Folyadékok és gázok fizikai tulajdonságai
Folyadékok és gázok fizikai tulajdonságai
A hidromechanikában szokásos a folyadékok, gázok és gőzök kombinálása egy név alatt - folyadékok. Ez annak köszönhető, hogy a folyadékok és gázok (gőzök) mozgásának törvényei megegyeznek, ha sebességük sokkal alacsonyabb, mint a hangsebesség. A folyadékok mind olyan anyagok, amelyek folyékonyak, ha a legjelentéktelenebb nyíróerőket alkalmazzák rájuk.
A felmerülő alaptörvényei áramlástani is bevezetett a fogalom a tökéletes folyadék, amely ellentétben az igazi (viszkózus) folyadék teljesen összenyomhatatlan nyomás, sűrűség nem változik a hőmérséklet és a viszkozitása.
Egy V egység térfogatban lévő folyadék tömege a test sűrűsége
A sűrűség kölcsönösségét, és a tömegegység által elfoglalt térfogatot reprezentálják, az egyedi térfogatnak nevezzük:
A folyadék egységnyi térfogatára vetített tömegét a fajlagos gravitációnak nevezik:
A folyadék fajsúlya és sűrűsége a relációval függ össze
A folyadékok legfontosabb jellemzői a sűrűség, a fajlagos térfogat és a fajsúly.
A valódi folyadékok cseppecskékre oszlanak és rugalmasak. A csepegtetőfolyadékok összenyomhatatlanok és kis volumetrikus terjeszkedésű együtthatóval rendelkeznek. A rugalmas folyadékok térfogata változik a hőmérséklet és a nyomásváltozások (gázok, gőzök) függvényében. A legtöbb technikai problémában a gázok ideálisak. Az ideális gáz állapotát a Clapeyron-Mendeleyev-egyenlet írja le
hol van az univerzális gáz állandó, egyenlő 8314 J / (kmol · K).
Ez az egyenlet leírható a gáz sűrűségének kiszámításához
Számos probléma esetén figyelembe kell venni a folyadék állapotát is. A folyadékban lévő izentróp folyamatokhoz használhatjuk a Teta egyenletet
hol van a molekuláris interakciós nyomás; n egy együttható, amely függ a folyadékok tulajdonságaitól. A vízhez »3,2 × 108 Pa, n» 7,15.
A hőmérséklet és a nyomás függvényében az anyag háromféle állapotban lehet: szilárd, folyékony és gáznemű. A szilárd anyagokban a molekulák egymással összekapcsolódnak, egy bizonyos sorrendben vannak elrendezve, és csak termikus vibrációs mozgást végeznek. A molekula (atom) elfoglalásának valószínűsége kicsi. Ezért a szilárd anyagok megtartják a kívánt alakot és térfogatot.
A folyadékokban a molekulák termikus mozgása sokkal magasabb, egyes molekulák elegendő gerjesztési energiát kapnak, és elhagyják helyüket. Ezért egy folyadékban a molekulák a térfogat egészében mozognak, de kinetikus energiájuk nem elegendő ahhoz, hogy túlmutasson a folyadékon. Ebben az összefüggésben a folyadékok megtartják a térfogatukat.
A gázokban a termikus mozgás még nagyobb, a molekulák eltávolítása úgy történik, hogy az egymás közötti kölcsönhatás nem elegendő ahhoz, hogy megtartsa bizonyos távolságot, azaz a gáz képes korlátozás nélkül bővíteni.
A molekuláknak a folyadékokban és gázokban történő szabad keverése azt eredményezi, hogy alakjuk megváltozik, amikor önkényesen kis erőt alkalmaznak. Ezt a jelenséget fluiditásnak nevezik. A folyadékok és gázok annak a hajónak a formáját öltik, amelyikben vannak.
A kaotikus mozgás eredményeképpen a gáz molekulái ütköznek. A molekulák ütközésének folyamatát a molekulák tényleges átmérője jellemzi, ami azt jelenti, hogy a molekulák középpontjainak minimális távolsága megközelítésük szerint. A molekulák távolsága az ütközések között a molekula szabad tartományának nevezzük.
A különböző sebességű rétegekben mozgó molekulák átmenete során a lendület átvitelének eredményeképpen e rétegek között érintőleges erő jelenik meg. A folyadék és gáz tulajdonsága, hogy ellenálljon a nyíróerőnek, viszkozitást jelent.
Az 1 lemezt folyadék közegben egy bizonyos távolságban rendezzük el a falról (2.1. Ábra).
Hagyja, hogy a lemez a w falához képest a w sebességgel mozogjon. Mivel a folyadék bejut a lemezbe, a résben egy réteges folyadékáramot hoznak létre, amelynek sebessége 0-tól w-ig változik. Válasszunk egy vastag vastagságot a folyadékban. Nyilvánvaló, hogy a réteg alsó és felső felületének sebessége dw-ben különbözik. A termikus mozgás következtében a molekulák folyamatosan átjutnak az alsó rétegről a felső rétegre és vissza. Mivel sebességük eltérő, lendületük is eltérő. Ám egy rétegről egy rétegre való áthaladáskor figyelembe kell venniük az adott rétegre jellemző mozgásmennyiséget, azaz a mozgás nagysága folyamatosan változik, amelyből a rétegek között egy érintőleges erő jelenik meg.
Jelölje dT-vel a dF területréteg felületére ható tangenciális erőt
A tapasztalat azt mutatja, hogy a T. tangenciális erő, amelyet a műszakra alkalmazni kell, annál nagyobb, annál nagyobb a sebesség-gradiens, amely a rétegek közötti normál értékek közötti egységnyi távolság sebességének változását jellemzi. Ezenkívül a T erő egyaránt arányos az F rétegek érintkezési felületével, azaz.
Ebben a formában az egyenlet a Newton belső súrlódási törvényét fejezi ki. amely szerint a folyadék rétegei között az áramlás során keletkező belső súrlódás egyenesen arányos a sebesség gradiensével.
Az egyenlet jobb oldalán lévő mínusz jele azt jelzi, hogy a tangenciális feszültség fékezi a réteget viszonylag nagy sebességgel.
A fenti egyenletek arányossági együtthatóját dinamikus viszkozitási együtthatónak nevezzük.
A dinamikus viszkozitási együttható mérete SI-ben kifejezhető
A folyadékok viszkozitását kinematikus viszkozitási együtthatóval is jellemezhetjük
A csepegtető folyadékok viszkozitása a növekvő hőmérséklet, a gázok növekedésével csökken. Mérsékelt nyomáson a gázok viszkozitása nem függ a nyomástól, azonban egy bizonyos nyomástól kezdve a viszkozitás növekvő nyomás mellett növekszik.
Okai különböző hőmérséklet-függési a gázok és folyadékok, amelyek viszkozitása a gázok molekuláris kinetikai természete és cseppek függ a kohéziós erők a molekulák közötti.
Számos kémiai technológiai folyamatok Cseppmérés folyadék mozgás közben érintkezik a gáz (vagy gőz) vagy a másik csepegtető folyadékmennyiség, amely lényegében nem elegyedik az első.
A folyadék felületén található molekulák és a távolabb elhelyezkedő molekulák közötti erő kölcsönhatása nem azonos. Molecule felszínén elhelyezkedő olyan állapotban van, szimmetrikus erő, a felső részében erőtér kénytelen kölcsönhatásba molekulák található a felszín alatt. Ennek eredményeképpen a felszíni réteg potenciális kötési energiája növekszik, és maga a réteg is nagyobb hangsúlyt kap. Ezt a jelenséget felülfeszültségnek nevezzük.
Potenciális kötési energia a felületi rétegben
ahol s a felületi feszültség koefficiense; dF- a dl2 rendű folyadék felülete.
Az energia dE képviselhetõ, mint egy erõ, amely a dl úton dolgozik. ezért
Így a folyadék felületét egy dZ erő hatására összezsugorítja, amely arányos azzal a hosszúsággal, amelyen működik. Ez az erő a felületi feszítőerőnek nevezik.
A felületi feszültség abban nyilvánul meg, hogy a kiválasztott folyadékmennyiség gömb alakú, különösen kis térfogatú cseppekben. A felületi feszítőerő hatása a folyadék belsejébe irányított csepp nyomásnövekedését eredményezi, amely normális a felületen.
A felületi feszültség a hőmérséklet növekedésével csökken. A szilárd részecskék nedvesedési tulajdonságai az értékhez kötődnek. A nedvesítés jelentős hatást gyakorol az abszorpciós és kiegyenlítő berendezések, kondenzátorok stb. Folyamatainak hidrodinamikai körülményeire.
Felületi feszültség nagyban befolyásolja a diszperziós egy folyadéknak egy másik, nem elegyedik, és így jelentősen befolyásolja a hidrodinamikai feltételek az oldószeres extrakciós eljárás.