Что такое плотность и вязкость

Плотность железа, насколько я помню из физики, равна 7,874 г/см в Кубе (3). Всего доброго!

Следующим по плотности будет иридий. Его плотность в нормальных условиях будет

22,56/22,568±0,01 г/см³. Иридий это твёрдый, тугоплавкий, серебристо-белый металл.

Платина, имеет плотность в нормальных условиях 19,59-21,09 г/см³. Платина это мягкий, ковкий, тугоплавкий металл серебристого цвета.

Золото, имеет плотность при нормальных условиях 19,30-19,32 г/см³. Золото это желтый ковкий металл с температурой плавления 1064 градуса.

Плотностью считается количества любого материала в единице объёма.И чаще всего в физике плотность определяют в одном сантиметре кубическом или одном метре кубическом.Эти единицы записываются следующим образом:

Так плотность металлов не сравнить с плотностью многихдругих материалов, например сухого песка, или воздуха.

Плотность стали к примеру составляет порядка 7800 кг\м*м*м,

Плотность воды 1000 кг\м*м*м, а воздуха 1. 125 кг\м*м*м.

Из сравнения плотности материала и воды можно решить будет ли тело плавать, при неизменённой конструкции.

Источник

Что такое плотность и вязкость

Жидкости. В природе различают четыре вида состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Основное отличие жидкостей от твердых тел заключается в их текучести, т.е. способности легко принимать форму сосуда, в который жидкость поместили, при этом объем жидкости не изменяется. Газ тоже обладает текучестью, но при этом занимает любой предоставленный ему объем. В сосудах жидкость образует свободную поверхность, а газ аналогичной поверхностью не обладает. Однако с точки зрения механики и жидкость, и газ подчиняются одним и тем же закономерностям в случае, если сжимаемостью газа можно пренебречь. Поэтому в гидравлике под термином «жидкость» понимаются и собственно жидкости (которые часто называют капельными жидкостями), и газы (газообразные жидкости).

Основные свойства жидкости (при рассмотрении задач механики жидкости) — это плотность, способность изменять свой объем при нагревании (охлаждении) и изменениях давления, вязкость жидкости. Рассмотрим каждое из свойств жидкости подробнее.

Плотность жидкости. Плотностью жидкости ρ называется ее масса, заключенная в единице объема:

где m — масса жидкости; W — объем жидкости.

Так как вода является наиболее распространенной в природе жидкостью, в качестве примера количественного значения параметра, определяющего то или иное свойство жидкости, будем приводить значение рассматриваемого параметра для воды.

Удельный вес. Удельный вес γ — это вес жидкости, приходящийся на единицу объема:

где G — вес жидкости в объеме W.

Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением

где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с 2 ).

Температурное расширение. Это свойство жидкости характеризуется изменением объема при изменении температуры, которое определяется температурным коэффициентом объемного расширения жидкости β_t:

для воды,при t=20 °С β_t = 0,00015 [1/°С].

Сжимаемость. Это свойство жидкости менять свой объем при изменении давления, которое характеризуется коэффициентом объемного сжатия β_p :

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкости Е и определяется по формуле:

для воды E=2×10 9 Па.

Вязкость жидкости — свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Это свойство проявляется только при движении жидкостей. Вязкость характеризует степень текучести жидкости. Наряду с легко подвижными жидкостями (вода, спирт, воздух и др.) существуют очень вязкие жидкости (глицерин, машинные масла и др.).

Вязкость жидкости характеризуется динамической вязкостью μ.

И. Ньютон выдвинул гипотезу о силе трения F, возникающей между двумя слоями жидкости на поверхности их раздела площадью ω, согласно которой сила внутреннего трения в жидкости не зависит от давления, прямо пропорциональна площади соприкосновения слоев ω и быстроте изменения скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения слоев, и зависит от рода жидкости.

Пусть жидкость течет по плоскому дну параллельными ему слоями

Вследствие тормозящего влияния дна слои жидкости будут двигаться с разными скоростями. Скорости слоев Показаны стрелками. Рассмотрим два слоя жидкости, середины которых расположены на расстоянии Δу друг от друга. Слой А движется со скоростью u, а слой В со скоростью u + Δu.

На площадке ω вследствие вязкости возникает сила сопротивления F. Согласно гипотезе Ньютона эта сила

коэффициент пропорциональности μ, в этой формуле и является динамической вязкостью, отношение Δu/Δy называется градиентом скорости.

Таким образом, динамическая вязкость является силой трения, приходящейся на единицу площади соприкосновения слоев жидкости при градиенте скорости, равном единице.

Размерность μ — Па • с.

Гипотеза И. Ньютона, представленная в формуле, экспериментально подтверждена и математически оформлена в дифференциальном виде

основоположником гидравлической теории смазки Н.П. Петровым и в настоящее время носит название закона внутреннего трения Ньютона.

В гидравлических расчетах часто удобнее пользоваться другой величиной, характеризующей вязкость жидкости, — ν:

Эта величина называется кинематической вязкостью. Размерность v — м 2 /с

Название «кинематическая вязкость» не несет особого физического смысла, так как название было предложено потому, что размерность v похожа на размерность скорости.

Вязкость жидкости зависит как от температуры, так и от давления. Кинематическая вязкость капельных жидкостей уменьшается с увеличением температуры, а вот вязкость газов, наоборот, возрастает с увеличением температуры. Кинематическая вязкость жидкостей при давлениях, встречающихся в большинстве случаев на практике, мало зависит от давления, а вязкость газов с возрастанием давления уменьшается.

Вязкость жидкости измеряют с помощью вискозиметров различных конструкций.

Жидкости, для которых справедлив закон внутреннего тяготения Ньютона, называют ньютоновскими. Существуют жидкости, которые не подчиняются закономерности формулам, к ним относятся растворы полимеров, гидросмеси из цемента, глины, мела и др. Такие жидкости относятся к неньютоновским.

Я кстати уже нашел формулы которые нужны сантехникам и инженерам, опишу их в других статьях. Пишите коментарии, я обязательно отвечу на ваши вопросы и постараюсь подкорректировать статьи под вашы нужды.

Источник

Что такое плотность и вязкость

Вопросы к зачету по группам МТ:

2.1. Основные свойства капельных жидкостей

2.2. Основные свойства газов

2.1. Основные свойства капельных жидкостей

удельный вес воды при 4ºС составляет

удельный вес рабочей жидкости МГ-30 при 20 ºС составляет

Если жидкость неоднородна, то формулы (2.1) и (2.2) определяют средние значения удельного веса или плотности.

3. Вязкостью жидкости называется способность сопротивляться сдвигу ее слоев. При сдвиге слоев жидкости возникают касательные напряжения. Вязкость есть свойство противоположное текучести: более вязкие жидкости, сравниваемые с водой, такие как глицерин, смазочные масла являются менее текучими и наоборот.

Или, если слои будут расположены бесконечно близко друг к другу, переходим к дифференциалам, и получаем закон трения в жидкости Ньютона

Коэффициент пропорциональности μ в формуле для определения касательного напряжения в жидкости называется динамической вязкостью и характеризует сопротивляемость жидкости сдвигу.

Из закона трения выражаемого уравнением (2.1), следует, что напряжения трения возможно только в движущейся жидкости, вязкость проявляется при течении жидкости, в покоящейся жидкости касательные напряжения будем считать равными нулю.

Сила сопротивления сдвигу Т называется силой внутреннего трения, при постоянстве касательного напряжения по поверхности S выражается формулой Ньютона

где μ — тот же коэффициент пропорциональности, что и в формуле для касательного напряжения в жидкости. Знак перед значением силы выбирается в зависимости от знака градиента так, чтобы сила имела положительное значение.

Размерность динамической вязкости можем получить из формулы для касательного напряжения

В системе СИ единица динамической вязкости называется «Паскаль- секунда».

В системе СГС единица динамической вязкости называется «Пуаз» в честь французского врача Пуазейля, исследовавшего законы движения крови в сосудах.

Единица динамической вязкости

(сантиметр, грамм массы, секунда)

Наряду с понятием динамической вязкости в гидравлике используют понятие кинематической вязкости. Кинематическая вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности

В размерности кинематической вязкости отсутствуют единицы силы, ее легко измерить с помощью приборов носящих название вязкозиметров.

Единицей измерения кинематической вязкости с системе СИ является м 2 /с. В системе СГС единица измерения кинематической вязкости называется Стокс(Ст) в честь английского ученого Стокса, сотая доля стокса называется сантистоксом (сСт).

Единица кинематической вязкости

(сантиметр, грамм массы, секунда)

1 см 2 /с(Ст)= 1 Стокс,

Вязкость капельных жидкостей зависит от температуры и уменьшается с увеличением последней (рис. 2.2). Вязкость газов наоборот, с увеличением температуры возрастает. Объясняется это различием природы вязкости в жидкостях и газах. В жидкостях молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и вязкость вызывается силами молекулярного сцепления.

Эти силы с увеличением температуры уменьшаются, поэтому вязкость падает. В газах же вязкость обусловлена, главным образом, беспорядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увеличивается с повышением температуры. Поэтому вязкость газов с увеличением температуры возрастает.

Рис.2.2 Зависимость кинематической вязкости от температуры.

Обычно влияние температуры на вязкость оценивается с помощью таких экспериментальных графиков в справочной литературе. Однако, влияние температуры и давления на вязкость жидкостей можно оценить с помощью экспоненциальных зависимости, связывающей вязкость и температуру, а также давление и температуру.

Зависимость вязкости от давления проявляется лишь при относительно больших давлениях в несколько десятков МПа. С увеличением давления вязкость большинства жидкостей возрастает.

Рис.2.3. Зависимость относительной вязкости μ/μ₀ от давления.

Где μ и μ₀ — вязкость при давлении Р и Р₀ ; α — коэффициент, значение которого для минеральных масел изменяется в пределах 0,02—0,03 (нижний предел соответствует высоким температурам, а верхний- низким). Например, известна вязкость воды при давлении 1 атм и 20 ºС, она равна 10 6 м 2 /с, определить вязкость воды при той же температуре и давлении 100 МПа, согласно графику она вырастет в 4 раза.

Значение вязкости в градусах Энглера, например, °E20 есть отношение времени истечения t ж через отверстие вязкозиметра 200 см3 испытуемой жидкости к времени истечения такого же количества дистиллированной воды tв при 20 °С.

1 °E20 = t / t вод, где t вод = 51,6 с.

Для пересчета градусов Энглера в стоксы в случае минеральных масел применяют формулу

или, учитывая равенство ρ = m / V (1.4), находим приближенную формулу для определения плотности при увеличении давления
ρ₂ ≈ ρ₁ /(1— βр * Δр) (2.6)

которую называют обобщенным законом Гука.

Объемный модуль упругости К уменьшается с увеличением температуры и возрастает с повышением давления.

Для воды он составляет при атмосферном давлении приблизительно Кв = 2000 МПа. Следовательно, при повышении давления на 0,1 МПа (1 ат) объем воды уменьшается всего лишь на 1/20 000(одна двадцатитысячная) часть.

Такого же порядка модуль упругости и для других капельных жидкостей, например, для минеральных масел он равен приблизительно Крж = 1200 МПа.

Различают адиабатный и изотермический модуль упругости. Первый больше второго приблизительно в 1,5 раза и проявляется при быстротекущих процессах сжатия жидкости без теплообмена. Приведенные выше значения ОМУ являются значениями изотермического модуля.

Используя эти значения ОМУ по формуле (2.7), можно определить: при повышении давления воды до 40 МПа ее плотность повышается лишь на 2 %, а минерального масла на 3 %. Поэтому в большинстве случаев капельные жидкости можно считать практически несжимаемыми, т. е. принимать их плотность не зависящей от давления, но при очень высоких давлениях и упругих колебаниях сжимаемость жидкостей следует учитывать.

4. Температурное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения, который представляет собой относительное изменение объема при изменении температуры Т па 1°С и постоянном давлении, т. е.

βт = (2.8)

Рассматривая конечные приращения Δ V = V ₂ — V ₁ и ΔТ= Т₂ — Т₁ и, принимая βт постоянным, получаем объем жидкости при изменении температуры

5. Сопротивление растяжению внутри капельных жидкостей по молекулярной теории может быть весьма значительно. При опытах с тщательно очищенной и дегазированной водой в ней были получены кратковременные напряжения растяжения до 23—28 МПа. Однако технически чистые жидкости, содержащие взвешенные твердые частицы и мельчайшие пузырьки газов, не выдерживают даже незначительных напряжений растяжения. Поэтому считают, что напряжения растяжения в капельных жидкостях невозможны.

5. Силы поверхностного натяжения. Свободная поверхность жидкости горизонтальна по всей поверхности раздела между жидкой и газообразной средой, кроме точек вблизи твердой стенки сосуда, где проявляются молекулярные силы взаимодействия твердого тела с жидкостью рис.2.4а. На поверхности раздела жидкости и воздуха действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся придать объему жидкости сферическую форму. Это явление проявляется также при выливании капли жидкости на твердую поверхность, рис.2.4б.

Поверхность у стенок сосуда искривлена (рис.2.4), и искривление сопровождается появлением дополнительного давления. В зависимости от того смачивается твердая поверхность жидкостью (рис.2г) или не смачивается (рис.2д) у твердой стенки жидкость может иметь разный краевой угол θ, соответствующий смачиванию или его отсутствию.

Трубка небольшого диаметра, в которой отсутствует горизонтальный участок поверхности раздела, называется капилляром. В этой трубке дополнительное давление может поднимать уровень жидкости (при смачивании) или опускать его.

Дополнительное давление, возникающее в капилляре определяется формулой

где σ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости; r — радиус сферы, которая формируется в соответствие со свойствами жидкости и воздействием внешней среды.

Высоту подъема смачивающей жидкости или опускание несмачивающей жидкости в стеклянной трубке диаметром d определяют по формуле для полусферического мениска

где k (мм 2 ) имеет следующие значения: для воды 30, для ртути 10,1, для спирта +11,5.

С явлением капиллярности приходится сталкиваться при использовании стеклянных трубок в приборах для измерения давления, а также в некоторых случаях истечения жидкости. Большое значение приобретают силы поверхностного натяжения в жидкости, находящейся в условиях невесомости.
7. Испарение – процесс перехода жидкости в газообразное состояние. Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова и зависит от условий, в которых они находятся.

Рис.2.6 Зависимость давления насыщенных паров от температуры. 1 – бензин, 2 – спирт, 3- вода, 4 – керосин.

Если объем пространства над жидкостью достаточно велик испарение продолжается до исчезновения жидкости (выкипание чайника). Если объем недостаточно велик, часть молекул жидкости конденсируется и возвращается в жидкое состояние и испарение продолжается до наступления динамического равновесия, когда число испаряющихся и конденсирующихся молекул выравниваются. В окружающем жидкость пространстве устанавливается давление, называемое давлением насыщенных паров Рн.п. Одним из показателей характеризующих испаряемость жидкости, является температура ее кипения при нормальном атмосферном давлении; чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость жидкости.

Более полной характеристикой испаряемости является давление (упругость) насыщенных паров Р_н.п. , выраженное в функции температуры. Чем больше давление насыщенных паров при данной температуре, тем больше испаряемость жидкости. С увеличением температуры давление Рн.п. увеличивается, однако у разных жидкостей в разной степени (рис. 2.6).

Для сложных жидкостей, представляющих собой многокомпонентные смеси, например, бензина или рабочая жидкость, содержащие растворенный воздух, давление Рн.п. зависит не только от физико-химических свойств и температуры но и от соотношения объемов жидкой и паровой фаз. Давление насыщенных паров возрастает с увеличением части объема занятого жидкой фазой. Обычно значения упругости паров сложных жидкостей даются для отношения паровой и жидкой фаз, равного 4: 1.

Максимально возможный в рабочей жидкости вакуум ограничен при данной температуре давлением насыщенных паров

8. Растворимость газов в жидкостях характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, различна для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Генри прямо пропорциональным давлению, т. е.

где V г — объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям, (Р₀, Т₀); V ж — объем жидкости; k — коэффициент растворимости; Р —давление жидкости.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20 °С: для воды 0,016, керосина 0,13 минеральных масел 0,08, жидкости АМГ-10 — 0,1.

При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворятся в ней. Это явление может отрицательно сказываться на работе гидросистем.

9. Смазывающая способность – свойство жидкости обеспечивать наименьшее трение и износ металлических поверхностей деталей под нагрузкой. При пуске механизмов или при разрыве несущего слоя масляной пленки, неровности соприкасающихся деталей контактируют друг с другом, возникают значительные силы трения, если смазывающая способность не будет обеспечена. Оценка смазывающей способности затруднительна, но принимается во внимание при конструировании изделий гидравлики.

2.3. Основные свойства газов

Газы отличаются от жидкостей тем, что при большом давлении они могут быть сжаты до очень малого объема. Если предоставить любому газу большее пространство, чем он занимает, происходит расширение газа, а его давление уменьшается.

Закон, связывающий между собой давление и объем газа, впервые был открыт в начале 17-го века году Р.Бойлем, а позже Мариоттом.

Согласно этому закону давления одного и того же количества газа при постоянной температуре обратно пропорциональны объемам, занимаемым этим количеством газа.

Кривая зависимости Р от V называется изотермой.

где V ₀ – объем газа при 0°С, t – температура в градусах Цельсия, α =1/273 – термический коэффициент расширения. В это уравнение давление не входит, так как оно при сравниваемых состояниях газа одинаково.

Клайперон, связав законы Бойля-Мариотта и Гей-Люсака, получил уравнение состояния идеальных газов

где ( PV ) /Т = В – удельная газовая постоянная, различная для различных газов.

Показатель степени равен η =1,4 для воздуха, для других газов он близок к этому значению.

Источник

Вязкость: примеры, причины, единицы, виды

Содержание:

В вязкость представляет собой меру трения, испытываемого частью жидкости (жидкости или газа) и ее молекулами при движении в одном направлении. Это свойство также связано с сопротивлением жидкости деформации.

Некоторые примеры липких или вязких веществ: мед, масло, зубная паста, гель или шампунь для волос, аптечные сиропы и некоторые химические вещества, такие как ртуть.

Причины вязкости

Когда жидкость движется с небольшой скоростью, она распадается на листы, которые движутся относительно друг друга. Листы, соприкасающиеся со стенками воздуховода, движутся с меньшей скоростью, поскольку испытывают большее трение.

Однако листы жидкости, расположенные по направлению к центральной части, движутся с большей скоростью, поскольку они испытывают меньшее трение. Этот тип течения называется ламинарным. Но когда скорость жидкости достигает критической скорости, она становится турбулентным потоком с более высокой вязкостью.

Определение и единицы измерения

Эквивалентности

10 баллов равняются 1 Па · с.

В кинематической вязкости используется единица m 2 / s, но обычно используется метод Stoke (st), эквивалентность которого:

И, в свою очередь, 1 сток равен 10 пуазам.

Формула вязкости

Формула вязкости выражается с помощью уравнения Ньютона для жидкостей:

Наблюдается сходство этого Закона со вторым законом Ньютона для движения тел:

Уметь приравнять массу к вязкости.

Типы вязкости

Существует два типа вязкости: абсолютная или динамическая вязкость и кинематическая вязкость.

Абсолютная или динамическая вязкость

Кинематическая вязкость

Это соотношение между абсолютной вязкостью и плотностью жидкости:

На вязкость жидкости влияет температура, поэтому используются стандартные температуры: 100 ° C для остаточных жидкостей и 40 ° C для разбавленных жидкостей.

Кинематическая вязкость, как и абсолютная вязкость, уменьшается с повышением температуры.

Вязкость воды

Вязкость жидкой воды зависит от температуры. Например: его вязкость составляет 1308 сП при 20 ºC и 0,4658 при 60 ºC. Это уменьшение происходит из-за того, что повышение температуры уменьшает сцепление между молекулами воды. Следовательно, его жидкие листы скользят друг мимо друга легче и быстрее.

Примеры вязких веществ

Масло

Каждое из этих масел имеет определенные характеристики и области применения. Однако одним из элементов, который делает масла обоих типов, является именно их вязкость. Топливные масла имеют более высокую степень вязкости, чем пищевые.

Мед

Однако иногда мед может иметь разную степень вязкости из-за обработки после захвата. Иногда они смешивают мед с сахаром и другими элементами, чтобы продать его, и это приводит к потере вязкости.

Зубная паста

Гель для волос

Это один из наиболее частных случаев, потому что его структура аналогична структуре твердых тел, но это жидкость с большим объемом вязкости.

Некоторые гели могут переходить из одного состояния в другое в зависимости от того, как они используются. Когда они возбуждены, они жидкие, а когда они остаются неподвижными, они становятся твердыми.

Глицерин

Это разновидность спирта с тремя гидроксильными группами. Он показан в жидкой форме при идеальной температуре около 25ºC. Он имеет высокий коэффициент вязкости и сладкий вкус. Глицерин содержится во всех животных жирах и маслах.

Его применение разнообразно в коммерческом плане, оно используется для производства косметики, мыла, моющих средств, увлажнителей, антисептиков, растворителей, смазок и многого другого.

Этиловый спирт

Это обычный бесцветный и легковоспламеняющийся спирт с температурой кипения 78,4 ° C. Это основной продукт для производства алкогольных напитков, таких как виски, вино, пиво, ром и бренди. Классы вязкости спиртов обычно очень низкие.

Битум

Также называемый битумом, это смесь черных органических веществ с высокой плотностью, полностью растворимых в «сероуглероде» и состоящих в основном из углеводородов. Это одно из самых вязких органических веществ, которые можно найти в природе.

Эта вязкость вызвана элементами, входящими в ее состав: сера, металлы, ванадий, свинец, ртуть, мышьяк и селен; тяжелые и вязкие элементы, которые при интеграции образуют еще более вязкий состав.

Сиропы

Они представляют собой жидкие лекарства, состоящие из химических веществ. Сиропы обладают высокой вязкостью, потому что среди их основных компонентов сахар.

Сахар выполняет двойную функцию: с одной стороны, он увеличивает вязкость жидкости, а с другой стороны, является подсластителем, который придает смеси сладкий вкус.

Это один из наиболее часто используемых компонентов в педиатрии, и его могут принимать как дети, так и взрослые.

Подача

Это вещество темно-красноватого цвета, которое получают путем перегонки древесины различных видов деревьев на огне. Его степень вязкости очень высока из-за слияния плавящихся соединений.

Смолу можно использовать как антисептик, для ухода за машинами. Некоторые баскетболисты мажут им руки, чтобы лучше держать мяч.

Меркурий

Сегодня ртуть широко используется в исследовательских целях, ее также используют для изготовления люминесцентных ламп и стоматологических амальгам.

Вязкие вещества встречаются как в бытовых веществах, так и в элементах, необходимых для осуществления промышленных процессов. Без этого свойства жидкостей жизнь была бы совсем другой.

Кровь

Кровь имеет вязкость от 3 до 4 сП при гематокрите 45%. Но с увеличением гематокрита вязкость крови увеличивается в геометрической прогрессии. Это обстоятельство увеличивает работу сердца.

Моторное масло

Вязкость масла зависит от его типа. Но в целом вязкость моторного масла превышает 100 сП, что объясняется размером молекул масла.

Газ

Ссылки

Аутосомы: характеристики, части, функции и переделки

Ретикулярные волокна: характеристики, функции, примеры

Источник