunii atmosferice: 101.239 Pa = 101.239 * 10 3 Pa = 101.24 kPa.
În majoritatea cazurilor de studiu experimental al fenomenelor hidraulice, este recomandabil să se prezinte dependențele obținute sub forma unui grafic. Prin compararea curbei teoretice cu cea experimentală se determină dacă rezultatele experimentale sunt în concordanță cu valoarea așteptată. În unele cazuri, se propune suprapunerea secțiunii experimentale a graficului pe curba teoretică. În acest caz, este necesar să se țină cont de comportamentul secțiunii curbei tocmai în limitele valorii măsurate care sunt afișate pe curba teoretică. Pentru comoditate, scara aleasă la construirea dependenței experimentale ar trebui să coincidă cu scara dependenței teoretice. De exemplu, atunci când suprapuneți un grafic al dependenței rezistenței hidraulice de numărul Re pe graficul Murin, secțiunea experimentală este doar o zecime din curba teoretică (și există o mulțime de ele pe graficul Murin). Prin urmare, coincidența corectă a secțiunii experimentale cu una dintre aceste curbe va face posibilă determinarea rugozității relative echivalente a suprafeței interioare a țevii în continuarea acestei curbe.
Punctele experimentale de pe hârtie milimetrică sunt reprezentate sub formă de cruci și curba este trasată nu peste toate punctele, ci în limitele erorii, astfel încât deasupra și sub această curbă numărul de puncte în funcție de distanța lor totală față de linia experimentală să fie aproximativ la fel. Aspectul general al curbei experimentale trebuie să fie similar cu aspectul dependenței teoretice sau cu aspectul părții corespunzătoare a curbei teoretice.
Lucrare de laborator nr 1
STUDIAREA STANDULUI DE LABORATOR „HIDROSTATICA GS”
Scopul lucrării: studiază proiectarea și principiul de funcționare a standului de laborator „Hidrostatică”; notați formula pentru determinarea presiunii absolute, notați formula pentru determinarea excesului de presiune folosind o baterie de piezometre; cunoașteți densitatea lichidelor în piezometre; determinați prețul piezometrelor divizoare și manometrelor; exprimă semnificația lor în SI.
Scurtă teorie.
Standul este format dintr-o masă de lucru 1 (Fig. 1), un rezervor 2 și un scut 3 cu un manometru de presiune-vacuum al bateriei P3 atașat la el. Lângă masă este atașat un panou de piezometre montate pe perete 4. Rezervorul este umplut la ¾ cu fluid de lucru. Folosind compresorul 5 și aspiratorul 6, situate pe raftul de jos al mesei, sub capacul rezervorului se poate crea presiune în exces sau vacuum. Modul necesar este furnizat de unitatea de control 7 și robinetele B1 și B2. Presiunea aerului din rezervor este înregistrată de instrumente mecanice - manometru MH1 și vacuometru VN. Pe pereții frontali și laterali ai rezervorului există flanșe, de care sunt atașați doi pereți plati de testare 9 prin burduful 8 - vertical și orizontal. Pe flanșe sunt atașate rigle cu cântare, care sunt folosite pentru a determina mișcarea pereților. Coturile vacuometrului bateriei P3 sunt umplute cu lichid (în general, lichidele pot fi diferite). Capătul stâng al vacuometrului bateriei este umplut cu aer și conectat la partea superioară a rezervorului, iar capătul din dreapta este deschis către atmosferă (Fig. 2).
Pe panoul de perete al piezometrelor 4 se află un piezometru P1, conectat la partea din rezervor umplută cu fluid de lucru și un manometru în formă de U P2, umplut cu lichidul de testare de densitate necunoscută. Un capăt al manometrului de presiune și vid P2 este conectat la partea superioară (aerului) a rezervorului, iar al doilea este conectat la un dispozitiv mecanic - manometrul MH2.
Vanele B5 și B3 servesc la blocarea manometrului de presiune și vacuum P2 atunci când se efectuează experimente pe presiune sau vid care depășesc limitele de măsurare ale acestui dispozitiv lichid. Robinetele B8 și fitingul 10 sunt folosite pentru a umple rezervorul cu lichid de lucru și pentru a-l goli.
Orez. 1. Stand de laborator „Hydrostatics GS”.
Standul de laborator „GS” este destinat efectuării lucrărilor de laborator nr. 2.3.4 pentru determinarea presiunii hidrostatice, a densității unui lichid necunoscut și a forței presiunii lichidului pe pereții plani verticali și orizontali.
Întrebări de control.
Pentru ce este destinat standul de laborator „Hydrostatics GS”?
Pe ce se bazează principiul de funcționare al standului?
Enumerați elementele principale ale unui stand de laborator.
Ce contoare de presiune sunt folosite în stand?
Care este prețul unei diviziuni de scară pentru o baterie de piezometre?
Care este prețul divizării scalei pentru piezometrele montate pe perete?
Orez. 2. Schema hidraulică a standului „Hydrostatics GS”.
Care este prețul de divizare al manometrelor mecanice? Exprimați această cantitate în SI.
Ce fel de lichid este în bateria piezometrului? Indicați densitatea acestuia.
Ce lichide sunt conținute în piezometrele montate pe perete? Indicați care este densitatea lichidului din piezometrul P1.
Ce lichid și la ce nivel este umplut rezervorul? De ce?
Cum se determină presiunea în exces și presiunea-vid într-un rezervor de o baterie de piezometre de masă? Scrieți formula.
Indicați cele două moduri principale de funcționare ale standului. Ce dispozitive sunt folosite pentru a crea aceste moduri și unde sunt amplasate?
Ce metode de determinare a presiunii hidrostatice sunt cele mai precise.
Lucrare de laborator nr 2
DETERMINAREA PRESIUNII HIDROSTATICE.
Scopul lucrării - studenți stăpânirea metodelor de măsurare a presiunii hidrostatice, excesului și de vid în două moduri.
Când se pregătește pentru muncă, în procesul de efectuare a muncii și la prelucrarea rezultatelor experimentelor, studentul trebuie:
Familiarizați-vă cu diverse instrumente pentru măsurarea presiunii;
Determinați presiunea hidrostatică în trei moduri în două moduri;
Determinați presiunea sub capacul rezervorului folosind citirile piezometrului și ale manometrului de presiune-vacuum al bateriei și comparați-le cu citirile unui dispozitiv mecanic în două moduri;
Determinați eroarea absolută în măsurarea presiunii hidrostatice folosind toate cele trei metode pentru toate modurile.
Lucrari de laborator pe hidraulica
În laboratorul virtual
Instrucțiuni
Aprobat de editorial și de editură
Samara 2009
Compilat de IN SI. Vesnin
UDC 532; 621.031
Lucrări de laborator privind hidraulica într-un laborator virtual: linii directoare / comp. IN SI. Vesnin; SGASU. – Samara, 2009. – 40 p.
Orientările sunt destinate studenților cu normă întreagă și cu fracțiune de normă ai specialităților universitare: 290300, 290500, 290700, 290800, 291300, 291500, 330400 când efectuează lucrări de laborator la cursul „Hidraulic” (anul II, III-IV). semestre de timp și corespondență an IV, semestru VII).
Sunt furnizate informațiile necesare pentru efectuarea lucrărilor de laborator pe următoarele subiecte:
„Presiunea hidrostatică și legea lui Pascal”,
„Ecuația lui Bernoulli pentru mișcarea constantă neuniformă a unui fluid”,
„Moduri de curgere a fluidului”
"rezistenta hidraulica"
„Fluxul de lichid prin găuri mici dintr-un perete subțire și duze la presiune constantă în atmosferă.”
"Ciocan de apa".
Întrebările de testare sunt date pentru munca de laborator specificată.
Ediție educațională
Editor G.F. Cânepă
Editor tehnic A.I. Vreme rea
Corector E.M. Isaeva
Semnat pentru publicare la 20 iulie 2009.
Format 60x84/16. Hartie offset. Imprimare offset.
Ed. academic. l. Condiţional cuptor l. Tiraj 100 de exemplare.
Universitatea de Stat de Arhitectură și Inginerie Civilă din Samara
443001 Samara, str. Molodogvardeyskaya, 194
o parte comună
Versiunea computerizată a laboratorului de mecanică hidraulică este destinată simulării lucrărilor de laborator în conformitate cu programul disciplinei „Hidraulică”. Include o unitate de laborator pentru hidrostatică și 5 unități pentru hidrodinamică.
Laboratorul virtual constă dintr-o imagine animată pe ecranul de afișare a instalațiilor curente și un model matematic al procesului fizic în studiu care controlează conținutul ecranului.
Programul vă permite să simulați măsurarea parametrilor unui proces fizic folosind instrumente utilizate în practica experimentelor hidraulice. În timpul unui experiment pe computer, programul reproduce abaterea aleatorie a parametrului măsurat, ceea ce face posibilă evaluarea acurateței măsurătorilor folosind metode de analiză statistică.
Fiecare dintre instalațiile de laborator constă din trei secțiuni:
1 – diagrama amenajării unui laborator, similară cu cea prezentată în aceste ghiduri;
2 – informații despre program, care descriu metodologia de realizare a acestei lucrări și cuprind datele inițiale necesare, care sunt parțial indicate pe diagramă;
3 – realizarea unui experiment, care se desfășoară în modul computer interactiv.
Programul vă permite să efectuați experimente în diferite moduri.
Atelierul prezintă descrieri a șaisprezece lucrări de laborator la disciplina „Hidraulica”, fiecare dintre ele include o scurtă teorie, linii directoare pentru implementare și întrebări de testare. Materialul de referință este inclus în anexă. Dicționarul de termeni este format din conceptele utilizate și definițiile acestora.
Pentru studenții care studiază la specialitatea 19060365 „Serviciul de transport și mașini și echipamente tehnologice (Transport auto)” și 19050062 „Exploare vehicule”.
PREFAŢĂ
Studiul hidraulicii de către studenții specialităților de transport cu motor presupune efectuarea unei anumite lucrări de laborator. Această colecție conține descrieri ale lucrărilor de laborator și linii directoare pentru implementarea acestora.
Scopul atelierului de laborator este ca studenții să consolideze materialul cursului de curs, să dezvolte abilități de lucru independent cu instrumente atunci când efectuează experimente, să învețe metode pentru determinarea parametrilor unui fluid în mișcare și efectuarea calculelor, precum și capacitatea de a trage concluzii pe baza rezultatelor obținute.
Fiecare sarcină durează 2 ore. Deoarece la studierea disciplinei, unele secțiuni sunt date studenților pentru studiu independent, instrucțiunile metodologice pentru fiecare lucrare conturează pe scurt materialul teoretic.
INTRODUCERE
Hidraulica este o știință tehnică care studiază proprietățile mecanice, legile echilibrului și mișcarea fluidelor. Termenul „lichid” acoperă atât lichidele în picături, practic incompresibile, cât și mediile gazoase sau compresibile.
Abordarea teoretică se bazează pe principiul lui Euler al continuității, conform căruia un lichid este considerat nu ca un set de particule materiale discrete, ci ca un continuum, de exemplu. un mediu material continuu sau continuu care permite divizibilitatea nelimitată a particulelor sale. O astfel de vedere asupra structurii materiei este acceptabilă dacă dimensiunile volumelor în care este luat în considerare fenomenul studiat sunt suficient de mari în comparație cu dimensiunile moleculelor și calea liberă a acestora.
În hidraulică, metodele de cercetare experimentală sunt utilizate pe scară largă, ceea ce face posibilă corectarea concluziilor teoretice care se abat de la fenomenele reale.
Principalele secțiuni ale hidraulicii practice sunt: curgerea prin conducte, curgerea lichidului din găuri și prin duze, interacțiunea curgerii cu obstacole, deplasarea în medii poroase (filtrare), precum și mașini hidraulice.
LUCRĂRI DE LABORATOR
Tema 1. STUDIAREA PROPRIETĂȚILOR FIZICE
LICHIDE
Scopul lucrării: metode master pentru măsurarea densității, expansiunii termice, vâscozității și tensiunii superficiale a lichidelor.
Informații generale
O substanță în stare agregată lichidă (fază lichidă) se numește lichid. Starea lichidă de agregare este intermediară între starea solidă, care se caracterizează prin păstrarea volumului său, formarea unei suprafețe și posesia unei anumite rezistențe la tracțiune și starea gazoasă, în care substanța ia forma vasul în care este conținut. În același timp, lichidul are doar proprietatea sa inerentă - fluiditate, adică. capacitatea de a se deforma plastic sau vâscos sub influența oricăror solicitări (inclusiv arbitrar mici). Fluiditatea este caracterizată printr-o valoare inversă vâscozității.
Principalele caracteristici ale unui lichid sunt densitatea, compresibilitatea, dilatarea termică, vâscozitatea și tensiunea superficială.
Densitate a unei substanțe omogene se numește raport de masă m lichid la volumul său W:
ρ = m/ W.
Compresibilitatea– proprietatea unui lichid de a-și reduce volumul sub influența presiunii uniforme. Ea este evaluată coeficient de compresibilitate p, arătând scăderea relativă a volumului lichidului Δ W/W cu creșterea presiunii Δ ρ pe unitate:
βρ = (Δ W/W)/Δ ρ .
Dilatare termică– proprietatea unui lichid de a schimba volumul atunci când este încălzit – caracterizată, la presiune constantă, coeficient de dilatare termică volumetrică T, care este egal cu incrementul relativ de volum Δ W/Wîn cazul schimbării temperaturii T cu un grad:
β T =(Δ W/W)/Δ T.
De regulă, atunci când este încălzit, volumul unui lichid crește.
Viscozitate(frecare internă) - proprietatea corpurilor fluide de a rezista mișcării unei părți față de alta. Ea este evaluată coeficient de vâscozitate dinamică , care are dimensiunea Pa∙s. Caracterizează rezistența unui lichid (gaz) la deplasarea straturilor sale.
Împreună cu vâscozitatea dinamică, calculele sunt adesea folosite coeficientul de vâscozitate cinematicăν, care este determinată de formula
ν = μ /ρ
şi măsurată cu m 2 /s sau Stokes (1 Stokes = 1 cm 2 /s).
Coeficienții de vâscozitate dinamică și cinematică sunt determinați de tipul de lichid, nu depind de viteza de curgere și scad semnificativ odată cu creșterea temperaturii.
Tensiune de suprafata– caracteristica termodinamică a interfeței dintre două faze, determinată de munca de formare izotermă reversibilă pe unitatea de suprafață a acestei suprafețe. În cazul unei interfețe lichide, tensiunea superficială este considerată ca o forță care acționează pe unitatea de lungime a conturului suprafeței și tinde să reducă suprafața la minim pentru volume de fază date. Caracterizat de coeficient de tensiune superficială , J/m2 = N/m. Munca de formare a unei noi suprafețe este cheltuită pentru depășirea forțelor de aderență intermoleculară (coeziune) în timpul tranziției moleculelor unei substanțe de la volumul corpului la stratul de suprafață. Rezultanta forțelor intermoleculare în stratul de suprafață nu este zero și este direcționată în interiorul fazei în care forțele de adeziune sunt mai mari. Astfel, tensiunea superficială este o măsură a necompensarii forțelor intermoleculare din stratul de suprafață (interfaz), sau excesul de energie liberă din stratul de suprafață în comparație cu energia liberă din fazele de masă.
Valorile densității, coeficienților de compresibilitate, expansiunii termice volumetrice, vâscozității cinematice și tensiunii superficiale la o temperatură de 20°C sunt date în tabel. Clauza 3.1 din cerere.
Descrierea dispozitivului de studiat
proprietățile fizice ale lichidului
Dispozitivul pentru studierea proprietăților fizice ale unui lichid conține 5 dispozitive realizate într-o carcasă transparentă (Fig. 1), care indică parametrii necesari procesării datelor experimentale. Dispozitivele 3–5 încep să funcționeze după rotirea dispozitivului cu 180°. Termometrul 1 arată temperatura ambiantă și, prin urmare, temperatura lichidelor din toate dispozitivele.
Orez. 1. Diagrama dispozitivului:
1 – termometru; 2 – hidrometru; 3 – Viscozimetru Stokes;
4 – vascozimetru capilar; 5 – stalagmometru
1.1. Determinarea coeficientului
dilatarea termică a lichidului
Termometrul 1 (Fig. 1) are un recipient de sticlă cu un capilar umplut cu lichid termometric și o scală. Principiul funcționării sale se bazează pe dilatarea termică a lichidelor. O modificare a temperaturii ambientale duce la o modificare corespunzătoare a volumului lichidului termometric și a nivelului acestuia în capilar. Nivelul indică valoarea temperaturii pe scară.
Coeficientul de dilatare termică a unui fluid termometric este determinat pe baza unui experiment de gândire. Se presupune că temperatura ambiantă a crescut de la valoarea limită inferioară (zero) la limita superioară a termometrului, iar nivelul lichidului din capilar a crescut cu l.
Pentru a determina coeficientul de dilatare termică este necesar:
2. Calculați creșterea în volum a lichidului termometric
Δ W = π r 2 l,
Unde r– raza capilarului termometrului (indicată pe termometru).
3. Luând în considerare volumul inițial (la 0°C) de lichid termometric W(valoarea este dată pe termometru) găsiți coeficientul de dilatare termică β T = (Δ W/W)/Δ Tși comparați-l cu valoarea de referință β T* (Tabelul P. 3.1). Introduceți valorile cantităților utilizate în tabel. 1.
tabelul 1
|
Tip de lichid |
r, |
W, |
Δ T, |
l, |
Δ W, |
β
T , |
β
T *
, |
Alcool |
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Măsurarea densității unui lichid cu un hidrometru
Hidrometrul 2 (Fig. 1) este utilizat pentru a determina densitatea unui lichid folosind metoda plutirii. Este un cilindru gol cu o scară milimetrică și o greutate în partea de jos. Datorită greutății, hidrometrul plutește în lichidul de testare în poziție verticală. Adâncimea de scufundare a unui hidrometru este o măsură a densității lichidului și este citită de pe o scară de-a lungul marginii superioare a meniscului lichid din jurul hidrometrului. La hidrometrele convenționale scara este gradată în valori de densitate.
În timpul lucrărilor, este necesar să se efectueze următoarele operații:
1. Măsurați adâncimea de scufundare h hidrometru pe o scară milimetrică pe el.
2. Calculați densitatea lichidului folosind formula
ρ = 4m/(πd 2 h),
Unde mȘi d– masa și diametrul hidrometrului (valorile sunt date pe hidrometru).
Această formulă se obține prin echivalarea gravitației hidrometrului G = mgși forța de plutire (Arhimedeană). F A = ρ gW, unde este volumul părții scufundate a hidrometrului W = hπd 2 /4.
3. Comparați valoarea densității experimentale cu valoarea de referinta * (Tabelul P. 3.1). Valorile cantităților utilizate sunt rezumate în tabel. 2.
masa 2
Rezultatele observațiilor și calculelor
 |