Определение коэффициента теплового расширения жидкости

Лабораторные работы ПО ВВ и основам гидравлики

Для заочников

Работа 1. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАПЕЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Цель работы. Освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.

Общие сведения

Жидкость есть физическое тело, обладающее свойством текучести, т.е. свойством менять свою форму под действием малых сил. Основными свойствами жидкости, существенными при рассмотрении задач гидравлики, являются: плотность, сжимаемость, температурное расширение, вязкость и поверхностное натяжение. Свойства жидкости обуславливаются её молекулярным строением.

Плотностью жидкости ρ называется её масса M, заключенная в единице объёма W:

ρ = . (1.1)

В практических приложениях о массе жидкости судят по её весу. Вес жидкости G, приходящийся на единицу объёма, называется удельным весом γ:

γ = . (1.2)

Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением:

γ = ρg, (1.3)

где: g – ускорение силы тяжести.

Плотность и удельный вес жидкостей меняются с изменением давления и температуры.

Сжимаемость (свойство жидкости изменять свою плотность при изменении давления) характеризуется коэффициентом объёмного сжатия β_w, который связывает относительное изменение объёма жидкости ∆W/W с изменением давления ∆p, действующего на данный объём жидкости:

β_W = – . (1.4)

Температурное расширение (свойство жидкости изменять свой объём, а следовательно и плотность, при изменении температуры) характеризуется коэффициентом температурного расширения β_t, который связывает относительное увеличение объёма жидкости ∆W/W при повышении температуры ∆T на 1К:

β_t = . (1.5)

Свойство жидкости оказывать сопротивление усилиям сдвига характеризуется динамической и кинематической вязкостью.

Динамическая вязкость μ, представляет собой отношение напряжения

сдвига τ к градиенту скорости dV/dn (изменению скорости на единицу

длины нормали к направлению движения жидкости):

 

Кинематическая вязкость ν, представляет собой отно­шение динамической вязкости μ к плотности жидкости ρ:

 

ν = μ\ ρ.

 

Динамическая и кинематическая вязкости зависят от рода жидкости и параметров состояния среды: от температуры и давления.

Поверхностное натяжение – свойство жидкости образовать поверхностный слой взаимно притягивающихся молекул – характеризующихся коэффициентом поверхностного натяжения , равным силе на единице длины контура свободной поверхности (Н\м). Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м² ). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения. Значения _w, _t, ν и при 20ºС указаны в табл.1.1.

 

Таблица 1.1

 

		р,. 103	,		Н /м
Вода пресная		0,49	0,15	1,01
Спирт этиловый		0,78	1,10	1,52
Масло:   Моторное М-8 Моторное М-10 Индустриальное 20 Трансформаторное АМГ-10		0,60 0,60 0,72 0,60 0,76	0,64 0,64 0,73 0,70 0,83

 

Описание устройства №1

Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит 5 приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (рис. 1.1), на котором указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3-5 начинают действовать при перевертывании устройства № 1. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех устройствах.

Рис..1.1. Устройство №1:

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

4 - капиллярный вискозиметр; 5 – сталагмометр.

 

Порядок выполнения работы

 

Определение коэффициента теплового расширения жидкости

Термометр 1 имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненные термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Варьирование температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объема термометрической жидкости и ее уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.

Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется на основе воображаемого эксперимента, предполагающего, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельных значений термометра и уровень жидкости в капилляре возрос на величину .

Определение величины коэффициента проводится в следующем порядке.

1. Подсчитать общее число градусных делений в шкале термометра и измерить линейкой расстояние между крайними штрихами шкалы.

2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости , где г - радиус капилляра термометра. Величины радиуса капилляра и объёма баллона приведены на установке № 1.

3. С учетом начального (при 0 °С) объема термометрии ческой жидкости W найти значение коэффициента теплового расширения β_T по формуле (1.5) и сравнить его со справочным значением β_T *(табл. 1.1). Значения величин занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Вид жидкости	, мм	W, мм3		мм	мм
Спирт