 |
Определение коэффициента теплового расширения жидкости
|
|
|
|
Леонардо да Винчи
ПРАКТИКУМ ПО ГИДРАВЛИКЕ
НА ПОРТАТИВНОЙ ЛАБОРАТОРИИ «КАПЕЛЬКА»
Методические указания к лабораторным работам
Издание второе, стереотипное
Составители Г.Д. Слабожанин, Д.Г. Слабожанин
Томск – 2006
Практикум по гидравлике на портативной лаборатории «Капелька». Методические указания к лабораторным работам / Г.Д. Слабожанин, Д.Г. Слабожанин. -Томск: Изд-во Томск. архит.-строит. ун-та, 2005.-30 с.
Рецензент к.ф.-м.н. А.В. Жуков
Редактор Т.С. Володина
Практикум рекомендован к изданию президиумом Научно-методического совета по ГИДРАВЛИКЕ при ГОСКОМОБРАЗОВАНИИ СССР 17 января 1991 г.
В указаниях приводятся основные теоретические сведения, содержание и порядок выполнения демонстраций и лабораторных работ по гидравлике (механике жидкости) на разработанной авторами портативной лаборатории «Капелька». Она заняла I место во Всесоюзном конкурсе учебной техники в 1990 г. и рекомендована Гособразованием к выпуску. И вот уже более пятисот учебных заведений имеют эту лабораторию и оценили мировой уровень технической новизны (патенты на изобретения 1721326, 1742655, 1728725) и ее преимущества по сравнению с аналогами: не имеет двигателей, насосов, вентилей; не требует подвода воды и электроэнергии; умещается в чемодане; удобна для лекционных демонстраций; экономит около 20 м2 лабораторных площадей и имеет низкую стоимость.
Методические указания предназначены для студентов строительных, технологических и механических специальностей.
Указания печатаются по решению методического семинара кафедры теплогазоснабжения №2 от 25.10.2004г.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе О.Г.Кумпяком.
|
|
|
С 01.01.2005
до 01.01.2009
Изд. Лиц. №021253 от 31.10.97. Подписано в печать_____________ Формат 60×90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс. Печать офсет. Уч.–изд. л._____ Тираж экз. 500. Заказ № _____
Изд.-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
СОДЕРЖАНИЕ
| 1. | Работа 1. Изучение физических свойств жидкости. | |||
| Работа 2. Изучение приборов для измерения давления ……………………………………………………. | ||||
| 3. | Работа 3. Измерение гидростатического давления.. | |||
| 4. | Работа 4. Изучение структуры потоков жидкости... | |||
| 5. | Работа 5. Определение режима течения …………... | |||
| 6. | Работа 6. Иллюстрация уравнения Бернулли ……... | |||
| 7. | Работа 7. Определение местных потерь напора …... | |||
| 8. | Работа 8. Определение потерь напора по длине ….. |
РАБОТА 1. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТИ
Цель работы. Освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.
Общие сведения
Жидкостью называют малосжимаемое тело, изменяющее свою форму под действием весьма малых сил. Основные характеристики жидкости - плотность, сжимаемость, тепловое расширение, вязкость и поверхностное натяжение.
Плотность - отношение массы m жидкости к её объему W: r = m/W.
Сжимаемость - свойство жидкости уменьшать объем под действием давления. Она оценивается коэффициентом сжимаемости bР, показывающим относительное уменьшение объема жидкости W при повышении давления р на единицу: bР = (DW/W) / Dр.
Тепловое расширение - свойство жидкости изменять объем при нагревании - характеризуется коэффициентом теплового расширения bТ, равным относительному приращению объема W с изменением температуры Т на один градус при постоянном давлении: bТ = (DW/W) / DT. Как правило, при нагревании объем жидкости увеличивается.
|
|
|
Вязкость - свойство жидкости сопротивляться относительному скольжению ее слоев. Ее оценивают динамическим коэффициентом вязкости m, который измеряется в паскаль-секундах (Па×с) и равен касательному напряжению между соседними слоями, если их относительная скорость перемещения численно совпадает с толщиной слоя. Кинематический коэффициент вязкости n определяют из формулы n = m / r и измеряют квадратными метрами на секунду (м2/с) или стоксами (1 Ст = 1 см2/с). Эти коэффициенты определяются видом жидкости, не зависят от скорости течения, существенно уменьшаются с возрастанием температуры.
Поверхностное натяжение – свойство жидкости образовывать поверхностный слой взаимно притягивающихся
молекул - характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения s, равным силе на единице длины контура свободной поверхности. Значения r, bР, bТ, n и s при 20 оС указаны в табл.1.1.
Таблица 1.1
| Жидкость | r, кг/м3 | bР×103, МПа-1 | bТ×103, ОС -1 | n×106, м2/с | s×103, Н/м |
| Вода пресная | 0,49 | 0,15 | 1,01 | ||
| Спирт этиловый | 0,78 | 1,10 | 1,52 | ||
| Масло: | |||||
| моторное М-10 | 0,60 | 0,64 | |||
| индустриальное 20 | 0,72 | 0,73 | |||
| трансформаторное | 0,60 | 0,70 | |||
| АМГ - 10 | 0,76 | 0,83 |
Описание устройства № 1
Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит 5 приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (рис. 1.1), на котором указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3-5 начинают действовать при перевертывании устройства № 1. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех устройствах.
 |
Рис. 1.1. Схема устройства №1:
1 - термометр; 2 - ареометр; 3 - вискозиметр Стокса;
4 - капиллярный вискозиметр; 5 - сталагмометр
Порядок выполнения работы
Определение коэффициента теплового расширения жидкости
Термометр 1 имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненные термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Варьирование температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объема термометрической жидкости и ее уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.
|
|
|
Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется в следующем порядке на основе мысленного эксперимента, т.е. предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельных значений термометра и уровень жидкости в капилляре возрос на величину l.
1. Подсчитать общее число градусных делений DТ в шкале термометра и измерить расстояние l между крайними штрихами шкалы.
2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости DW =p r2l, где r - радиус капилляра термометра.
3. С учетом начального (при 0 ОС) объема термометрической жидкости W найти значение коэффициента теплового расширения bТ= (DW/W) / DT и сравнить его со справочным значением b*Т (табл. 1.1). Значения используемых величин занести в таблицу 1.2.
Таблица 1.2
| Вид жидкости | r, см | W, см3 | DТ, ОС | l, см | DW, см3 | bТ, ОС -1 | b*Т, ОС -1 |
| Спирт |
|
|
|
