Определение параметров рабочих жидкостей.

 

Цель работы: освоить методы измерения плотности, теплового расширения, вязкости иповерхностного натяжения жидкостей.

 

Общие сведения

 

Вещество, находящееся в жидком агрегатном состоянии (жидкой фазе), называют жидкостью. Жидкое агрегатное состояние является промежуточным между твёрдым состоянием, которому присущи сохранение своего объёма, образование поверхности, обладание определённой прочностью на разрыв, и газообразным, при котором вещество принимает форму сосуда, где оно заключено. В то же время жидкость обладает только ей присущим свойством − текучестью, т.е. способностью пластически или вязко деформироваться под действием любых (включая сколь угодно малые) напряжений. Текучесть характеризуется величиной, обратной вязкости.

 

Основные характеристики жидкости – плотность, сжимаемость, тепловое расширение, вязкость и поверхностное натяжение.

 

Плотностью однородного вещества называют отношение массы m жидкости к её объему

W:

 

ρ = m/W.

 

Удельный вес или вес единицы объема – отношение веса жидкости к ее объему, измеряетсяН/м³ или кгс/м³.

 

γ=G/V,

 

γ=mg/V,

 

γ=ρg.

 

Сжимаемость – свойство жидкости уменьшать объём под действием всестороннегодавления. Она оценивается коэффициентом сжимаемости β _p, показывающим относительное уменьшение объёма жидкости ∆ W / W при повышении давления ∆ ρ на единицу:

 

βρ = (∆ W / W)/∆ ρ.

 

Тепловое расширение – свойство жидкости изменять объём при нагревании –характеризуется, при постоянном давлении, коэффициентом объёмного теплового расширения β _T, который равен относительному приращению объёма ∆ W / W в случае изменения температуры ∆ Т на один градус:

 

β _T =(∆ W / W)/∆ T.

 

Как правило, при нагревании объём жидкости увеличивается.

 

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивлениеперемещению одной их части относительно другой. Её оценивают коэффициентомдинамической вязкостиµ, который имеет размерность Па·с. Он характеризует сопротивлениежидкости (газа) смещению её слоёв.

 

Наряду с динамической вязкостью в расчётах часто используют коэффициенткинематической вязкости ν, который определяют по формуле

 

n = µ/ρ

и измеряют м²/с или стоксами (1 Ст = 1 см²/с).

 

Коэффициенты динамической и кинематической вязкости определяются родом жидкости, не зависят от скорости течения, существенно уменьшаются с возрастанием температуры. В справочной литературе приведены значения жидкостей при нормальных условиях.

 

Поверхностное натяжение – термодинамическая характеристика поверхности разделадвух фаз, определяемая работой обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности. В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение

рассматривают как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения σ, Дж/м ² = Н/м. Работа образования новойповерхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул вещества из объёма тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю и направлена внутрь той фазы, в которой силы сцепления больше. Таким образом, поверхностное натяжение является мерой не компенсированности межмолекулярных сил в поверхностном (межфазном) слое, или избытка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах фаз.

 

Описание устройства для изучения

Физических свойств жидкости

 

Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит 5 приборов, выполненных в одном прозрачном корпусе (рис. 1), на котором указаны параметры, необходимые для обработки опытных данных. Приборы 3–5 начинают действовать после переворачивания на 180^о устройства. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех приборах.

 

 

Рис. 1.1 Схема устройства:

1 – термометр; 2 – ареометр; 3 – вискозиметр Стокса;

 

4 – капиллярный вискозиметр; 5 – сталагмометр

 

Определение коэффициента