Измерение поверхностного натяжения сталагмометром

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

Этот метод определения поверхностного натяжения жидкости основан на измерении количества капель жидкости, которое получается при опорожнении емкости заданного объёма W через капилляр. В момент отрыва капли жидкости от капилляра сила поверхностного натяжения F = σ l (где: l – длина линии, ограничивающей поверхность раздела капли и капилляра) равна её весу G = W_кρ g (где: W_к = W/n – объём капли) или

σ l = Wρ g/n

откуда

σ = Kρ /n

где: K – постоянная прибора.

В ходе работы выполнить следующие операции.

1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объёма высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель n.

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения σ = Kρ /n и сравнить его с табличным значением σ ^* (см. табл. 1.1.). Данные свести в таблицу 1.6.

Таблица 1.6

Вид жидкости	K, м³/с²	ρ, кг/м³	n, шт	σ 10 Н/м	σ ^*10 Н/м
М-10

1.4. Контрольные вопросы

1. Какие физические характеристики жидких тел используются в гидравлике при решении различных задач?

2. На каких физических явлениях основаны принципы действия термометра, ареометра, вискозиметра Стокса, капиллярного вискозиметра и сталагмометра?

3. Опишите конструкции приборов и порядок выполнения экспериментальных работ.

4. Перечислите основные и производные единицы системы СИ, которые употребляются в гидравлике.

5. Приведите соотношения между наиболее употребительными единицами применяемых в гидравлике систем измерения.

6. Какая существует связь между удельным весом и плотностью?

7. Что такое вязкость жидкости и что она характеризует?

8. В чем заключается закон вязкости Ньютона?

9. Что такое идеальная жидкость?

10. Чем реальная жидкость отличается от идеальной?

11. Что такое плотность вещества? Какова ее размерность?

12. Что такое удельный вес вещества, какова его размерность?

13. Каким уравнением описывается процесс объемного сжатия капельных жидкостей?

14. Каким уравнением описывается процесс температурного расширения капельных

жидкостей?

15. Каким уравнением описывается процесс объемного сжатия и температурного

расширения сжимаемых жидкостей?

16. Что такое жидкость?

17. Чем отличаются капельные жидкости от газов?

18. Каков физический смысл коэффициента объемного сжатия?

19. Каков физический смысл коэффициента температурного расширения?

20. Что такое модуль упругости жидкости?

21. От каких факторов зависит коэффициент объемного сжатия? Расположите их по порядку

значимости.

22. От каких факторов зависит коэффициент температурного расширения? Расположите их в порядке значимости.

23. От каких факторов зависит коэффициент динамической вязкости? Расположите их в порядке значимости.

24. Как связаны между собой коэффициенты кинематической и динамической вязкости?

25. Как изменяется коэффициент динамической вязкости капельных жидкостей с ростом температуры и почему?

26.Как изменяется коэффициент динамической вязкости газов с ростом температуры и почему?

27. Как изменяется коэффициент кинематической вязкости капельных жидкостей с ростом температуры и почему?

28. Как изменяется коэффициент кинематической вязкости газов с ростом температуры и почему?

29. Что такое неньютоновская жидкость?

30. Напишите формулу Бингама – Шведова.

31. Что такое абсолютная погрешность?

32. Что такое относительная погрешность?

33. Переведите давление величиной в 1ат. в Па.

34.Переведите давление величиной в 1ат. в кГ\м^2.

35. Переведите давление величиной в 1ат. в м.вод.ст.

36. Переведите давлении величиной в 1 ат. в мм.рт.ст.

Лабораторная работа №2

Определение гидростатического давления

Цель работы: освоение способов измерения гидростатического давления с помощью жидкостных и механических приборов.

Общие сведения

1. Основные понятия гидростатики.

Гидростатика – раздел гидромеханики, в котором изучается равновесие жидкости и воздействие покоящейся жидкости на погруженные в неё тела. Одна из основных задач гидростатики – изучение распределения давления в жидкости. Зная распределение давления, можно на основании законов гидростатики рассчитать силы, действующие со стороны покоящейся жидкости на погруженные в неё тела.

Гидростатическим давлением называется предел отношения действия силы на элементарную площадку, если ее площадь стремится к нулю.

, Па (Н/м²) (1.1)

В гидростатике рассматривают атмосферное давление ( ), абсолютное давление , избыточное (манометрическое) давление ( ) и вакуумметрическое давление .

Атмосферное давление является следствием веса воздуха. Оно зависит от высоты и на уровне моря составляет 760 мм рт. cт.

Абсолютное давление – давление, при измерении которого за начало отсчета принимают абсолютный нуль давления.

Избыточным давлением называется превышение абсолютного давления над атмосферным:

, Па (1.2)

Вакуумметрическим давлением называется недостаток абсолютного давления до атмосферного:

, Па (1.3)

Если над свободной поверхностью жидкости известно давление , то давление в любой другой точке этой жидкости можно определить по основному уравнению гидростатики:

, Па (1.4)

где

– расстояние по вертикали от исследуемой точки до свободной поверхности;

– плотность жидкости;

– ускорение свободного падения.

Слагаемое представляет собой дополнительное давление столба жидкости высотой .

Закон Паскаля – давление на поверхность жидкости, производимое внешними силами, передаётся жидкостью одинаково во всех направлениях.

2. Приборы для измерения давления.

Жидкостные приборы получили широкое распространение благодаря простоте исполнения и высокой точности. Величина измеряемого давления находится по основному уравнению гидростатики (1.4), а соответствующие высоты - по формулам (1.6) - (1.8).

Рис. 1. Измерение давлений с помощью пьезометра

Простейшим жидкостным прибором является пьезометр – прозрачная трубка, одним концом опущенная в исследуемую точку, другим - открытая в атмосферу (рис. 1). Избыточное давление в точке А определяется пьезометрической высотой:

, Па (1.5)

Абсолютное давление в точке А может быть определено по приведенной высоте – высоте столба жидкости в запаянной трубке, из которой удален воздух, так что давление на свободной поверхности в ней близко к нулю: .

Из формулы (1.4), записанной в виде , следует, что величины избыточного, вакуумметрического и абсолютного давлений могут быть выражены через линейные величины:

, м (1.6)

, м (1.7)

, м (1.8)

где

– пьезометрическая высота;

– вакууметрическая высота;

– приведенная высота.

U-образный мановакуумметр служит для измерения разности давлений (рис. 2).

Рис. 2. U - образный мановакуумметр

Недостатком жидкостных приборов является узость диапазона измеряемых давлений. Расширить этот диапазон можно, используя несколько последовательно соединенных U -образных манометров. Такой прибор называется батарейным мановакуумметром (рис. 3).

Рис. 3. Батарейный мановакуумметр.

Давление воздуха в баке уравновешивается перепадами уровней жидкости в трубках манометра. Для показаний батарейного мановакуумметра на рис. 3 расчет манометрического давления в баке определяется суммированием всех перепадов уровней от открытого конца до присоединения его к резервуару:

, Па (1.9)

, Па (1.10)

Весовым давлением воздуха в левом конце батарейного манометра ввиду его малости пренебрегают.

Описание опытной установки

Лабораторный стенд состоит из рабочего стола 1 (рис. 4), на котором установлен бак 2. Бак на 75 % заполнен рабочей жидкостью (водой). К баку присоединены щит 3, щит 4 и компрессор 5. На щите 3 расположен батарейный мановакуумметр ПЗ, левый конец которого соединен с верхней частью бака, заполненной воздухом, а правый открыт в атмосферу, колена заполнены жидкостью. На щите 4 размещены пьезометр П1, подключенный к заполненной жидкостью части бака, и U -образный мановакуумметр П2, один конец которого присоединен к верхней (воздушной) части бака, а второй выведен на механический прибор – манометр МН2. Давление воздуха в баке регистрируется механическими приборами – манометром МН1 и вакуумметром ВН.

С помощью компрессора 5, установленного на нижней полке стола, под крышкой бака может быть создано избыточное или вакуумметрическое давление. Необходимый режим обеспечивается с помощью панели управления 7 и вентилей В1, В2, ВЗ и В4.

Рис. 4.Лабораторный стенд «Гидростатика ГС»

Порядок выполнения работы

Режим избыточного давления (опыт№1)

Записать показания пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении.

С помощью компрессора установить в баке режим избыточного давления, для чего необходимо проделать следующие операции:

1. Открыть краны В1, В2, В5, В7, В8, В9;

2. Закрыть краны В3, В4, В6;

3. Включить тумблер «Сеть»;

4. Нажать кнопку «Пуск» и установить необходимое давление (не более 0, 06 кгс/см² по манометру МН1), не допуская при этом, чтобы жидкость под действием избыточного давления выплеснулась через открытый конец П1;

5. Отпустить кнопку " Пуск" и перекрыть краны B1 и В2;

6. Учитывая инерционность жидкости и медленное заполнение ею пьезометра, сделать паузу 5 мин., затем зафиксировать показания пьезометра П1, U - образного мановакуумметра П2, показания , , , батарейного манометра ПЗ и показания манометра МН1; записать эти показания в табл. 1.

7. Сбросить избыточное давление в баке, для чего открыть краны В1, В2, В3, В4.

Режим вакууметрического давления (опыт №2)

Записать показания пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении;

С помощью компрессора установить в баке режим вакуумметрического давления, для чего необходимо:

1. Открыть краны В3, В4, В5, В6, В8, В9;

2. Закрыть краны В1, В2, В7;

3. Включить тумблер «Сеть»;

4. Нажать кнопку «Пуск» и установить необходимое давление (не > 0, 05 кгс/см² по вакууметру ВН), не допуская при этом, чтобы жидкость под действием вакуумметрического давления опустилась до нижнего края пьезометра П1;

5. Отпустить кнопку «Пуск» и перекрыть краны В3 и В4.

6. Зафиксировать показания пьезометра П1, U - образного мановакуумметра П2, показания , , , батарейного манометра ПЗ и показания вакууметра ВН; записать эти показания в табл. 1.