Физические свойства жидкостей
.docxВведение
Жидкость - физическое тело, которое обладает свойством текучести, т. е. не имеющее способности самостоятельно сохранять свою форму. Текучесть жидкости обусловлена подвижностью молекул, составляющих жидкость.
Жидкостью называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкость характеризуется следующими свойствами: 1) сохраняет объем; 2) образует поверхность; 3) обладает прочностью на разрыв; 4) принимает форму сосуда; 5) обладает текучестью. Свойства жидкости с 1) по 3) подобны свойствам твёрдых тел, а свойство 4) - свойству газа.
Жидкости, законы движения и равновесия которых изучаются в гидравлике (механике жидкости и газа), делятся на два класса: сжимаемые жидкости или газы, почти несжимаемые - капельные жидкости.
В гидравлике рассматриваются как идеальные, так и реальные жидкости.
Идеальная жидкость - жидкость, между частицами которой отсутствуют силы внутреннего трения. Вследствие этого такая жидкость не сопротивляется касательным силам сдвига и силам растяжения. Идеальная жидкость совершенно не сжимается, она оказывает бесконечно большое сопротивление силам сжатия. Такой жидкости в природе не существует - это научная абстракция, необходимая для упрощения анализа общих законов механики применительно к жидким телам.
Реальная жидкость - жидкость, которая не обладает в совершенстве свойствами идеальной жидкости, она в некоторой степени сопротивляется касательным и растягивающим усилиям, а также отчасти сжимается. Для решения многих задач гидравлики этим отличием в свойствах идеальной и реальной жидкостей можно пренебречь. В связи с этим физические законы, выведенные для идеальной жидкости, могут быть применены к жидкостям реальным с соответствующими поправками.
Ниже кратко представлены общие сведения, касающиеся физических свойств жидкостей. Конкретные физические свойства разных жидкостей находятся в подразделах нашего сайта (см. выше). Эти разделы будут постепенно пополняться новой информацией, которая, возможно, окажется полезной инженерам и конструкторам при проведении расчетов.
Физические свойства жидкостей
Плотность жидкости:
, [кг/м3]
Килограмм на кубический метр [кг/м3] равен плотности однородного жидкого вещества, масса которого при объёме 1 м3 равна 1 кг.
где
dm - масса элемента жидкости, объёмом dV.
dV - объём элемента жидкости.
Динамическая вязкость жидкости:
, [Па с]
где
F - сила внутреннего трения жидкости.
S - площадь поверхности слоя жидкости, на которую рассчитывается сила внутреннего трения.
- величина, обратная градиенту скорости жидкости.
Паскаль-секунда [Па с] равна динамической вязкости жидкости, касательное напряжение в которой при ламинарном течении на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равно 1 Па.
Кинематическая вязкость жидкости:
, [м2/с]
где
- динамическая вязкость жидкости.
- плотность жидкости.
Квадратный метр на секунду [м2/с] равен кинематической вязкости жидкости с динамической вязкостью 1 Па с и плотностью 1 кг/м3.
Поверхностное натяжение жидкости:
, [Н/м]
где
dF - сила, действующая на участо контура свободной поверхности нормально к контуру и по касательной к поверхности к длине dl этого участка.
dl - длина участка поверхности жидкости.
Ньютон на метр [Н/м] равен поверхностному натяжению жидкости, создаваемому силой 1 Н, действующей на участок контура свободной поверхности длиной 1 м нормально к контуру и по касательной к поверхности.
Коэффициент теплопроводности жидкости:
, [Вт/(м К)]
где
t - время.
S - площадь поверхности.
Q - количество теплоты [Дж], перенесённое за время t через поверхность площадью S.
- величина, обратная градиенту температуры жидкости.
Ватт на метр-кельвин [Вт/(м К)] равен коэффициенту теплопроводности жидкости, в котором при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового потока 1 Вт/м2 устанавливается температурный градиент 1 К/м.
Теплоемкость жидкости:
, [Дж/К]
где
dQ - количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости.
dT - разность температуры.
Джоуль на кельвин [Дж/К] равен теплоемкости жидкости, температура которой повышается на 1 К при подведении к ней количества теплоты 1 Дж.
Удельная массовая теплоемкость жидкости (при постоянном давлении):
, [Дж/(кг К)]
Джоуль на килограмм-кельвин [Дж/(кг К)] равен удельной теплоемкости жидкости, имеющей при массе 1 кг теплоемкость 1 Дж/К.
Температуропроводность жидкости:
, [м2/с]
где
- теплопроводность жидкости.
Cp - удельнаыя теплоемкость жидкости.
- плотность жидкости.
Квадратный метр на секунду [м2/с] равен температуропроводности жидкости с коэффициентом теплопроводности 1 Вт/(м К), удельной теплоемкостью при постоянном давлении 1 [Дж/(кг К) и плотностью 1 кг/м3.