Порядок виконання завдання № 1. «Визначення різниці рівня рідини у вертикальних трубах.»

Мета: Навчитися визначати різницю рівнів рідини у вертикальних трубах.

Теоретичні відомості.

Гідростатика вивчає рівновагу рідин, що знаходяться в стані відносного спокою, за якого в рухомій рідині її частини не переміщаються одна відносно одної. При цьому сили внутрішнього тертя відсутні, що дає змогу вважати рідину ідеальною.
У стані відносного спокою форма об’єму рідини не змінюється і вона, подібно до твердого тіла, рухається як єдине ціле. Такою є рідина в ємності, що переміщається в барабані центрифуги, який обертається з постійною швидкістю тощо. В таких випадках спокій розглядають відносно стінок рухо­мої посудини.
Рідина у нерухомій посудині знаходиться в абсолютному спокої (від­носно поверхні землі), який в такому розумінні є частковим випадком віднос­ного спокою. Незалежно від виду спокою на рідину діють сили ваги і тиску. У разі відносного спокою необхідно врахувати і силу інерції.

На рідину, яка знаходиться в спокої, діють зовнішні сили: поверхневі і об’ємні (масові). Поверхневі сили – це сили, які діють в точках граничної поверхні даної маси рідини. Вони пропорційні розміру площадки Dw, яка взята на цій поверхні
(1)
де F – діюча поверхнева сила, Н;
– площа, на яку діє поверхнева сила, ;
– напруження, Па.
Об’ємні (або масові) сили – це зовнішні сили, які пропорційні об’єму рідини, якщо маса в об’ємі однорідна, тобто густина її однакова по всьому об’єму.
У багатьох процесах крапельна рідина під час руху контактує з газами або з іншою крапельною рідиною, яка практично з нею не змішується. Поверхня розділу фаз прямує до мінімуму під дією поверхневих сил. Краплі рідини, які знаходяться в газі або іншій рідині, набувають форми, близької до сферичної. Це пояснюється тим, що молекули рідини в об’ємі краплі піддаються однаковій взаємодії сусідніх молекул, в той час, як молекули, які знаходяться поблизу поверхні розділу фаз, притягуються молекулами внутрішніх шарів рідини сильніше, ніж молекули оточуючого середовища. В результаті цього на поверхні рідини виникає тиск, направлений всередину краплі по нормалі до її поверхні, який і зменшує її поверхню до мінімальної величини.
Тому для збільшення, тобто для створення нової поверхні, необхідно затратити енергію. Роботу, яка витрачається для створення одиниці нової поверхні, називають поверхневим натягом і позначають через σ. В системі СІ σ має розмірність
. (2)
Поверхневий натяг зменшується із збільшенням температури. З вели­чиною σ пов’язані характеристики змочування крапельними рідинами твердих матеріалів, що має значний вплив на гідродинамічні умови масообмінних процесів.

Гідростатичний тиск.

Гідростатичний тиск Р, Па, являє собою напруження стиску в точці, розташованій в середині рідини, яка знаходиться в спокої.
, (3)
де Р – сила тиску рідини на площадку площею в якій розташована точка, що розглядається. В даній точці гідростатичний тиск завжди нормальний до площадки, на яку він діє, і не залежить від орієнтації (кута нахилу) площадки.

Гідростатичний тиск залежить від положення точки, що розглядається всередині рідини і від зовнішнього тиску, який прикладений до вільної поверхні рідини.
В найбільш розповсюдженому випадку, коли діє лише сила ваги, гідростатичний тиск Р (Па), в точці, яка знаходиться на глибині h (м), визначається за основним рівнянням гідростатики:
(4)
де – тиск на вільній поверхні рідини, Па;
ρ– густина рідини, ;
g – прискорення вільного падіння, .
Рівняння (4) виражає, що зовнішній тиск , який прикладений до вільної поверхні рідини, передається всім точкам цієї рідини по всім напрямкам однаково (закон Паскаля).

Вхідні дані для розрахунку:

Поиск по сайту: