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 βw, который связывает относительное изменение объёма жидкости ∆W/W с изменением давления ∆p, действующего на данный объём жидкости:
βW = – 
. (1.4)
Температурное расширение (свойство жидкости изменять свой объём, а следовательно и плотность, при изменении температуры) характеризуется коэффициентом температурного расширения βt, который связывает относительное увеличение объёма жидкости ∆W/W при повышении температуры ∆T на 1К:
βt = 
. (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 βT по формуле (1.5) и сравнить его со справочным значением βT *(табл. 1.1). Значения величин занести в таблицу 1.2.
Таблица 1.2
| Вид жидкости |  ,
мм
| W, мм3 | 
| 
мм
| 
мм 
| 
| 
|
| Спирт |
