Συνολικές καταστάσεις νερού. Υγρές ουσίες Χαρακτηριστικά υγρής κατάστασης της ύλης

1. Η υγρή κατάσταση της ύλης και οι ιδιότητές της.

2.1 Ο νόμος του Bernoulli.

2.2 Ο νόμος του Πασκάλ.

2.3 Στρωτή ροή υγρών.

2.4 Ο νόμος του Poisel.

2.5 Τυρβώδης ροή υγρών.

3.1 Μέτρηση ιξώδους υγρού.

3.2 Μέτρηση όγκου και ροής υγρού

1. Η υγρή κατάσταση της ύλης και οι ιδιότητές της.

Τα υγρά καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ αέριων και στερεών ουσιών. Σε θερμοκρασίες κοντά στα σημεία βρασμού, οι ιδιότητες των υγρών προσεγγίζουν αυτές των αερίων. σε θερμοκρασίες κοντά στο σημείο τήξης, οι ιδιότητες των υγρών προσεγγίζουν τις ιδιότητες των στερεών. Εάν οι στερεές ουσίες χαρακτηρίζονται από μια αυστηρή σειρά σωματιδίων, που εκτείνονται σε αποστάσεις έως και εκατοντάδων χιλιάδων διατομικών ή διαμοριακών ακτίνων, τότε σε μια υγρή ουσία συνήθως δεν υπάρχουν περισσότερα από αρκετές δεκάδες διατεταγμένα σωματίδια - αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι Η τάξη μεταξύ των σωματιδίων σε διαφορετικά σημεία μιας υγρής ουσίας προκύπτει επίσης γρήγορα, καθώς και πάλι «διαβρώνεται» από τη θερμική δόνηση των σωματιδίων. Ταυτόχρονα, η συνολική πυκνότητα συσκευασίας των σωματιδίων μιας υγρής ουσίας διαφέρει ελάχιστα από αυτή μιας στερεής ουσίας - επομένως, η πυκνότητά τους είναι κοντά στην πυκνότητα των στερεών και η συμπιεστότητά τους είναι πολύ χαμηλή. Για παράδειγμα, για να μειωθεί ο όγκος που καταλαμβάνει το υγρό νερό κατά 1%, απαιτείται πίεση ~200 atm, ενώ για την ίδια μείωση του όγκου των αερίων απαιτείται πίεση περίπου 0,01 atm. Κατά συνέπεια, η συμπιεστότητα των υγρών είναι περίπου 200: 0,01 = 20.000 φορές μικρότερη από τη συμπιεστότητα των αερίων.

Σημειώθηκε παραπάνω ότι τα υγρά έχουν έναν ορισμένο όγκο και παίρνουν το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκονται. Αυτές οι ιδιότητες είναι πολύ πιο κοντά στις ιδιότητες ενός στερεού παρά μιας αέριας ουσίας. Η εγγύτητα της υγρής κατάστασης με τη στερεή επιβεβαιώνεται επίσης από δεδομένα για τις τυπικές ενθαλπίες εξάτμισης ∆H° eva και τυπικές ενθαλπίες τήξης ∆H° pl. Η τυπική ενθαλπία της εξάτμισης είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή 1 mol υγρού σε ατμό σε 1 atm (101,3 kPa). Η ίδια ποσότητα θερμότητας απελευθερώνεται όταν 1 mole ατμού συμπυκνώνεται σε υγρό σε 1 atm. Η ποσότητα θερμότητας που καταναλώνεται για τη μετατροπή 1 mol ενός στερεού σε υγρό σε 1 atm ονομάζεται τυπική ενθαλπία σύντηξης (η ίδια ποσότητα θερμότητας απελευθερώνεται όταν 1 mole υγρού "παγώνει" ("σκληραίνει") σε 1 atm) . Είναι γνωστό ότι το ΔΝ° pl είναι πολύ μικρότερο από τις αντίστοιχες τιμές του ΔΝ° isp, κάτι που είναι εύκολο να γίνει κατανοητό, αφού η μετάβαση από τη στερεά σε υγρή κατάσταση συνοδεύεται από μικρότερη διαταραχή της διαμοριακής έλξης από τη μετάβαση. από υγρή σε αέρια κατάσταση.

Μια σειρά από άλλες σημαντικές ιδιότητες των υγρών μοιάζουν περισσότερο με τις ιδιότητες των αερίων. Έτσι, όπως τα αέρια, τα υγρά μπορούν να ρέουν - αυτή η ιδιότητα ονομάζεται ρευστότητα. Η αντίσταση στη ροή καθορίζεται από το ιξώδες. Η ρευστότητα και το ιξώδες επηρεάζονται από τις ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των υγρών μορίων, το σχετικό μοριακό τους βάρος και έναν αριθμό άλλων παραγόντων. Το ιξώδες των υγρών είναι ~ 100 φορές μεγαλύτερο από αυτό των αερίων. Ακριβώς όπως τα αέρια, τα υγρά μπορούν να διαχέονται, αν και πολύ πιο αργά, επειδή τα υγρά σωματίδια συσσωρεύονται πολύ πιο πυκνά από τα σωματίδια αερίου.

Μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες ενός υγρού είναι η επιφανειακή τάση του (αυτή η ιδιότητα δεν είναι εγγενής ούτε στα αέρια ούτε στα στερεά). Ένα μόριο σε ένα υγρό επιδρά ομοιόμορφα από διαμοριακές δυνάμεις από όλες τις πλευρές. Ωστόσο, στην επιφάνεια του υγρού η ισορροπία αυτών των δυνάμεων διαταράσσεται, και ως αποτέλεσμα, τα μόρια «επιφανείας» βρίσκονται υπό την επίδραση μιας ορισμένης προκύπτουσας δύναμης που κατευθύνεται στο υγρό. Για το λόγο αυτό, η επιφάνεια του υγρού βρίσκεται σε κατάσταση τάσης. Η επιφανειακή τάση είναι η ελάχιστη δύναμη που περιορίζει την κίνηση των σωματιδίων του υγρού στο βάθος του υγρού και έτσι εμποδίζει τη συστολή της επιφάνειας του υγρού. Είναι η επιφανειακή τάση που εξηγεί το σχήμα «σε σχήμα σταγόνας» των σωματιδίων υγρού που πέφτουν ελεύθερα.

Λόγω της διατήρησης του όγκου, το υγρό μπορεί να σχηματίσει μια ελεύθερη επιφάνεια. Μια τέτοια επιφάνεια είναι η διεπαφή μεταξύ των φάσεων μιας δεδομένης ουσίας: στη μία πλευρά υπάρχει μια υγρή φάση, στην άλλη υπάρχει μια αέρια φάση (ατμός) και, πιθανώς, άλλα αέρια, για παράδειγμα, αέρας. Εάν η υγρή και η αέρια φάση της ίδιας ουσίας έρθουν σε επαφή, προκύπτουν δυνάμεις που τείνουν να μειώσουν την περιοχή διεπαφής - δυνάμεις επιφανειακής τάσης. Η διεπαφή συμπεριφέρεται σαν μια ελαστική μεμβράνη που τείνει να συστέλλεται.

Η επιφανειακή τάση μπορεί να εξηγηθεί από την έλξη μεταξύ των υγρών μορίων. Κάθε μόριο προσελκύει άλλα μόρια, προσπαθεί να «περιβληθεί» με αυτά και επομένως να φύγει από την επιφάνεια. Αντίστοιχα, η επιφάνεια τείνει να μειώνεται. Επομένως, οι σαπουνόφουσκες και οι φυσαλίδες τείνουν να παίρνουν σφαιρικό σχήμα όταν βράζουν: για έναν δεδομένο όγκο, μια σφαίρα έχει την ελάχιστη επιφάνεια. Εάν σε ένα υγρό ενεργούν μόνο δυνάμεις επιφανειακής τάσης, αυτό θα πάρει αναγκαστικά σφαιρικό σχήμα - για παράδειγμα, πέφτει νερό σε μηδενική βαρύτητα.

Μικρά αντικείμενα με πυκνότητα μεγαλύτερη από αυτή του υγρού μπορούν να «επιπλέουν» στην επιφάνεια του υγρού, αφού η δύναμη της βαρύτητας είναι μικρότερη από τη δύναμη που εμποδίζει την αύξηση της επιφάνειας.

Η διαβροχή είναι ένα επιφανειακό φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα υγρό έρχεται σε επαφή με μια στερεή επιφάνεια παρουσία ατμού, δηλαδή στις διεπιφάνειες τριών φάσεων. Η διαβροχή χαρακτηρίζει το «κόλλημα» ενός υγρού σε μια επιφάνεια και το άπλωμα πάνω της (ή, αντίθετα, απώθηση και μη διασπορά). Υπάρχουν τρεις περιπτώσεις: μη διαβροχή, περιορισμένη διαβροχή και πλήρης διαβροχή.

Αναμειξιμότητα είναι η ικανότητα των υγρών να διαλύονται μεταξύ τους. Ένα παράδειγμα αναμίξιμων υγρών: νερό και αιθυλική αλκοόλη, ένα παράδειγμα μη αναμίξιμων υγρών: νερό και υγρό λάδι.

Όταν υπάρχουν δύο μικτά υγρά σε ένα δοχείο, τα μόρια, ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης, αρχίζουν να περνούν σταδιακά από τη διεπιφάνεια και έτσι τα υγρά αναμειγνύονται σταδιακά. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάχυση (συμβαίνει επίσης σε ουσίες σε άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης).

Ένα υγρό μπορεί να θερμανθεί πάνω από το σημείο βρασμού του, έτσι ώστε να μην υπάρξει βρασμός. Αυτό απαιτεί ομοιόμορφη θέρμανση, χωρίς σημαντικές αλλαγές θερμοκρασίας εντός του όγκου και χωρίς μηχανικές επιδράσεις όπως οι κραδασμοί. Αν ρίξετε κάτι σε ένα υπερθερμασμένο υγρό, θα βράσει αμέσως. Υπερθερμασμένο νερό λαμβάνεται εύκολα στο φούρνο μικροκυμάτων.

Υπόψυξη είναι η ψύξη ενός υγρού κάτω από το σημείο πήξης του χωρίς να μετατραπεί σε στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης. Όπως και με την υπερθέρμανση, η υπερψύξη απαιτεί την απουσία κραδασμών και σημαντικές αλλαγές θερμοκρασίας.

Εάν μετακινήσετε ένα τμήμα της επιφάνειας του υγρού από τη θέση ισορροπίας, τότε υπό τη δράση των δυνάμεων αποκατάστασης η επιφάνεια αρχίζει να μετακινείται πίσω στη θέση ισορροπίας. Αυτή η κίνηση όμως δεν σταματά, αλλά μετατρέπεται σε ταλαντωτική κίνηση κοντά στη θέση ισορροπίας και εξαπλώνεται σε άλλες περιοχές. Έτσι εμφανίζονται τα κύματα στην επιφάνεια του υγρού.

Εάν η δύναμη επαναφοράς είναι κυρίως η βαρύτητα, τότε τέτοια κύματα ονομάζονται βαρυτικά κύματα. Τα βαρυτικά κύματα στο νερό φαίνονται παντού.

Εάν η δύναμη επαναφοράς είναι κυρίως η δύναμη της επιφανειακής τάσης, τότε τέτοια κύματα ονομάζονται τριχοειδή. Εάν αυτές οι δυνάμεις είναι συγκρίσιμες, τέτοια κύματα ονομάζονται κύματα τριχοειδούς βαρύτητας. Τα κύματα στην επιφάνεια ενός υγρού αποσβένονται υπό την επίδραση του ιξώδους και άλλων παραγόντων.

Τυπικά μιλώντας, για την ισορροπία συνύπαρξης υγρής φάσης με άλλες φάσεις της ίδιας ουσίας -αέριας ή κρυσταλλικής- απαιτούνται αυστηρά καθορισμένες συνθήκες. Έτσι, σε μια δεδομένη πίεση, απαιτείται μια αυστηρά καθορισμένη θερμοκρασία. Ωστόσο, στη φύση και στην τεχνολογία παντού, το υγρό συνυπάρχει με τον ατμό, ή και με μια στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης - για παράδειγμα, νερό με ατμό και συχνά με πάγο (αν θεωρήσουμε τον ατμό ως ξεχωριστή φάση που υπάρχει μαζί με τον αέρα). Αυτό οφείλεται στους ακόλουθους λόγους.

Κατάσταση ανισορροπίας. Χρειάζεται χρόνος για να εξατμιστεί ένα υγρό μέχρι να εξατμιστεί τελείως, συνυπάρχει με τον ατμό. Στη φύση, το νερό εξατμίζεται συνεχώς, όπως και η αντίστροφη διαδικασία - η συμπύκνωση.

Κλειστός τόμος. Το υγρό σε ένα κλειστό δοχείο αρχίζει να εξατμίζεται, αλλά επειδή ο όγκος είναι περιορισμένος, η τάση ατμών αυξάνεται, κορεσμένο ακόμη και πριν εξατμιστεί τελείως το υγρό, εάν η ποσότητα του ήταν αρκετά μεγάλη. Όταν επιτευχθεί η κατάσταση κορεσμού, η ποσότητα του εξατμιζόμενου υγρού είναι ίση με την ποσότητα του συμπυκνωμένου υγρού, το σύστημα έρχεται σε ισορροπία. Έτσι, σε περιορισμένο όγκο, μπορούν να δημιουργηθούν οι απαραίτητες συνθήκες για την ισορροπία συνύπαρξης υγρού και ατμού.

Η παρουσία της ατμόσφαιρας σε συνθήκες γήινης βαρύτητας. Ένα υγρό επηρεάζεται από την ατμοσφαιρική πίεση (αέρας και ατμός), ενώ για τον ατμό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σχεδόν μόνο η μερική του πίεση. Επομένως, υγρό και ατμός πάνω από την επιφάνειά του αντιστοιχούν σε διαφορετικά σημεία στο διάγραμμα φάσεων, στην περιοχή ύπαρξης της υγρής φάσης και στην περιοχή ύπαρξης της αέριας φάσης, αντίστοιχα. Αυτό δεν ακυρώνει την εξάτμιση, αλλά η εξάτμιση απαιτεί χρόνο κατά τον οποίο συνυπάρχουν και οι δύο φάσεις. Χωρίς αυτή την κατάσταση, τα υγρά θα έβραζαν και θα εξατμίζονταν πολύ γρήγορα.

2.1 Νόμος Bernoulli -είναι συνέπεια του νόμου της διατήρησης της ενέργειας για μια ακίνητη ροή ενός ιδανικού (δηλαδή, χωρίς εσωτερική τριβή) ασυμπίεστου ρευστού:

Υγρή πυκνότητα,

Ρυθμός ροής,

Το ύψος στο οποίο βρίσκεται το εν λόγω ρευστό στοιχείο,

Η πίεση στο σημείο του χώρου όπου βρίσκεται το κέντρο μάζας του υπό εξέταση ρευστού στοιχείου,

Ενταση βαρύτητος.

Η σταθερά στη δεξιά πλευρά ονομάζεται συνήθως πίεση, ή ολική πίεση, καθώς και Ολοκλήρωμα Bernoulli. Η διάσταση όλων των όρων είναι η μονάδα ενέργειας ανά μονάδα όγκου υγρού.

Αυτή η σχέση, που προήλθε από τον Daniel Bernoulli το 1738, πήρε το όνομά του εξίσωση Bernoulli. Για οριζόντιο σωλήνα η= 0 και η εξίσωση του Bernoulli παίρνει τη μορφή:

.

Αυτή η μορφή της εξίσωσης του Bernoulli μπορεί να ληφθεί με την ολοκλήρωση της εξίσωσης του Euler για σταθερή μονοδιάστατη ροή ρευστού, σε σταθερή πυκνότητα ρ:

.

Σύμφωνα με το νόμο του Bernoulli, η συνολική πίεση σε μια σταθερή ροή ρευστού παραμένει σταθερή κατά μήκος της ροής.

Ολική πίεσηαποτελείται από βάρος (ρ gh), στατικές (p) και δυναμικές (ρν 2 /2) πιέσεις.

Από το νόμο του Bernoulli προκύπτει ότι καθώς μειώνεται η διατομή ροής, λόγω αύξησης της ταχύτητας, δηλαδή της δυναμικής πίεσης, η στατική πίεση μειώνεται. Αυτός είναι ο κύριος λόγος για το φαινόμενο Magnus. Ο νόμος του Bernoulli ισχύει και για τις στρωτές ροές αερίων. Το φαινόμενο της μείωσης της πίεσης με αύξηση του ρυθμού ροής αποτελεί τη βάση της λειτουργίας διαφόρων τύπων μετρητών ροής (για παράδειγμα, σωλήνας Venturi), αντλιών πίδακα νερού και ατμού. Και η συνεπής εφαρμογή του νόμου του Bernoulli οδήγησε στην εμφάνιση μιας τεχνικής υδρομηχανικής πειθαρχίας - της υδραυλικής.

Ο νόμος του Bernoulli ισχύει στην καθαρή του μορφή μόνο για υγρά των οποίων το ιξώδες είναι μηδέν, δηλαδή υγρά που δεν κολλάνε στην επιφάνεια του σωλήνα. Στην πραγματικότητα, έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι η ταχύτητα ενός υγρού στην επιφάνεια ενός στερεού είναι σχεδόν πάντα ακριβώς μηδέν (εκτός από περιπτώσεις διαχωρισμού πίδακα υπό ορισμένες σπάνιες συνθήκες).

2.2 Ο νόμος του Πασκάλ διατυπώνεται ως εξής:

Η πίεση που ασκείται σε ένα υγρό (ή αέριο) σε οποιοδήποτε σημείο του ορίου του, για παράδειγμα, από ένα έμβολο, μεταδίδεται χωρίς αλλαγή σε όλα τα σημεία του υγρού (ή του αερίου).

Η κύρια ιδιότητα των υγρών και των αερίων- μετάδοση πίεσης χωρίς αλλαγή προς όλες τις κατευθύνσεις - αποτελεί τη βάση του σχεδιασμού των υδραυλικών και πνευματικών συσκευών και μηχανών.

Ο αριθμός των φορών που το εμβαδόν του ενός εμβόλου είναι μεγαλύτερο από το εμβαδόν του άλλου, όσες φορές το υδραυλικό μηχάνημα παράγει κέρδος σε ισχύ.

2.3 Στρωτή ροή(λατ. έλασμα- πλάκα, λωρίδα) - μια ροή στην οποία ένα υγρό ή αέριο κινείται σε στρώματα χωρίς ανάμειξη και παλμούς (δηλαδή, τυχαίες γρήγορες αλλαγές στην ταχύτητα και την πίεση).

Η στρωτή ροή είναι δυνατή μόνο μέχρι μια ορισμένη κρίσιμη τιμή του αριθμού Reynolds, μετά την οποία γίνεται τυρβώδης. Η κρίσιμη τιμή του αριθμού Reynolds εξαρτάται από τον συγκεκριμένο τύπο ροής (ροή σε στρογγυλό σωλήνα, ροή γύρω από μια μπάλα κ.λπ.). Για παράδειγμα, για ροή σε στρογγυλό σωλήνα

Ο αριθμός Reynolds καθορίζεται από την ακόλουθη σχέση:

ρ - πυκνότητα του μέσου, kg/m3.

v- χαρακτηριστική ταχύτητα, m/s.

μεγάλο- χαρακτηριστικό μέγεθος, m;

η - δυναμικό ιξώδες του μέσου, N*s/m2.

ν - κινηματικό ιξώδες του μέσου, m 2 /s();

Q- ογκομετρικός ρυθμός ροής.

ΕΝΑ- επιφάνεια διατομής του σωλήνα.

Ο αριθμός Reynolds ως κριτήριο για τη μετάβαση από τη στρωτή στην τυρβώδη ροή και προς τα πίσω λειτουργεί σχετικά καλά για ροές πίεσης. Κατά τη μετάβαση σε ροές ελεύθερης ροής, η ζώνη μετάβασης μεταξύ στρωτών και τυρβωδών καθεστώτων αυξάνεται και η χρήση του αριθμού Reynolds ως κριτηρίου δεν είναι πάντα έγκυρη. Για παράδειγμα, στις δεξαμενές οι επίσημα υπολογισμένες τιμές του αριθμού Reynolds είναι πολύ υψηλές, αν και εκεί παρατηρείται στρωτή ροή.

2.4 Εξίσωσηή ο νόμος του Πουαζέ- ένας νόμος που καθορίζει τη ροή ρευστού κατά τη σταθερή ροή ενός παχύρρευστου ασυμπίεστου ρευστού σε ένα λεπτό κυλινδρικό σωλήνα κυκλικής διατομής.

Σύμφωνα με το νόμο, ο δεύτερος ογκομετρικός ρυθμός ροής του υγρού είναι ανάλογος με την πτώση πίεσης ανά μονάδα μήκους του σωλήνα (βαθμίδα πίεσης στον σωλήνα) και την τέταρτη ισχύ της ακτίνας (διάμετρος) του σωλήνα:

• Q- ροή ρευστού στον αγωγό.
• ρε- διάμετρος αγωγού.
• v- ταχύτητα ρευστού κατά μήκος του αγωγού.
• r- απόσταση από τον άξονα του αγωγού.
• R- ακτίνα αγωγού.
• Π 1 − Π 2 - διαφορά πίεσης στην είσοδο και την έξοδο του σωλήνα.
• η - υγρό ιξώδες;
• μεγάλο- μήκος σωλήνα.

Ο νόμος του Poiseuille λειτουργεί μόνο για τη στρωτή ροή και υπό την προϋπόθεση ότι το μήκος του σωλήνα υπερβαίνει το λεγόμενο μήκος του αρχικού τμήματος που είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη της στρωτής ροής στον σωλήνα.

Η ροή Poiseuille χαρακτηρίζεται από μια παραβολική κατανομή ταχύτητας κατά μήκος της ακτίνας του σωλήνα. Σε κάθε διατομή του σωλήνα, η μέση ταχύτητα είναι η μισή της μέγιστης ταχύτητας σε αυτό το τμήμα.

2.5 Τταραχώδης Τροή (από το λατινικό turbulentus - θυελλώδης, άτακτη), μια μορφή ροής υγρού ή αερίου, κατά την οποία τα στοιχεία τους εκτελούν άτακτες, ασταθείς κινήσεις κατά μήκος σύνθετων τροχιών, που οδηγεί σε έντονη ανάμειξη μεταξύ στρωμάτων κινούμενου υγρού ή αερίου (βλ. Αναταράξεις) . Οι πιο λεπτομερείς μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για θερμικά ρευστά σε σωλήνες, κανάλια και οριακά στρώματα γύρω από στερεά σώματα που ρέουν γύρω από υγρό ή αέριο, καθώς και τα λεγόμενα. ελεύθερες θερμικές ροές - πίδακες, αφυπνίσεις πίσω από στερεά σώματα που κινούνται σε σχέση με ένα υγρό ή αέριο και ζώνες ανάμειξης μεταξύ ροών διαφορετικών ταχυτήτων που δεν χωρίζονται από σωματίδια. συμπαγείς τοίχοι. T. t διαφέρουν από τις αντίστοιχες στρωτές ροές τόσο ως προς τη σύνθετη εσωτερική τους δομή (Εικ. 1), όσο και στην κατανομή της μέσης ταχύτητας στη διατομή ροής και στα ολοκληρωτικά χαρακτηριστικά - την εξάρτηση του μέσου όρου από τη διατομή. ή μέγ. ταχύτητα, ταχύτητα ροής, καθώς και συντελεστής. αντίσταση από τον αριθμό Reynolds Re. Το προφίλ της μέσης ταχύτητας θερμικής ενέργειας σε σωλήνες ή κανάλια διαφέρει από το παραβολικό. προφίλ της αντίστοιχης στρωτής ροής με ταχύτερη αύξηση της ταχύτητας στα τοιχώματα και λιγότερη καμπυλότητα στο κέντρο. μέρη της ροής (Εικ. 2). Με εξαίρεση ένα λεπτό στρώμα κοντά στον τοίχο, το προφίλ ταχύτητας περιγράφεται από έναν λογαριθμικό νόμο (δηλαδή, η ταχύτητα εξαρτάται γραμμικά από τον λογάριθμο της απόστασης από τον τοίχο). Συντελεστής αντίστασης:

Καταπόνηση τριβής στον τοίχο,
- πυκνότητα υγρού,
- η ταχύτητά του, ο μέσος όρος στη διατομή ροής) σχετίζεται με το Re από τη σχέση

Μέσο προφίλ ταχύτητας: a - για στρωτή ροή, 6 - για τυρβώδη ροή.

3.1 Μέτρηση ιξώδους υγρού .

Το κινηματικό ιξώδες είναι ένα μέτρο της ροής ενός ρευστού με αντίσταση υπό την επίδραση της βαρύτητας. Όταν δύο υγρά ίσου όγκου τοποθετούνται σε πανομοιότυπα τριχοειδή ιξωδόμετρα και ρέουν με τη βαρύτητα, το παχύρρευστο υγρό χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να ρέει μέσω του τριχοειδούς. Εάν ένα ρευστό χρειάζεται 200 ​​δευτερόλεπτα για να ρέει έξω και ένα άλλο χρειάζεται 400 δευτερόλεπτα, το δεύτερο ρευστό είναι δύο φορές πιο ιξώδες από το πρώτο στην κλίμακα κινηματικού ιξώδους.

Το απόλυτο ιξώδες, που μερικές φορές ονομάζεται δυναμικό ή απλό ιξώδες, είναι το γινόμενο του κινηματικού ιξώδους και της πυκνότητας του ρευστού:
Απόλυτο ιξώδες = Κινηματικό ιξώδες * Πυκνότητα
Η διάσταση του κινηματικού ιξώδους είναι L 2 /T, όπου L είναι μήκος και T είναι χρόνος). Η ΜΟΝΑΔΑ SI κινηματικού ιξώδους είναι 1 cSt (centiStokes)=mm 2 /s. Το απόλυτο ιξώδες εκφράζεται σε centipoise (cPoise). Η ΜΟΝΑΔΑ SI του απόλυτου ιξώδους είναι millipascal-second 1 mPa*s = 1 cPoise.

Μια συσκευή για τη μέτρηση του ιξώδους ονομάζεται ιξωδόμετρο. Τα ιξωδόμετρα μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κύριους τύπους:

ΕΝΑ. Τα τριχοειδή ιξωδόμετρα μετρούν τη ροή ενός σταθερού όγκου υγρού μέσα από ένα μικρό στόμιο σε ελεγχόμενη θερμοκρασία. Ο ρυθμός διάτμησης μπορεί να μετρηθεί από περίπου μηδέν έως 106 s -1 αντικαθιστώντας τη διάμετρο του τριχοειδούς και την εφαρμοζόμενη πίεση. Τύποι τριχοειδών ιξωδομέτρων και τρόποι λειτουργίας τους:
Γυάλινο τριχοειδές ιξωδόμετρο (ASTM D 445) - Το υγρό ρέει μέσα από ένα στόμιο ρυθμιζόμενης διαμέτρου υπό την επίδραση της βαρύτητας. Ο ρυθμός διάτμησης είναι μικρότερος από 10 s -1. Το κινηματικό ιξώδες όλων των λιπαντικών αυτοκινήτων μετριέται με τριχοειδή ιξωδόμετρα.
Ιξωδόμετρο τριχοειδούς υψηλής πίεσης (ASTM D 4624 και D 5481) - Ένας σταθερός όγκος υγρού ωθείται μέσω ενός τριχοειδούς διαμέτρου γυαλιού υπό την επίδραση της εφαρμοζόμενης πίεσης αερίου. Ο ρυθμός διάτμησης μπορεί να αλλάξει έως και 106 s -1. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται συνήθως για την προσομοίωση του ιξώδους των λιπαντικών κινητήρα στα κύρια ρουλεμάν λειτουργίας. Αυτό το ιξώδες ονομάζεται ιξώδες υψηλής διάτμησης υψηλής θερμοκρασίας (HTHS) και μετράται στους 150°C και 106 s -1. Το ιξώδες HTHS μετράται επίσης από έναν προσομοιωτή κωνικού ρουλεμάν, ASTM D 4683 (βλ. παρακάτω).

σι. Τα περιστροφικά ιξωδόμετρα χρησιμοποιούν ροπή σε έναν περιστρεφόμενο άξονα για να μετρήσουν την αντίσταση ενός ρευστού στη ροή. Τα περιστροφικά ιξωδόμετρα περιλαμβάνουν το Cold Cranking Simulator (CCS), το Mini Rotational Viscometer (MRV), το Brookfield Viscometer και το Tapered Bearing Simulator (TBS). Ο ρυθμός διάτμησης μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας τις διαστάσεις του ρότορα, το διάκενο μεταξύ του ρότορα και του τοιχώματος του στάτη και την ταχύτητα περιστροφής.
Cold Roll Simulator (ASTM D 5293) - Το CCS μετρά το φαινομενικό ιξώδες στην περιοχή από 500 έως 200.000 cPoise. Ο ρυθμός διάτμησης κυμαίνεται μεταξύ 104 και 105 s -1. Το κανονικό εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας είναι από 0 έως -40°C. Το CCS έδειξε εξαιρετική συσχέτιση με την εκκίνηση του κινητήρα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η ταξινόμηση ιξώδους SAE J300 ορίζει την απόδοση ιξώδους χαμηλής θερμοκρασίας των λιπαντικών κινητήρα εντός των ορίων CCS και MRV.

Μίνι περιστροφικό ιξωδόμετρο (ASTM D 4684) - Η δοκιμή MRV, η οποία σχετίζεται με τον μηχανισμό άντλησης λαδιού, είναι μια μέτρηση χαμηλής ταχύτητας διάτμησης. Το κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου είναι ο αργός ρυθμός ψύξης του δείγματος. Το δείγμα προετοιμάζεται για να έχει συγκεκριμένο θερμικό ιστορικό, το οποίο περιλαμβάνει κύκλους θέρμανσης, αργής ψύξης και διήθησης. Το MRV μετρά την φαινομενική υπολειμματική τάση, η οποία, εάν είναι μεγαλύτερη από μια τιμή κατωφλίου, υποδεικνύει ένα πιθανό πρόβλημα αστοχίας άντλησης που σχετίζεται με τη διείσδυση αέρα. Πάνω από ένα ορισμένο ιξώδες (που επί του παρόντος ορίζεται ως 60.000 cPoise ανά SAE J 300), το λάδι μπορεί να προκαλέσει αστοχία αντλησιμότητας μέσω ενός μηχανισμού που ονομάζεται "φαινόμενο περιορισμένης ροής". Το λάδι SAE 10W, για παράδειγμα, θα πρέπει να έχει μέγιστο ιξώδες 60.000 cPoise στους -30°C χωρίς υπολειπόμενη τάση. Αυτή η μέθοδος μετρά επίσης το φαινομενικό ιξώδες σε ρυθμούς διάτμησης από 1 έως 50 s-1.
Ιξωδόμετρο Brookfield - προσδιορίζει το ιξώδες σε μεγάλο εύρος (από 1 έως 105 Poise) σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης (έως 102 s -1).
Το ASTM D 2983 χρησιμοποιείται κυρίως για τον προσδιορισμό του ιξώδους χαμηλής θερμοκρασίας των λιπαντικών ταχυτήτων αυτοκινήτων, των λιπαντικών αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων, των υδραυλικών λαδιών και των λαδιών τρακτέρ. Η θερμοκρασία δοκιμής κυμαίνεται από -5 έως -40°C.
Το ASTM D 5133, η μέθοδος σάρωσης Brookfield, μετρά το ιξώδες Brookfield ενός δείγματος ενώ ψύχεται με σταθερό ρυθμό 1°C/ώρα. Παρόμοια με το MRV, το ASTM D 5133 έχει σχεδιαστεί για να προσδιορίζει την αντλησιμότητα λαδιού σε χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτή η δοκιμή προσδιορίζει το σημείο πυρήνωσης, που ορίζεται ως η θερμοκρασία στην οποία το δείγμα φθάνει σε ιξώδες 30.000 cPoise. Ο δείκτης σχηματισμού δομής προσδιορίζεται επίσης ως ο υψηλότερος ρυθμός αύξησης του ιξώδους από -5°C στη χαμηλότερη θερμοκρασία δοκιμής. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για λιπαντικά κινητήρα και απαιτείται από την ILSAC GF-2. Προσομοιωτής κωνικού ρουλεμάν (ASTM D 4683) - Αυτή η τεχνική επιτρέπει επίσης τη μέτρηση του ιξώδους των λιπαντικών κινητήρα σε υψηλή θερμοκρασία και υψηλή ταχύτητα διάτμησης (βλ. Τριχοειδή ιξωδόμετρο υψηλής πίεσης). Πολύ υψηλοί ρυθμοί διάτμησης επιτυγχάνονται λόγω του εξαιρετικά μικρού διάκενου μεταξύ του ρότορα και του τοιχώματος του στάτη.

Ο δείκτης ιξώδους (VI) είναι ένας εμπειρικός αριθμός που υποδεικνύει τον βαθμό μεταβολής του ιξώδους ενός λαδιού εντός ενός δεδομένου εύρους θερμοκρασίας. Ένα υψηλό VI σημαίνει μια σχετικά μικρή αλλαγή στο ιξώδες με τη θερμοκρασία και ένα χαμηλό VI σημαίνει μια μεγάλη αλλαγή στο ιξώδες με τη θερμοκρασία. Τα περισσότερα ορυκτέλαια βάσης έχουν VI μεταξύ 0 και 110, αλλά το VI των ελαίων πολλαπλών βαθμών συχνά υπερβαίνει το 110.
Για τον προσδιορισμό του δείκτη ιξώδους, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το κινηματικό ιξώδες στους 40°C και στους 100°C. Μετά από αυτό, το VI προσδιορίζεται από πίνακες σύμφωνα με το ASTM D 2270 ή το ASTM D 39B. Εφόσον το VI προσδιορίζεται από το ιξώδες στους 40°C και 100°C, δεν σχετίζεται με χαμηλή θερμοκρασία ή ιξώδες HTHS. Αυτές οι τιμές λαμβάνονται χρησιμοποιώντας ιξωδόμετρα CCS, MRV, ιξωδόμετρο χαμηλής θερμοκρασίας Brookfield και ιξωδόμετρα υψηλής ταχύτητας διάτμησης.
Η SAE δεν έχει χρησιμοποιήσει το IV για την ταξινόμηση των λιπαντικών κινητήρα από το 1967, επειδή ο όρος είναι τεχνικά παρωχημένος. Ωστόσο, το Αμερικανικό Ινστιτούτο Πετρελαίου API 1509 περιγράφει ένα σύστημα ταξινόμησης βασικών λιπαντικών με χρήση VI ως μία από τις πολλές παραμέτρους που παρέχουν αρχές για την εναλλαξιμότητα των λαδιών και την καθολικότητα της κλίμακας ιξώδους.

3.2.Μέτρηση όγκου και ταχύτητας ροής υγρού.

Για τη μέτρηση της ροής των υγρών, χρησιμοποιούνται μετρητές ροής με βάση διάφορες αρχές λειτουργίας: ροόμετρο μεταβλητής και σταθερής διαφορικής πίεσης, μεταβλητό επίπεδο, ηλεκτρομαγνητικό, υπερηχητικό, vortex, θερμικό και στρόβιλο.

Για τη μέτρηση της ποσότητας μιας ουσίας, χρησιμοποιούνται μετρητές ροής με ολοκληρωτές ή μετρητές. Ο ολοκληρωτής συνοψίζει συνεχώς τις μετρήσεις του οργάνου και η ποσότητα της ουσίας καθορίζεται από τη διαφορά στις μετρήσεις του κατά την απαιτούμενη χρονική περίοδο.

Η μέτρηση της ροής και της ποσότητας είναι μια πολύπλοκη εργασία, καθώς οι μετρήσεις των οργάνων επηρεάζονται από τις φυσικές ιδιότητες των μετρούμενων ροών: πυκνότητα, ιξώδες, λόγος φάσης στη ροή κ.λπ. Οι φυσικές ιδιότητες των μετρούμενων ροών, με τη σειρά τους, εξαρτώνται από τις συνθήκες λειτουργίας , κυρίως σε θερμοκρασία και πίεση.

Εάν οι συνθήκες λειτουργίας του μετρητή ροής διαφέρουν από τις συνθήκες υπό τις οποίες βαθμονομήθηκε, τότε το σφάλμα στις ενδείξεις της συσκευής μπορεί να υπερβεί σημαντικά την επιτρεπόμενη τιμή. Επομένως, για συσκευές που παράγονται στο εμπόριο, καθορίζονται περιορισμοί στο πεδίο εφαρμογής τους: σύμφωνα με τις ιδιότητες της μετρούμενης ροής, τη μέγιστη θερμοκρασία και πίεση, την περιεκτικότητα στερεών σωματιδίων ή αερίων στο υγρό κ.λπ.

Μετρητές ροής μεταβλητής πίεσης

Η λειτουργία αυτών των μετρητών ροής βασίζεται στην εμφάνιση διαφοράς πίεσης σε μια συσκευή σύσφιξης σε έναν αγωγό όταν μια ροή υγρού ή αερίου κινείται μέσα από αυτήν. Όταν ο ρυθμός ροής Q αλλάζει, αλλάζει και η τιμή αυτής της πτώσης πίεσης.

Για ορισμένες συσκευές περιορισμού ως διαφορικούς μετατροπείς ροής σε πίεση, ο συντελεστής μετάδοσης προσδιορίζεται πειραματικά και οι τιμές του συνοψίζονται σε ειδικούς πίνακες. Τέτοιες συσκευές στένωσης ονομάζονται τυπικές.

Η απλούστερη και πιο κοινή συσκευή περιορισμού είναι ένα διάφραγμα Ένα τυπικό διάφραγμα είναι ένας λεπτός δίσκος με μια στρογγυλή οπή στο κέντρο. Ο συντελεστής μετάδοσής του εξαρτάται σημαντικά από την αντίσταση του διαφράγματος και ιδιαίτερα από το άκρο εισόδου της οπής. Επομένως, τα διαφράγματα κατασκευάζονται από υλικά που είναι χημικά ανθεκτικά στο υπό μέτρηση μέσο και ανθεκτικά στη μηχανική φθορά. Εκτός από το διάφραγμα, τα ακροφύσια Venturi και οι σωλήνες Venturi χρησιμοποιούνται επίσης ως τυπικές συσκευές περιορισμού, οι οποίες δημιουργούν λιγότερη υδραυλική αντίσταση στον αγωγό.

Η διάταξη στομίου του μετρητή ροής διαφορικής μεταβλητής πίεσης είναι ένας πρωτεύων μετατροπέας στον οποίο η ροή μετατρέπεται σε διαφορική πίεση.

Οι μετρητές διαφορικής πίεσης χρησιμεύουν ως ενδιάμεσοι μετατροπείς για μετρητές ροής διαφορικής πίεσης. Οι μετρητές διαφορικής πίεσης συνδέονται με τη συσκευή σύσφιξης με παλμικούς σωλήνες και εγκαθίστανται σε κοντινή απόσταση από αυτήν. Επομένως, οι μετρητές ροής διαφορικής πίεσης συνήθως χρησιμοποιούν μετρητές διαφορικής πίεσης εξοπλισμένους με ενδιάμεσο μετατροπέα για τη μετάδοση των αποτελεσμάτων μέτρησης στον πίνακα χειριστή (για παράδειγμα, μετρητές διαφορικής πίεσης μεμβράνης DM).

Ακριβώς όπως κατά τη μέτρηση της πίεσης και της στάθμης, τα δοχεία διαχωρισμού και οι σφραγίδες διαφράγματος χρησιμοποιούνται για την προστασία των μετρητών διαφορικής πίεσης από τις επιθετικές επιδράσεις του μέσου που μετράται.

Ένα χαρακτηριστικό των πρωτευόντων μετατροπέων των μετρητών ροής διαφορικής πίεσης είναι η τετραγωνική εξάρτηση της διαφοράς πίεσης από τον ρυθμό ροής. Προκειμένου οι μετρήσεις του ροόμετρου να εξαρτώνται γραμμικά από τον ρυθμό ροής, εισάγεται ένας μετατροπέας γραμμοποίησης στο κύκλωμα μέτρησης των μετρητών ροής διαφορικής πίεσης μεταβλητής πίεσης. Ένας τέτοιος μετατροπέας είναι, για παράδειγμα, η μονάδα γραμμικοποίησης στον ενδιάμεσο μετατροπέα NP-PZ. Όταν το μανόμετρο διαφορικής πίεσης συνδέεται απευθείας με μια συσκευή μέτρησης (για παράδειγμα, μια συσκευή μέτρησης), η γραμμικοποίηση πραγματοποιείται στην ίδια τη συσκευή χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο με τετραγωνικό χαρακτηριστικό.

Ροόμετρα σταθερής διαφορικής πίεσης

Η ροή υγρού ή αερίου μπορεί επίσης να μετρηθεί με σταθερή διαφορά πίεσης. Για να διατηρήσετε μια σταθερή πτώση πίεσης όταν αλλάζει ο ρυθμός ροής μέσω της συσκευής περιορισμού, είναι απαραίτητο να αλλάξετε αυτόματα την περιοχή του τμήματος ροής της. Ο απλούστερος τρόπος είναι να αλλάξετε αυτόματα την περιοχή ροής στο στροφόμετρο.

Το περιστροφόμετρο είναι ένας κατακόρυφος κωνικός σωλήνας που περιέχει έναν πλωτήρα. Η μετρούμενη ροή Q που διέρχεται από το περιστροφόμετρο από κάτω προς τα πάνω δημιουργεί μια διαφορά πίεσης πριν και μετά τον πλωτήρα. Αυτή η διαφορά πίεσης με τη σειρά της δημιουργεί μια δύναμη ανύψωσης που εξισορροπεί το βάρος του πλωτήρα.

Εάν αλλάξει ο ρυθμός ροής μέσω του στροφόμετρου, θα αλλάξει και η πτώση πίεσης. Αυτό θα οδηγήσει σε αλλαγή της δύναμης ανύψωσης και, κατά συνέπεια, σε ανισορροπία του πλωτήρα. Ο πλωτήρας θα αρχίσει να ανακατεύεται. Και δεδομένου ότι ο σωλήνας του περιστροφόμετρου είναι κωνικός, η περιοχή ροής στο διάκενο μεταξύ του πλωτήρα και του σωλήνα θα αλλάξει, με αποτέλεσμα να αλλάξει η πτώση πίεσης και επομένως η δύναμη ανύψωσης. Όταν η πίεση πέσει και η ανύψωση επιστρέψει στις προηγούμενες τιμές τους, ο πλωτήρας θα εξισορροπηθεί και θα σταματήσει.

Έτσι, κάθε ρυθμός ροής μέσω του περιστροφόμετρου Q αντιστοιχεί σε μια ορισμένη θέση πλωτήρα. Δεδομένου ότι για έναν κωνικό σωλήνα η περιοχή του δακτυλιοειδούς κενού μεταξύ αυτού και του πλωτήρα είναι ανάλογη με το ύψος της ανύψωσής του, η κλίμακα περιστροφόμετρου είναι ομοιόμορφη.

Η βιομηχανία παράγει περιστροφόμετρα με γυάλινους και μεταλλικούς σωλήνες. Για περιστροφόμετρα με γυάλινο σωλήνα, η κλίμακα τυπώνεται απευθείας στην επιφάνεια του σωλήνα. Για την εξ αποστάσεως μέτρηση της θέσης ενός πλωτήρα σε έναν μεταλλικό σωλήνα, χρησιμοποιούνται ενδιάμεσοι μορφοτροπείς γραμμικής μετατόπισης σε ένα ενοποιημένο ηλεκτρικό ή πνευματικό σήμα.

Σε περιστροφόμετρα με ηλεκτρικό σήμα εξόδου, το έμβολο του μετατροπέα διαφορικού μετασχηματιστή κινείται μαζί με τον πλωτήρα. Τα περιστροφόμετρα με πνευματικό σήμα εξόδου χρησιμοποιούν μια μαγνητική σύζευξη για τη μετάδοση της θέσης πλωτήρα στον μορφοτροπέα. Αποτελείται από δύο μόνιμους μαγνήτες. Το ένα - διπλό - κινείται με τον πλωτήρα, το άλλο, τοποθετημένο στο μοχλό του μετατροπέα μετατόπισης σε πίεση πεπιεσμένου αέρα, κινείται μαζί με το μοχλό ακολουθώντας τον πρώτο μαγνήτη.

Τα περιστροφόμετρα παράγονται επίσης για τη μέτρηση της ροής πολύ επιθετικών μέσων. Τα περιστροφόμετρα είναι εξοπλισμένα με χιτώνιο για θέρμανση με ατμό. Έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν τον ρυθμό ροής των μέσων κρυστάλλωσης.

Μετρητές ροής μεταβλητού επιπέδου

Είναι γνωστό από τα υδραυλικά ότι εάν το υγρό ρέει ελεύθερα μέσα από μια οπή στον πυθμένα της δεξαμενής, τότε ο ρυθμός ροής Q και η στάθμη στη δεξαμενή H συνδέονται μεταξύ τους. Επομένως, από το επίπεδο στη δεξαμενή μπορεί κανείς να κρίνει τη ροή από αυτό.

Η λειτουργία των μετρητών ροής μεταβλητής στάθμης βασίζεται σε αυτήν την αρχή. Προφανώς, τον ρόλο του πρωτεύοντος μετατροπέα εδώ παίζει η ίδια η δεξαμενή με μια τρύπα στο κάτω μέρος. Το σήμα εξόδου ενός τέτοιου μετατροπέα είναι η στάθμη στη δεξαμενή. Επομένως, οποιοσδήποτε από τους θεωρούμενους μετρητές στάθμης μπορεί να χρησιμεύσει ως ενδιάμεσος μετατροπέας του κυκλώματος μέτρησης ενός μετρητή ροής μεταβλητής στάθμης.

Τα ροόμετρα μεταβλητού επιπέδου χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μέτρηση της ροής επιθετικών και μολυσμένων υγρών όταν αυτά αποστραγγίζονται σε δοχεία υπό ατμοσφαιρική πίεση.

Ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα

Η λειτουργία των ηλεκτρομαγνητικών ροομέτρων βασίζεται στο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, σύμφωνα με τον οποίο θα προκληθεί εκπομπή σε έναν αγωγό που κινείται σε μαγνητικό πεδίο. δ.σ, ανάλογη της ταχύτητας κίνησης του αγωγού. Στους ηλεκτρομαγνητικούς μετρητές ροής, ο ρόλος ενός αγωγού διαδραματίζεται από ένα ηλεκτρικά αγώγιμο υγρό που ρέει μέσω του αγωγού 1 και διασχίζει το μαγνητικό πεδίο 3 του ηλεκτρομαγνήτη 2. Σε αυτή την περίπτωση, θα προκληθεί εκπομπή στο υγρό. δ.σ. U, ανάλογη με την ταχύτητα της κίνησής του, δηλαδή τη ροή του ρευστού.

Το σήμα εξόδου ενός τέτοιου πρωτεύοντος μετατροπέα μετράται από δύο μονωμένα ηλεκτρόδια 4 και 6 που είναι εγκατεστημένα στο τοίχωμα του αγωγού. Το τμήμα του αγωγού και στις δύο πλευρές των ηλεκτροδίων καλύπτεται με ηλεκτρική μόνωση 7 για να αποτραπεί η διακλάδωση του επαγόμενου ηλεκτρισμού. δ.σ. μέσω του υγρού και του τοιχώματος του αγωγού.

Ο βαθμός επιθετικότητας των μετρούμενων μέσων για ηλεκτρομαγνητικούς μετρητές ροής καθορίζεται από το μονωτικό υλικό του σωλήνα και τα ηλεκτρόδια του πρωτεύοντος μετατροπέα. Οι μετρητές ροής χρησιμοποιούν καουτσούκ, σμάλτο ανθεκτικό στα οξέα και φθοροπλαστικό υλικό για το σκοπό αυτό. Το πιο ανθεκτικό σε επιθετικά μέσα είναι ένας μετρητής ροής με φθοροπλαστική μονωτική επίστρωση και ηλεκτρόδια από γραφιτοποιημένο φθοροπλαστικό.

Κατά τη λειτουργία των ροόμετρων, το μηδέν και η βαθμονόμηση της συσκευής πρέπει να ελέγχονται περιοδικά, τουλάχιστον μία φορά την εβδομάδα. Για έλεγχο, ο κύριος μορφοτροπέας γεμίζει με το υγρό που μετράται. Μετά από αυτό, ο διακόπτης τρόπου λειτουργίας στον μπροστινό πίνακα της μονάδας μέτρησης μετακινείται στη θέση "Measurement" και το ποτενσιόμετρο "Zero" χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει το βέλος της συσκευής μέτρησης στο σημείο μηδέν. Όταν ο διακόπτης μετακινηθεί στη θέση «Βαθμονόμηση», η βελόνα του οργάνου πρέπει να σταματήσει στο 100%. Διαφορετικά, το βέλος μετακινείται σε αυτό το σημάδι χρησιμοποιώντας το ποτενσιόμετρο "Calibration".

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των ηλεκτρομαγνητικών ροομετρητών είναι η απουσία πρόσθετων απωλειών πίεσης στην περιοχή. Μετρήσεις. Αυτό οφείλεται στην απουσία εξαρτημάτων που προεξέχουν στον σωλήνα. Μια ιδιαίτερα πολύτιμη ιδιότητα τέτοιων μετρητών ροής, σε αντίθεση με άλλους τύπους μετρητών ροής, είναι η ικανότητα μέτρησης της ροής επιθετικών, λειαντικών και παχύρρευστων υγρών και πολτών.

Μετρητές ροής υπερήχων

Η λειτουργία αυτών των μετρητών ροής βασίζεται στην προσθήκη της ταχύτητας διάδοσης των υπερήχων σε ένα υγρό και της ταχύτητας της ίδιας της ροής του υγρού. Ο εκπομπός και ο δέκτης υπερηχητικών παλμών του μετρητή ροής βρίσκονται στα άκρα του τμήματος μέτρησης του αγωγού. Η ηλεκτρονική μονάδα περιέχει μια γεννήτρια παλμών και ένα χρονόμετρο για να διανύσει ο παλμός την απόσταση μεταξύ του πομπού και του δέκτη.

Πριν από τη λειτουργία, ο μετρητής ροής γεμίζει με υγρό, η ροή του οποίου θα μετρηθεί και προσδιορίζεται ο χρόνος που χρειάζεται ο παλμός για να διανύσει αυτή την απόσταση σε ένα στάσιμο περιβάλλον. Όταν η ροή κινείται, η ταχύτητά της θα αθροιστεί με την ταχύτητα του υπερήχου, γεγονός που θα οδηγήσει σε μείωση του χρόνου διαδρομής του παλμού. Αυτός ο χρόνος, που θα μετατραπεί στο μπλοκ σε ένα ενοποιημένο σήμα ρεύματος, θα είναι μικρότερος, όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός ροής, δηλ. τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός ροής Q.

Τα ροόμετρα υπερήχων έχουν τα ίδια πλεονεκτήματα με τα ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα και, επιπλέον, μπορούν να μετρήσουν τη ροή των μη αγώγιμων υγρών.

Ροόμετρα Vortex

Η λειτουργία τέτοιων μετρητών ροής βασίζεται στο φαινόμενο της εμφάνισης δινών όταν μια ροή συναντά ένα σώμα μπλόφα. Κατά τη λειτουργία του ροόμετρου, οι δίνες διαχωρίζονται εναλλάξ από τις αντίθετες πλευρές ενός σώματος που βρίσκεται κατά μήκος της κίνησης ροής. Η συχνότητα του διαχωρισμού του στροβιλισμού είναι ευθέως ανάλογη με την ταχύτητα ροής, δηλαδή με τον ογκομετρικό ρυθμό ροής Q. Στο σημείο του στροβιλισμού, η ταχύτητα ροής αυξάνεται και η πίεση μειώνεται. Επομένως, η συχνότητα σχηματισμού δίνης μπορεί να μετρηθεί, για παράδειγμα, με ένα μανόμετρο, το ηλεκτρικό σήμα εξόδου του οποίου τροφοδοτείται σε ένα μετρητή συχνότητας.

Μετρητές θερμικής ροής

Ο μετρητής θερμικής ροής αποτελείται από έναν θερμαντήρα 1 και δύο αισθητήρες θερμοκρασίας 2 και 3, οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι έξω από το σωλήνα 4 με τη μετρούμενη ροή. Σε σταθερή ισχύ θερμαντήρα, η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από αυτό από τη ροή θα είναι επίσης σταθερή. Επομένως, με αύξηση του ρυθμού ροής Q, η θέρμανση της ροής θα μειωθεί, η οποία καθορίζεται από τη διαφορά θερμοκρασίας που μετράται από τους αισθητήρες θερμοκρασίας 3 και 2. Για τη μέτρηση υψηλών ρυθμών ροής, δεν μετράται ολόκληρη η ροή Q, αλλά μόνο μέρος από αυτό Q1, το οποίο διέρχεται από το σωλήνα 4. Αυτός ο σωλήνας παρακάμπτει το τμήμα του αγωγού 5 , εξοπλισμένο με γκάζι 6. Η διατομή ροής του γκαζιού καθορίζει το ανώτερο όριο του εύρους των μετρούμενων ρυθμών ροής: όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η εγκάρσια τόσο υψηλότεροι ρυθμοί ροής μπορούν να μετρηθούν (με την ίδια ισχύ θερμαντήρα).

Μετρητές ροής στροβίλου

Σε τέτοιους μετρητές ροής, η μετρούμενη ροή οδηγεί έναν στρόβιλο που περιστρέφεται σε ρουλεμάν. Η ταχύτητα περιστροφής του στροβίλου είναι ανάλογη της ταχύτητας ροής, δηλαδή του ρυθμού ροής Q. Για τη μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής του στροβίλου, το σώμα του είναι κατασκευασμένο από μη μαγνητικό υλικό. Ένας μετατροπέας διαφορικού μετασχηματιστή είναι εγκατεστημένος έξω από το περίβλημα και μια άκρη από σιδηρομαγνητικό υλικό είναι κατασκευασμένη από ένα από τα πτερύγια του στροβίλου. Όταν αυτό το πτερύγιο περνά δίπλα από τον μετατροπέα, η επαγωγική του αντίδραση αλλάζει και η τάση στα δευτερεύοντα τυλίγματα U out αλλάζει με συχνότητα ανάλογη με τον ρυθμό ροής Q. Η συσκευή μέτρησης ενός τέτοιου μετρητή ροής είναι ένας μετρητής συχνότητας που μετρά τη συχνότητα των μεταβολών της τάσης.

Μετρητές ταχύτητας

Αυτοί οι μετρητές έχουν παρόμοια σχεδίαση με τους μετρητές ροής στροβίλου. Η διαφορά μεταξύ τους είναι ότι οι μετρητές ροής μετρούν την ταχύτητα περιστροφής του στροβίλου και οι μετρητές μετρούν τον αριθμό των περιστροφών του, ο οποίος στη συνέχεια υπολογίζεται εκ νέου στην ποσότητα του υγρού που έχει περάσει από το μετρητή κατά το χρονικό διάστημα που μας ενδιαφέρει. για παράδειγμα, ένα μήνα.

Όπως είναι γνωστό, μια ουσία σε υγρή κατάσταση διατηρεί τον όγκο της, αλλά παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται. Ας μάθουμε πώς το εξηγεί αυτό η θεωρία της μοριακής κινητικής.

Η διατήρηση του όγκου ενός υγρού αποδεικνύει ότι ενεργούν ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων του. Κατά συνέπεια, οι αποστάσεις μεταξύ των υγρών μορίων πρέπει να είναι μικρότερες από την ακτίνα της μοριακής δράσης. Έτσι, αν περιγράψουμε μια σφαίρα μοριακής δράσης γύρω από ένα υγρό μόριο, τότε μέσα σε αυτή τη σφαίρα θα υπάρχουν τα κέντρα πολλών άλλων μορίων που θα αλληλεπιδράσουν με το μόριο μας.

Αυτές οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης κρατούν το υγρό μόριο κοντά στην προσωρινή θέση ισορροπίας του για περίπου 10 -12 -10 -10 s, μετά από τα οποία μεταπηδά σε μια νέα προσωρινή θέση ισορροπίας περίπου στην απόσταση της διαμέτρου του. Ανάμεσα στα άλματα, τα μόρια του υγρού υφίστανται ταλαντωτική κίνηση γύρω από μια προσωρινή θέση ισορροπίας. Ο χρόνος ανάμεσα σε δύο άλματα ενός μορίου από τη μια θέση στην άλλη ονομάζεται ώρα της τακτοποιημένης ζωής. Αυτός ο χρόνος εξαρτάται από τον τύπο του υγρού και τη θερμοκρασία. Όταν ένα υγρό θερμαίνεται, ο μέσος χρόνος παραμονής των μορίων μειώνεται.

Κατά τη διάρκεια της καθιστικής ζωής (περίπου 10 -11 δευτερόλεπτα), τα περισσότερα από τα υγρά μόρια διατηρούνται στις θέσεις ισορροπίας τους και μόνο ένα μικρό μέρος τους καταφέρνει να μετακινηθεί σε νέες θέσεις ισορροπίας κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, τα περισσότερα από τα υγρά μόρια θα έχουν χρόνο να αλλάξουν τη θέση τους.Επομένως, το υγρό έχει ρευστότητα και παίρνει το σχήμα του αγγείου στο οποίο βρίσκεται.

Αφού τα μόρια ενός υγρού βρίσκονταισχεδόν κοντά το ένα στο άλλο, λοιπόν, έχοντας λάβει μια αρκετά μεγάλη κινητική ενέργεια, αν και μπορούν να ξεπεράσουν την έλξη των πλησιέστερων γειτόνων τους και να φύγουν από τη σφαίρα δράσης τους, θα πέσουν στη σφαίρα δράσης άλλων μορίων και θα βρεθούν σε μια νέα προσωρινή θέση ισορροπίας. Μόνο τα μόρια που βρίσκονται στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού μπορούν να πετάξουν έξω από το υγρό, γεγονός που εξηγεί τη διαδικασία της εξάτμισης του.

Έτσι, εάν ένας πολύ μικρός όγκος απομονωθεί σε ένα υγρό, τότε κατά τη διάρκεια της καθιζάνουσας ζωής υπάρχει μια διατεταγμένη διάταξη μορίων σε αυτό, παρόμοια με τη διάταξή τους στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός στερεού. Μετά διαλύεται, αλλά αναδύεται σε άλλο μέρος. Έτσι, ολόκληρος ο χώρος που καταλαμβάνει το υγρό φαίνεται να αποτελείται από πολλούς κρυσταλλικούς πυρήνες, οι οποίοι όμως είναι ασταθείς, δηλαδή σε κάποια σημεία αποσυντίθενται, αλλά σε άλλα αναδύονται ξανά.

Έτσι, σε μικρό όγκο υγρού υπάρχει μια διατεταγμένη διάταξη των μορίων του, αλλά σε μεγάλο όγκο αποδεικνύεται χαοτική. Με αυτή την έννοια λένε ότι Σε ένα υγρό, υπάρχει τάξη μικρής εμβέλειας στη διάταξη των μορίων και όχι τάξη μεγάλης εμβέλειας.Αυτή η υγρή δομή ονομάζεται οιονεί κρυσταλλική(όπως κρύσταλλο). Σημειώστε ότι με αρκετά ισχυρή θέρμανση, ο χρόνος καθίζησης γίνεται πολύ σύντομος και η σειρά μικρής εμβέλειας στο υγρό πρακτικά εξαφανίζεται.

Ένα υγρό μπορεί να παρουσιάζει μηχανικές ιδιότητες που είναι εγγενείς σε ένα στερεό. Εάν ο χρόνος δράσης της δύναμης στο υγρό είναι σύντομος, τότε το υγρό παρουσιάζει ελαστικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, όταν ένα ραβδί χτυπά απότομα την επιφάνεια του νερού, το ραβδί μπορεί να ξεφύγει από το χέρι ή να σπάσει. Μια πέτρα μπορεί να πεταχτεί έτσι ώστε όταν χτυπήσει την επιφάνεια του νερού να αναπηδήσει από αυτήν και μόνο μετά από μερικά άλματα να βυθιστεί στο νερό.Εάν ο χρόνος έκθεσης στο υγρό είναι μεγάλος, τότε αντί για ελαστικότητα, ρευστότηταυγρά. Για παράδειγμα, το χέρι διαπερνά εύκολα το νερό.

Όταν ασκείται δύναμη σε ένα ρεύμα υγρού για μικρό χρονικό διάστημα, το τελευταίο ανιχνεύει εύθραυστο. Η αντοχή σε εφελκυσμό ενός υγρού, αν και μικρότερη από αυτή των στερεών, δεν είναι πολύ κατώτερη από αυτά σε μέγεθος. Για το νερό είναι 2,5 * 10 7 Pa. ΣυμπιεστόΤο υγρό είναι επίσης πολύ μικρό, αν και είναι μεγαλύτερο από αυτό των ίδιων ουσιών στη στερεά κατάσταση. Για παράδειγμα, όταν η πίεση αυξάνεται κατά 1 atm, ο όγκος του νερού μειώνεται κατά 50 ppm.

Τα σπασίματα μέσα σε ένα υγρό που δεν περιέχει ξένες ουσίες, για παράδειγμα, αέρα, μπορούν να συμβούν μόνο υπό έντονη επίδραση στο υγρό, για παράδειγμα, όταν οι έλικες περιστρέφονται στο νερό ή όταν τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται στο υγρό. Αυτό το είδος κενού μέσα σε ένα υγρό δεν μπορεί να υπάρξει για μεγάλο χρονικό διάστημα και ξαφνικά καταρρέει, δηλ. εξαφανίζεται.Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ΣΠΗΛΑΙΩΣΗ(από το ελληνικό «cavitas» - κοιλότητα). Αυτό προκαλεί γρήγορη φθορά των ελίκων.

Έτσι, τα υγρά έχουν πολλές κοινές ιδιότητες με τις ιδιότητες των στερεών. Ωστόσο, όσο υψηλότερη γίνεται η θερμοκρασία ενός υγρού, τόσο περισσότερο οι ιδιότητες του προσεγγίζουν τις ιδιότητες των πυκνών αερίων και τόσο περισσότερο διαφέρουν από τις ιδιότητες των στερεών.Αυτό σημαίνει ότι η υγρή κατάσταση είναι ενδιάμεση μεταξύ της στερεάς και της αέριας κατάστασης μιας ουσίας.

Ας σημειώσουμε επίσης ότι όταν μια ουσία περνά από στερεή σε υγρή κατάσταση, συμβαίνει μια λιγότερο δραματική αλλαγή στις ιδιότητες από ό,τι όταν περνά από υγρή σε αέρια. Αυτό σημαίνει ότι, σε γενικές γραμμές, οι ιδιότητες της υγρής κατάστασης μιας ουσίας είναι πιο κοντά στις ιδιότητες της στερεάς κατάστασης παρά στις ιδιότητες της αέριας κατάστασης.

Η έλξη και η απώθηση των σωματιδίων καθορίζουν τη σχετική θέση τους στην ύλη. Και οι ιδιότητες των ουσιών εξαρτώνται σημαντικά από τη διάταξη των σωματιδίων. Έτσι, κοιτάζοντας ένα διαφανές, πολύ σκληρό διαμάντι (διαμάντι) και τον μαλακό μαύρο γραφίτη (από αυτό κατασκευάζονται καλώδια από μολύβι), δεν συνειδητοποιούμε ότι και οι δύο ουσίες αποτελούνται ακριβώς από τα ίδια άτομα άνθρακα. Απλώς αυτά τα άτομα είναι διαφορετικά διατεταγμένα στον γραφίτη από ότι στο διαμάντι.

Η αλληλεπίδραση των σωματιδίων μιας ουσίας οδηγεί στο γεγονός ότι μπορεί να είναι σε τρεις καταστάσεις: σκληρά, υγρόΚαι αεριώδης. Για παράδειγμα, πάγος, νερό, ατμός. Οποιαδήποτε ουσία μπορεί να βρίσκεται σε τρεις καταστάσεις, αλλά αυτό απαιτεί ορισμένες συνθήκες: πίεση, θερμοκρασία. Για παράδειγμα, το οξυγόνο στον αέρα είναι αέριο, αλλά όταν ψύχεται κάτω από τους -193 °C μετατρέπεται σε υγρό και στους -219 °C το οξυγόνο είναι στερεό. Ο σίδηρος σε κανονική πίεση και θερμοκρασία δωματίου είναι σε στερεή κατάσταση. Σε θερμοκρασίες άνω των 1539 °C, ο σίδηρος γίνεται υγρός και σε θερμοκρασίες άνω των 3050 °C γίνεται αέριος. Ο υγρός υδράργυρος, που χρησιμοποιείται στα ιατρικά θερμόμετρα, γίνεται στερεός όταν ψύχεται κάτω από τους -39 °C. Σε θερμοκρασίες άνω των 357 °C, ο υδράργυρος μετατρέπεται σε ατμό (αέριο).

Μετατρέποντας το μεταλλικό ασήμι σε αέριο, ψεκάζεται σε γυαλί για να δημιουργήσει γυαλιά «καθρέφτη».

Ποιες ιδιότητες έχουν οι ουσίες σε διαφορετικές καταστάσεις;

Ας ξεκινήσουμε με τα αέρια, στα οποία η συμπεριφορά των μορίων μοιάζει με την κίνηση των μελισσών σε ένα σμήνος. Ωστόσο, οι μέλισσες σε ένα σμήνος αλλάζουν ανεξάρτητα την κατεύθυνση κίνησης και πρακτικά δεν συγκρούονται μεταξύ τους. Ταυτόχρονα, για τα μόρια ενός αερίου τέτοιες συγκρούσεις όχι μόνο είναι αναπόφευκτες, αλλά συμβαίνουν σχεδόν συνεχώς. Ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων, οι κατευθύνσεις και οι ταχύτητες των μορίων αλλάζουν.

Το αποτέλεσμα μιας τέτοιας κίνησης και η έλλειψη αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων κατά τη διάρκεια της κίνησης είναι ότι Το αέριο δεν διατηρεί ούτε όγκο ούτε σχήμα, αλλά καταλαμβάνει ολόκληρο τον τόμο που του παρέχεται. Καθένας από εσάς θα θεωρήσει τις ακόλουθες δηλώσεις ως καθαρό παραλογισμό: «Ο αέρας καταλαμβάνει τον μισό όγκο του δωματίου» και «Έβαλα αέρα στα δύο τρίτα του όγκου μιας λαστιχένιας μπάλας». Ο αέρας, όπως κάθε αέριο, καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο του δωματίου και ολόκληρο τον όγκο της μπάλας.

Τι ιδιότητες έχουν τα υγρά; Ας κάνουμε ένα πείραμα.

Ρίξτε νερό από το ένα ποτήρι σε ένα ποτήρι με άλλο σχήμα. Το σχήμα του υγρού έχει αλλάξει, Αλλά ο όγκος παρέμεινε ο ίδιος. Τα μόρια δεν διασκορπίστηκαν σε ολόκληρο τον όγκο, όπως θα συνέβαινε με ένα αέριο. Αυτό σημαίνει ότι η αμοιβαία έλξη των υγρών μορίων υπάρχει, αλλά δεν συγκρατεί άκαμπτα τα γειτονικά μόρια. Δονούνται και πηδούν από το ένα μέρος στο άλλο, γεγονός που εξηγεί τη ρευστότητα των υγρών.

Η ισχυρότερη αλληλεπίδραση είναι μεταξύ σωματιδίων σε ένα στερεό. Δεν επιτρέπει στα σωματίδια να διασκορπιστούν. Τα σωματίδια εκτελούν μόνο χαοτικές ταλαντευτικές κινήσεις γύρω από ορισμένες θέσεις. Να γιατί Τα στερεά διατηρούν τόσο όγκο όσο και σχήμα. Μια λαστιχένια μπάλα θα διατηρήσει το σχήμα και τον όγκο της μπάλας ανεξάρτητα από το πού τοποθετείται: σε ένα βάζο, σε ένα τραπέζι κ.λπ.

Το υγρό, που καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ αερίων και κρυστάλλων, συνδυάζει τις ιδιότητες και των δύο τύπων αυτών των σωμάτων.

1. Όπως ένα στερεό, ένα υγρό χαμηλή συμπιεστότητα λόγω της πυκνής διάταξης των μορίων. (Ωστόσο, εάν το νερό μπορούσε να απελευθερωθεί εντελώς από τη συμπίεση, η στάθμη του νερού στους ωκεανούς του κόσμου θα ανέβαινε κατά 35 m και το νερό θα πλημμύριζε 5.000.000 km 2 γης.)

2. Όπως ένα στερεό, ένα υγρό διατηρεί τον όγκο , αλλά σαν αέριο παίρνει σχήμα αγγείου .

3. Για κρύσταλλαχαρακτηριστικό γνώρισμα παραγγελία μεγάλης εμβέλειαςστη διάταξη των ατόμων (κρυσταλλικό πλέγμα), για αέρια- γεμάτο χάος. Για υγρόυπάρχει μια ενδιάμεση κατάσταση - κλείσιμο παραγγελίας , δηλ. διατάσσεται η διάταξη μόνο των πλησιέστερων μορίων. Όταν απομακρύνεστε από ένα δεδομένο μόριο σε απόσταση 3–4 ενεργών διαμέτρων του μορίου, η σειρά είναι θολή. Επομένως, τα υγρά είναι κοντά σε πολυκρυσταλλικά σώματα, που αποτελούνται από πολύ μικρούς κρυστάλλους (μεγέθους περίπου 10  9 m), τυχαία προσανατολισμένα μεταξύ τους. Εξαιτίας αυτού, οι ιδιότητες των περισσότερων υγρών είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις (και δεν υπάρχει ανισοτροπία, όπως στους κρυστάλλους).

4. Τα περισσότερα υγρά, όπως τα στερεά, με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξήσει τον όγκο τους , ενώ μειώνεται η πυκνότητά του (σε κρίσιμη θερμοκρασία, η πυκνότητα του υγρού είναι ίση με την πυκνότητα των ατμών του). Νερό είναι διαφορετικό διάσημος ανωμαλία , που συνίσταται στο γεγονός ότι στους +4 С το νερό έχει μέγιστη πυκνότητα. Αυτή η ανωμαλία εξηγείται από το γεγονός ότι τα μόρια του νερού συγκεντρώνονται εν μέρει σε ομάδες πολλών μορίων (συστάδες), σχηματίζοντας περίεργα μεγάλα μόρια Ν 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ, (Ν 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ) 2 , (Ν 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ) 3 ... με διαφορετικές πυκνότητες. Σε διαφορετικές θερμοκρασίες η αναλογία των συγκεντρώσεων αυτών των ομάδων μορίων είναι διαφορετική.

Υπάρχει άμορφα σώματα (γυαλί, κεχριμπάρι, ρητίνες, άσφαλτες...), που συνήθως θεωρούνται ως υπερψυγμένα υγρά με πολύ υψηλό συντελεστή ιξώδους. Έχουν πανομοιότυπες ιδιότητες προς όλες τις κατευθύνσεις (ισότροπες), σειρά μικρής εμβέλειας στη διάταξη των σωματιδίων, δεν έχουν σημείο τήξης (όταν θερμανθεί, η ουσία σταδιακά μαλακώνει και μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση).

Χρησιμοποιείται στην τεχνολογία μαγνητικά ρευστά – πρόκειται για συνηθισμένα υγρά (νερό, κηροζίνη, διάφορα έλαια), στα οποία εισάγονται (έως 50%) μικροσκοπικά σωματίδια (μέγεθος πολλών μικρών) στερεού σιδηρομαγνητικού υλικού (π.χ. Fe 2 Ο 3). Η κίνηση του μαγνητικού ρευστού και το ιξώδες του μπορούν να ελεγχθούν από ένα μαγνητικό πεδίο. Σε ισχυρά μαγνητικά πεδία, το μαγνητικό ρευστό σκληραίνει αμέσως.

Ορισμένες οργανικές ουσίες, τα μόρια των οποίων έχουν νηματοειδές σχήμα ή σχήμα επίπεδων πλακών, μπορεί να βρίσκονται σε ειδική κατάσταση, έχοντας ταυτόχρονα ιδιότητες ανισοτροπίας και ρευστότητας. Καλούνται υγρούς κρυστάλλους . Για να αλλάξετε τον προσανατολισμό των μορίων ενός υγρού κρυστάλλου (αυτό αλλάζει τη διαφάνειά του), απαιτείται τάση περίπου 1 V και ισχύς της τάξης των μικροβάτ, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με απευθείας παροχή σημάτων από ολοκληρωμένα κυκλώματα χωρίς πρόσθετη ενίσχυση. Ως εκ τούτου, οι υγροί κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρονικές ενδείξεις ρολογιών, αριθμομηχανές και οθόνες.

Όταν το νερό παγώνει, ο όγκος του αυξάνεται κατά 11%, και αν παγώσει το νερό σε περιορισμένο χώρο, μπορεί να επιτευχθεί πίεση 2500 ατμοσφαιρών (σωλήνες νερού, βράχοι καταστρέφονται...).

Οδηγεί ένα από τα μεγαλύτερα: 1) τη διηλεκτρική σταθερά(επομένως, το νερό είναι καλός διαλύτης, ειδικά τα άλατα με ιοντικούς δεσμούς - ο Παγκόσμιος Ωκεανός περιέχει ολόκληρο τον περιοδικό πίνακα). 2) θερμότητα σύντηξης(αργή τήξη του χιονιού την άνοιξη). 3) θερμότητα εξάτμιση; 4) επιφανειακή τάση; 5) θερμοχωρητικότητα(ήπιο κλίμα παραθαλάσσιων περιοχών).

Υπάρχει φως (1 g/cm 3) και βαρύς (1,106 g/cm3) νερό . Ελαφρύ νερό («ζωντανό») – βιολογικά ενεργό – είναι οξείδιο του πρωτίου Ν 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ. Βαρύ νερό ("νεκρό") - καταστέλλει τη ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών - αυτό είναι οξείδιο του δευτερίου ρε 2 Ο. Το πρωτίου (1 amu), το δευτέριο (2 amu) και το τρίτιο (3 amu) είναι ισότοπα υδρογόνου. Υπάρχουν επίσης 6 ισότοπα οξυγόνου: από 14 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕέως 19 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ, που μπορεί να βρεθεί σε ένα μόριο νερού.

Κατά την επεξεργασία του νερού μαγνητικό πεδίο οι ιδιότητές του αλλάζουν: η διαβρεξιμότητα των στερεών αλλάζει, η διάλυσή τους επιταχύνεται, αλλάζει η συγκέντρωση των διαλυμένων αερίων, αποτρέπεται ο σχηματισμός αλάτων στους λέβητες ατμού, η σκλήρυνση του σκυροδέματος επιταχύνεται 4 φορές και η αντοχή του αυξάνεται κατά 45%, έχει βιολογική επίδραση στον άνθρωπο (μαγνητικά βραχιόλια και σκουλαρίκια, μαγνητόφωνα κ.λπ.) και στα φυτά (αυξάνεται η βλάστηση και η παραγωγικότητα των γεωργικών καλλιεργειών).

Ασημένιο νερό μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα (περίπου έξι μήνες), καθώς το νερό εξουδετερώνεται από μικρόβια και βακτήρια από ιόντα αργύρου (χρησιμοποιείται στην αστροναυτική, για συντήρηση τροφίμων, απολύμανση νερού σε πισίνες, για ιατρικούς σκοπούς για την πρόληψη και τον έλεγχο γαστρεντερικών ασθενειών και φλεγμονώδεις διεργασίες).

Απολύμανση πόσιμου νερού στους σωλήνες νερού της πόληςπραγματοποιείται με χλωρίωση και οζονισμό του νερού. Υπάρχουν επίσης φυσικές μέθοδοι απολύμανσης με χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας και υπερήχων.

Διαλυτότητα αερίου στο νερό εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την πίεση, την αλατότητα και την παρουσία άλλων αερίων στο υδατικό διάλυμα. Σε 1 λίτρο νερού στους 0 °C μπορούν να διαλυθούν: ήλιο - 10 ml, διοξείδιο του άνθρακα - 1713 ml, υδρόθειο - 4630 ml, αμμωνία - 1.300.000 ml (αμμωνία). Όταν καταδύονται σε μεγάλα βάθη, οι αυτοδύτες χρησιμοποιούν ειδικά αναπνευστικά μείγματα, ώστε όταν ανεβαίνουν, να μην πάρουν «ανθρακούχο αίμα» λόγω της διάλυσης αζώτου σε αυτό.

Ολα ζωντανούς οργανισμούςΤο 60-80% αποτελείται από νερό. Η σύνθεση των αλάτων στο αίμα του ανθρώπου και των ζώων είναι παρόμοια με αυτή του νερού των ωκεανών. Οι άνθρωποι και τα ζώα μπορούν να συνθέσουν νερό στο σώμα τους, σχηματίζοντάς το κατά την καύση των τροφίμων και των ίδιων των ιστών. Σε μια καμήλα, για παράδειγμα, το λίπος που περιέχεται στην καμπούρα μπορεί να δώσει 40 λίτρα νερού ως αποτέλεσμα της οξείδωσης.

Στο ηλεκτρόλυση Μπορείτε να πάρετε δύο είδη νερού: 1) όξινο νερό («νεκρό»), το οποίο δρα ως αντισηπτικό (παρόμοιο με το πόσα παθογόνα μικρόβια πεθαίνουν στον όξινο γαστρικό υγρό). 2) αλκαλικό νερό («ζωντανό»), το οποίο ενεργοποιεί βιολογικές διεργασίες (αυξάνει την παραγωγικότητα, επουλώνει γρηγορότερα τις πληγές κ.λπ.).

Μπορείτε να μάθετε για άλλα χαρακτηριστικά του νερού (δομημένα, ενεργειακά-πληροφοριακά κ.λπ.) από το Διαδίκτυο.

Εργασία TRIZ 27. Εργάτης νερού

Τις περισσότερες φορές, διάφοροι μηχανισμοί έχουν «στερεή κατάσταση» φορείς εργασίας. Δώστε παραδείγματα τεχνικών συσκευών στις οποίες το στοιχείο εργασίας είναι νερό (υγρό). Σε ποιους νόμους ανάπτυξης τεχνικών συστημάτων αντιστοιχεί ένα τέτοιο σώμα εργασίας;

Εργασία TRIZ 28. Νερό σε κόσκινο

Στο περίφημο πρόβλημα» Πώς να μεταφέρετε το νερό σε ένα κόσκινο? υπάρχει ένα σαφές φυσική αντίφαση: το κόσκινο πρέπει να έχει τρύπες ώστε να μπορούν να περάσουν χύδην ουσίες μέσα από αυτό και να μην υπάρχουν τρύπες για να μην χυθεί το νερό. Μία από τις πιθανές λύσεις σε αυτό το πρόβλημα μπορεί να βρεθεί στο Ya.I. Perelman στο «Entertaining Physics», όπου προτείνεται να χαμηλώσει το κόσκινο σε λιωμένη παραφίνη, έτσι ώστε το πλέγμα του κόσκινου να μην βρέχεται με νερό. Με βάση τεχνικές για την εξάλειψη των τεχνικώνΚαι φυσικές αντιφάσειςπροτείνετε 10–20 άλλους τρόπους επίλυσης αυτού του προβλήματος.