Коэффициент объемного расширения жидкости. Температурное расширение жидкости

Температурное расширение жидкостей


Задачи по гидравлике с решениями
Сборник задач
Задачник по гидравлике

Видеоуроки по гидравлике.
Просто!
Понятно!
Доступно!

Один из лучших справочников по гидравлике
Только простые и понятные формулы!

Подпишитесь на RSS и Вы будете получать информацию об обновлениях сайта на Ваш RSS канал!

Температурное расширение жидкостей

Автор: gidroadmin

Дата: 2008-12-09

Температурное расширение жидкостей количественно характеризуется коэффициентом температурного расширения βt, представляющим относительное изменение объема V при изменении температуры t на 1 0 С:

Коэффициент температурного расширения воды увеличивается с возрастанием давления и температуры; для большинства других капельных жидкостей с увеличением давления уменьшается.

Значения βt воды при различных давлениях и температурах

Значения βt некоторых технических жидкостей при температуре 20 0 С и давлении 0,1 МПа (1 ат)

При изменении температуры и давления в небольших пределах можно принять βt = const, и тогда объем жидкости при изменении температуры на величину dt=t—t вычисляется по формуле

Источник: Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.

Просмотров: 91106

Комментарии к этой статье!!

Комментарий добавил(а): guerraiche
Дата: 2016-03-05

Комментарий добавил(а): Конста
Дата: 2017-05-31

Комментарий добавил(а): Сергей
Дата: 2019-09-12

по моему, в первой формуле ошибка, не — а +

Комментарий добавил(а): gidroadmin
Дата: 2019-09-14

Коэффициент объемного расширения жидкости. Температурное расширение жидкости

По аналогии со свойством сжимаемости жидкости можно записать

или через плотность

Изменение объёма при изменении температуры происходит за счёт изменения плотности.

Для большинства жидкостей коэффициент t с увеличением давления уменьшается. Коэффициент t с уменьшением плотности нефтепродуктов от 920 до 700 кг/м 3 увеличивается от 0,0006 до 0,0008; для рабочих жидкостей гидросистем t обычно принимают не зависящим от температуры. Для этих жидкостей увеличение давления от атмосферного до 60 МПа приводит к росту t примерно на 10 – 20 %. При этом, чем выше температура рабочей жидкости, тем больше увеличение t. Для воды с увеличением давления при температуре до 50 о C t растёт, а при температуре выше 50 о C уменьшается.

Читать еще:  Осел делает мечи. Игры кузнец джек

Растворение газов

Растворение газов способность жидкости поглощать (растворять) газы, находящиеся в соприкосновении с ней. Все жидкости в той или иной степени поглощают и растворяют газы. Это свойство характеризуется коэффициентом растворимости kр.

Если в закрытом сосуде жидкость находится в контакте с газом при давленииP1, то газ начнёт растворяться в жидкости. Через какое-то время

произойдёт насыщение жидкости газом и давление в сосуде изменится. Коэффициент растворимости связывает изменение давления в сосуде с объёмом растворённого газа и объёмом жидкости следующим соотношением

где VГ – объём растворённого газа при нормальных условиях,

Коэффициент растворимости зависит от типа жидкости, газа и температуры.

При температуре 20 ºС и атмосферном давлении в воде содержится около 1,6% растворенного воздуха по объему (kp = 0,016). С увеличением температуры от до 30 ºС коэффициент растворимости воздуха в воде уменьшается. Коэффициент растворимости воздуха в маслах при температуре 20 ºС равен примерно 0,08 – 0,1. Кислород отличается более высокой растворимостью, чем воздух, поэтому содержание кислорода в воздухе, растворенном в жидкости, примерно на 50% выше, чем в атмосферном. При уменьшении давления газ из жидкости выделяется. Процесс выделения газа протекает интенсивнее, чем растворение.

Кипение

Кипение – способность жидкости переходить в газообразное состояние. Иначе это свойство жидкостей называютиспаряемостью.

Жидкость можно довести до кипения повышением температуры до значений, больших температуры кипения при данном давлении, или понижением давления до значений, меньших давления насыщенных паров pнп жидкости при данной температуре. Образование пузырьков при понижении давления до давления насыщенных паров называется холодным кипением.

Жидкость, из которой удален растворенный в ней газ, называется дегазированной. В такой жидкости, кипение не возникает и при температуре, большей температуры кипения при данном давлении.

§ 9.3. Тепловое объемное расширение

Измерения показывают, что в пределах не очень большого интервала температур можно считать, что относительное изменение объема пропорционально изменению температуры:

Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом объемного расширения. Он показывает, на какую долю своего первоначального значения изменяется объем тела при изменении температуры на 1 К. Коэффициент объемного расширения, как и коэффициент линейного расширения, зависит от природы вещества и температуры. Зависимость α от температуры незначительна и ею можно пренебречь, если интервал изменения температуры невелик. Для большинства твердых тел коэффициент α имеет порядок 10 -5 —10 -4 К -1 , т. е. очень мал по сравнению с коэффициентом объемного расширения газов.

Читать еще:  Аура человека: положительная или отрицательная. Что такое аура человека

Из формулы (9.3.1) легко найти выражение для объема тела при любой температуре:

В этой формуле значение начального объема V обычно берут при начальной температуре t = 0 °С. Однако и здесь, как в случае линейного расширения, можно пользоваться формулой

где V1 — объем тела при температуре t1; V2 — объем тела при температуре t2; Δt = t2 — t1.

Объем полого (пустого) твердого тела (сосуда) при нагревании увеличивается так, как если бы это тело было сплошным. Объем полости в твердом теле (сосуде) при его нагревании увеличивается так, как увеличивался бы объем тела, изготовленного из того же вещества и имеющего форму и размер полости.

Связь между коэффициентами линейного и объемного расширения

Коэффициент линейного расширения α1 и коэффициент объемного расширения а связаны между собой. Эту связь можно найти, рассматривая тепловое расширение тела простой формы, например кубика с ребром l. При нагревании кубика на Δt каждая его сторона увеличится на Δl и станет равной

Объем тела при этом будет равен

Подставляя l из уравнения (9.3.4) в уравнение (9.3.5), получим

Так как величина α1 очень мала, то при малых изменениях температуры членами Зα1 2 Δt и α1 2 (Δt) 2 можно пренебречь по сравнению с членом Зα1. Поэтому

Итак, температурный коэффициент объемного расширения равен утроенному коэффициенту линейного расширения.

Зависимость плотности вещества от температуры

При изменении температуры тел изменяется и их плотность. Пусть при температуре t1 плотность вещества равна р1, а объем тела равен V1. При температуре t2 значения этих величин стали соответственно равными р2 и V2. Так как при изменении температуры масса тела m не изменяется, то

Разделив почленно второе равенство на первое, получим

Пользуясь формулой (9.3.3), можно записать

Так как αΔt значительно меньше единицы, то для приближенных расчетов можно упростить эту формулу следующим образом:

Пренебрегая выражением (αΔt) 2 по сравнению с единицей, получим

При нагревании плотность вещества уменьшается.

Тепловое расширение жидкостей

Связи между частицами жидкости, как мы знаем, слабее, чем между молекулами в твердом теле. Поэтому следует ожидать, что при одинаковом нагревании жидкости расширяются в большей степени, чем твердые тела. Это действительно подтверждается на опыте.

Читать еще:  Гадания на таро онлайн. Расклады на таро онлайн бесплатно

Наполним колбу с узким и длинным горлышком подкрашенной жидкостью (водой или лучше керосином) до половины горлышка и отметим резиновым колечком уровень жидкости. После этого опустим колбу в сосуд с горячей водой. Сначала будет видно понижение уровня жидкости в горлышке колбы, а затем уровень начнет повышаться и поднимется значительно выше начального. Это объясняется тем, что вначале нагревается сосуд и объем его увеличивается. Из-за этого уровень жидкости опускается. Затем нагревается жидкость. Расширяясь, она не только заполняет увеличившийся объем сосуда, но и значительно превышает этот объем. Следовательно, жидкости расширяются в большей степени, чем твердые тела.

Температурные коэффициенты объемного расширения жидкостей значительно больше коэффициентов объемного расширения твердых тел; они могут достигать значения 10 -3 К -1 ,

Жидкость нельзя нагреть, не нагревая сосуда, в котором она находится. Поэтому мы не можем наблюдать истинного расширения жидкости в сосуде, так как расширение сосуда занижает видимое увеличение объема жидкости. Впрочем, коэффициент объемного расширения стекла и других твердых тел обычно значительно меньше коэффициента объемного расширения жидкости, и при не очень точных измерениях увеличением объема сосуда можно пренебречь.

Особенности расширения воды

Наиболее распространенная на Земле жидкость — вода — обладает особыми свойствами, отличающими ее от других жидкостей. У воды при нагревании от 0 до 4 °С объем не увеличивается, а уменьшается. Лишь с 4 °С объем воды начинает при нагревании возрастать. При 4 °С, таким образом, объем воды минимален, а плотность максимальна(1). На рисунке 9.4 показана примерная зависимость плотности воды от температуры.

Отмеченное особое свойство воды оказывает большое влияние на характер теплообмена в водоемах. При охлаждении воды вначале плотность верхних слоев увеличивается, и они опускаются вниз. Но после достижения воздухом температуры 4 °С дальнейшее охлаждение уже уменьшает плотность, и холодные слои воды остаются на поверхности. В результате в глубоких водоемах даже при очень низкой температуре воздуха вода имеет температуру около 4 °С.

Объем жидких и твердых тел увеличивается прямо пропорционально росту температуры. У воды обнаруживается аномалия: ее плотность максимальна при 4 °С.

(1) Эти данные относятся к пресной (химически чистой) воде. У морской воды наибольшая плотность наблюдается примерно при 3 °С.

Источники:

http://www.techgidravlika.ru/view_post.php?id=18

http://studfile.net/preview/3386071/page:4/

http://tepka.ru/fizika_10-2/75.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector