Как изменить плотность жидкости

Решение задач, рефераты, курсовые!
Онлайн сервис помощи учащимся.
Цены в 2-3 раза ниже!

Как изменить плотность воды?

Плотность жидкости

,
так же как любых других тел, представляет
собой массу
единицы объёма, и для бесконечно малого
объёма жидкости dW
массой dM
может быть
определена по формуле:

Для однородных
жидкостей можно считать, что

где

M
–
масса жидкости,

W
– объём жидкости.

Единицы измерения:

[кг/м³],
[кг/дм³],
[кг/л], [г/см³].

П
лотность
жидкости зависит от температуры и
давления. Все жидкости, кроме воды,
характеризуются уменьшением плотности
с ростом температуры. Плотность воды
имеет максимум при t
= 4 ^оC
и уменьшается при любых других
температурах. В этом проявляется одно
из аномальных свойств воды. Температура,
при которой плотность воды максимальная,
с увеличением давления уменьшается.
Так, при давлении 14
МПа
вода имеет максимальную плотность при
0,6
^оC.

Плотность
пресной воды равна 1000
кг/м³,
солёной морской
воды — 1020
÷ 1030,
нефти и нефтепродуктов – 650
÷ 900
кг/м³,
ртути – 13596
кг/м³.

При
изменении давления плотность жидкостей
изменяется незначительно. В большинстве
случаев плотность жидкости в расчётах
можно принимать постоянной. Однако
встречаются случаи, когда изменением
плотности пренебрегать нельзя, т.к. это
может привести к значительным ошибкам.

Удельный вес

Удельным весом
жидкости

—
называется вес единицы её объёма. Эта
величина выражается формулой для
бесконечно малого объёма жидкости dW
с весом dG:

Для однородных
жидкостей можно считать:

,

где G
– вес жидкости.

Удельный вес
жидкости и плотность связаны соотношением:

,

где g
– ускорение свободного падения.

Единицы измерения:
[Н/м³],
[Н/дм³],
[Н/л], [Н/см³],
1Н=1кг•м/с².

Значение ускорения
свободного падения g
на земле изменяется от 9,831 м/с²
на полюсах до 9,781
м/с²
на экваторе.

Относительный удельный вес

Иногда удобно
использовать такую характеристику
жидкости, которая называется «относительный
удельный вес». Это отношение удельного
веса жидкости к удельному весу пресной
воды

Единицы измерения:
Относительный удельный вес — величина
безразмерная.

Сжимаемость жидкости

Сжимаемость
жидкости это свойство жидкостей изменять
свой объём при изменении давления. 

С

жимаемость
характеризуется коэффициентом
объёмного сжатия
(сжимаемости) β_P,
представляющим собой относительное
изменение объёма жидкости W
при изменении давления P
на единицу.

Знак минус в формуле
указывает, что при увеличении давления
объём жидкости уменьшается.

Единицы измерения:
Па^-1
(Паскаль.
1Па=1Н/м²).

Перепишем определение

в виде

Обе части умножим
на знаменатель и перенесём в левую часть

Учтём, что

и подставим в
предыдущее равенство

Выразив отсюда W,
можно получить формулу для вычисления
нового значения объёма при известном
увеличении давления

Если учесть, что
все изменения объёма происходят при
неизменной массе за счёт изменения
плотности (

и

),
можно получить
формулу изменения плотности при изменении
давления

Откуда выразив ρ,
получим

Изменение объёма
dW,
происходящее за счёт изменения плотности
dρ
при постоянной массе, можно записать в
виде

Подставив это в
определение β_P,
определим коэффициент сжимаемости
жидкости через изменение плотности

Отсутствие знака
минус в этом выражении означает, что
увеличение давления приводит к увеличению
плотности.

Величина, обратная
коэффициенту сжимаемости, или, по-другому,
коэффициенту объёмного сжатия

,
обозначается

и называется
объёмным модулем упругости жидкости.

Тогда предыдущая
формула примет вид

.

Это выражение
называется законом Гука для жидкости.

Единицы измерения:
[Па], [МПа],
[кГс/ см²].

М

одуль
упругости Е_ж
зависит от температуры и давления.
Поэтому различают два модуля упругости:
адиабатический и изотермический. Первый
имеет место при быстротекущих процессах
без теплообмена. Процессы, происходящие
в большинстве гидросистем, происходят
с теплообменом, поэтому чаще используется
изотермический модуль упругости.
Примерная форма зависимостей E_ж
от P
и t⁰
представлена на графиках. Всё это говорит
о том, что жидкости не вполне точно
следуют закону Гука.

Приведём несколько
примеров значений модулей упругости.

Минеральные масла,
используемые в технологических машинах
с гидравлическим приводом, при t⁰
= 20 ^оC
имеют объёмные модули упругости 1,35·10³
÷ 1,75·10³
МПа (меньшее
значение относится к более легкому
маслу), бензин и керосин – приблизительно
1,3·10³
МПа,
глицерин — 4,4·10³
МПа, ртуть
– в среднем 3,2·10³
МПа.

В практике
эксплуатации гидравлических систем
имеются случаи, когда вследствие действия
того или иного возмущения в жидкости
может значительно изменяться давление.
В таких случаях пренебрежение сжимаемостью
приводит к существенным погрешностям.

Известно, что
скорость распространения звука с
в однородной жидкости можно определить
по формуле

Если вспомнить,
что

,
и подставить это значение в формулу
скорости распространения звука, получим

В этом случае
изменение плотности жидкости, вызванное
изменением давления, будет

Если считать, что
жидкость несжимаемая, т.е. d
= 0, то
окажется, что скорость распространения
звука в жидкости по приведённой формуле
окажется бесконечной (c
= ).
При использовании такого значения c
в случае достаточно больших объёмов
жидкости (озеро или нефтепровод) или
быстрого изменения давления, например,
при резком закрытии или открытия
запорного устройства в трубопроводе,
результаты расчётов окажутся существенно
неточными. По этой причине в описанных
условиях принимать жидкость несжимаемой
недопустимо.

Подготовка к корректировке.

Измерение уровня электролита.

 Трубка для измерения уровня электролита.
Перед проверкой плотности электролита и в процессе её корректировки необходимо контролировать уровень электролита в банках аккумулятора. У автомобильных аккумуляторов принято считать нормальным уровень электролита на 10÷15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).

В батареях с индикатором (тубусом) электролит должен быть на одном уровне с ним или выше его на 5 мм.


Корректирующий электролит — электролит повышенной плотности (обычно 1,40 г/см3) для повышения плотности электролита АКБ или приготовления электролита нормальной плотности для заливки батарей.

Дистиллированная вода.
Добавляется в электролит для уменьшения его плотности.

Важные тонкости

1. В связи с тем что, кислота и вода имеют разную плотность, при разведении электролита или кислоты водой, следует добавлять кислоту в воду, но не наоборот.

2. Обращаться с аккумулятором нужно очень аккуратно. Его ни в коем случае нельзя переворачивать кверху дном. Это может привести к осыпанию пластин и последующему выходу аккумулятора из строя.

Определение необходимого значения плотности электролита полностью заряженного аккумулятора.
Весь период службы аккумулятора плотность электролита непрерывно меняется. Существуют обратимые изменения плотности — это нормальные заряд и разряд аккумулятора. Интервал изменения плотности электролита при изменении состояния аккумулятора от полностью разряженного до полностью заряженного и наоборот обычно составляет 0,15÷0,16 г/см3 для новой АКБ.
Но также существуют и необратимые изменения, например электролиз воды (разложение на водород и кислород) при «кипении» электролита. При этом плотность электролита повышается.

При сульфатации пластин, когда их активная поверхность покрывается слоем нерастворимого сульфата свинца или происходит осыпание активной массы пластин, что уменьшает площадь поверхности пластин, участвующую в электрохимической реакции — восстановление первоначальной плотности электролита в процессе заряда невозможно. Это приводит к необратимому снижению плотности электролита и, соответственно, сужает интервал изменения плотности в диапазоне полный разряд — полный заряд (0,15÷0,16 г/см3 — для нового, исправного аккумулятора).
Стабильно завышенная плотность электролита приводит к снижению срока службы АКБ.
Стабильно заниженная плотность приводит к снижению ЭДС и затруднению пуска двигателя, а также к повышению опасности замерзания электролита в зимний период эксплуатации.

Сначала нужно определиться, какую плотность электролита мы хотим иметь в нашей батарее применительно к климатической зоне её эксплуатации.

На этой таблице представлена температура замерзания электролита.
Например, для центральных районов России (Москва, Казань…) можно выбрать плотность электролита 1,25÷1,27 г/см3. Необходимо помнить, что на автомобиле аккумуляторная батарея, в лучшем случае, может быть заряжена на 80÷90 % её максимальной ёмкости (то есть плотность электролита будет чуть ниже, чем при полном заряде). Именно поэтому плотность электролита, исходя из температуры его замерзания (Таблица), выбирается чуть-чуть повыше, чем необходимо для обеспечения гарантированной незамерзаемости при минимальной температуре воздуха в зимний период.

Полная зарядка батареи.

Необходимо четко усвоить и неукоснительно соблюдать правило:
Проверка плотности электролита, с целью выяснения необходимости её корректировки, производится только у ПОЛНОСТЬЮ ЗАРЯЖЕННОЙ БАТАРЕИ.
Известно, что при исправном генераторном оборудовании автомобиля и его нормальном напряжении 14,0÷14,6 В, можно зарядить АКБ лишь на 80÷90 % её максимальной ёмкости из-за неэффективности процесса заряда батареи на автомобиле.

При выборе зарядного устройства следует избегать применения «автоматических зарядных устройств» без предварительного подробного ознакомления с логикой работы его автоматики. Во многих из них автоматическое выключение режима заряда производится просто при достижении напряжения на выводах батареи величины 14,5÷14,6 В, а это не всегда обеспечивает полный заряд АКБ.

Признаком ПОЛНОГО заряда аккумулятора является постоянство величины плотности электролита и напряжения на его выводах при продолжающемся заряде в течение 2 часов.

При достижении условий полного заряда батареи, то есть постоянства напряжения на выводах и плотности электролита в течение двух часов при продолжающемся заряде, его прекращают и выдерживают батарею от 30 минут до двух часов в отключенном состоянии.
Выдержку в отключенном состоянии в течение от получаса до двух часов рекомендуется выполнять после заряда (разряда), заливки (корректировки плотности) электролита, корректировки уровня электролита. Это делается для выравнивания плотности электролита в объёме банок, снижения температуры электролита, выхода пузырьков газов, образовавшихся при «кипении». В противном случае возможно возникновение недопустимых погрешностей в измерении плотности и уровня электролита, а также напряжения на выводах АКБ.

Затем измеряется уровень электролита и его плотность в каждой банке. Если замечена значительная разница в плотности электролита между банками (более 0,01 г/см3), следует попытаться провести дополнительную, так называемую выравнивающую зарядку АКБ для выравнивания плотности между банками, при этом ток заряда можно уменьшить в 2÷3 раза по сравнению с номинальным, для уменьшения газообразования («кипения»).
Если дополнительный заряд в течение нескольких часов не приводит к выравниванию плотности электролита в банках, очевидно, требуется выровнять её путем последующей корректировки.
В заключение этого этапа работы составляется табличка с указанием плотности и уровня электролита в каждой банке. Принимается решение, какие действия производить над каждой конкретной банкой. Основанием является соотношение величины плотности электролита, принятой нами за оптимальный вариант для нашей климатической зоны, и реальной, измеренной после полного зарядааккумулятора.

Корректировка плотности электролита.
Суть корректировки плотности электролита в банке аккумулятора заключается в следующем:
а) из банки забирается некоторый объём электролита;
б) вместо него в банку добавляется тот-же объём либо дистиллированной воды (плотность 1,00 г/см3) — для понижения плотности электролита в банке, либо корректирующего электролита (обычно плотностью 1,40 г/см3) — для повышения плотности;

в) батарея включается на 30 минут на заряд номинальным током для лучшего перемешивания электролита в результате газовыделения;
г) батарея отключается от зарядного устройства и выдерживается 0,5÷2 часа для выравнивания плотности электролита в объёме банок;
д) измеряется плотность электролита в каждой банке и его уровень, оба параметра приводятся в норму. То есть, при необходимости, все операции а)÷д) повторяются.

Приведу таблица, в которой указано, «…сколько вешать в граммах», то есть указано конкретное количество в см3 удаляемого электролита и соответствующее количество доливаемой жидкости (дистиллированная вода или корректирующий электролит — в зависимости от направления изменения плотности).

Объёмы жидкостей указаны для корректировки 1 литра электролита (1000 см3). Таким образом, чтобы провести коррекцию конкретной батареи нам необходимо знать объём электролита в одной банке этой батареи в литрах. Полученные из таблицы значения необходимо умножить на объем электролита в литрах в одной банке корректируемой батареи.
Объём электролита в одной банке:
6СТ-45 — 500 см3;
6СТ-55 — 633 см3.

Примерные нормы в см3 корректировки плотности электролита в объеме 1 литра.
Таблица предусматривает использование корректирующего электролита плотностью только 1,40 г/см3. Ниже приведена формула, при использовании которой можно применять корректирующий электролит с плотностью, отличной от 1,40 г/см3.

где
Vэ — объём удаляемого из банки электролита, см3,
Vб — объём электролита в одной банке, см3,
для некоторых типов аккумуляторов объём электролита в одной банке указан чуть выше по тексту,
ρн — начальная плотность электролита до корректировки, г/см3,
ρк — конечная плотность, которую надо получить, г/см3,
ρд — плотность доливаемой жидкости, (вода — 1,00 г/см3 или корректирующий электролит — * г/см3)

Следует учесть, что при использовании данной формулы объёмы удаляемого и добавляемого электролитов равны.

Если с таблицей разобраться сложно! То можно сделать прощё :

Откачайте большую часть жидкости из одной из банок. Эту операцию удобно выполнять с помощью “груши”. Замерьте выкачанный объем и долейте примерно половину от этого объема электролитом. Аккуратно покачайте аккумулятор в разные стороны, затем замерьте плотность снова. Если плотность не достигла требуемого значения, долейте еще ¼ от выкачанного ранее объема электролитом. Таким образом, следует доливать электролит, каждый раз уменьшая его количество в два раза.

Что такое плотность жидкости

Плотность жидкости — это отношение массы жидкости к объёму, который она занимает.

Если две жидкости одинаковой массы налить в сосуды, то их объемы будут разниться. Причина этому — плотность, т.е. расстояние между молекулами и атомами, образующими внутреннее строение. Эта величина скалярная и обозначается буквой ρ. В литературе можно встретить и другие обозначения, например D и d (в переводе с латинского densitans).

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Обычная вода при температуре 4⁰С имеет максимальное ее значение — 1000 кг/м3. Многие жидкие продукты питания имеют близкое значение плотности. Например, обезжиренное молоко, раствор уксуса, вино. В то же время для сока из ананаса аналогичное значение составляет 1084, из винограда — 1361, апельсина — 1043 кг/м3. Пиво имеет плотность 1030 кг/м3.

Многие жидкости менее плотны, чем вода, это:

• спирт этиловый (789 кг/м3);
• нефть (от 730 до 940 кг/м3);
• бензин (от 680 до 800 кг/м3);
• ДТ (879 кг/м3).

Как определить плотность жидкости

Математический расчет плотности жидкого вещества выглядит как частное от деления взятой массы на тот объем, который оно занимает.

(rho=mdiv V)

Где m — масса жидкости, V — ее объем.

Единицей измерения плотности является кг/м3 (для системы СИ). Обозначение в системе CUC — г/см3.

Жидкость, представляющая собой смесь двух и более компонентов, имеет значение плотности, определяемой по формуле:

(rho=(rho1times V1+rho2V2)div(V1+V2))

Существует деление жидкостей на:

1. Идеальные — имеются ввиду абсолютно подвижные жидкие вещества, на которых не действуют посторонние силы. Они неизменны в своем объеме. Таких жидкостей практически не бывает.
2. Реальные — могут сжиматься, сопротивляться давлению, т.е. реагировать на посторонние силы.

Реальные, в свою очередь, подразделяются на:

1. Ньютоновские — для них характерно послойное движение (сдвигание), скорость которого пропорциональна напряжению. Когда регистрируется абсолютный покой, напряжение равно нулю. К ньютоновским жидкостям относятся вода, масло, керосин, бензин и др.
2. Бингамовские — жидкости, имеющие начальный предел текучести, ниже которого они не текут и имеют свойства твёрдого тела.

Как влияют внешние воздействия на расчет

Понятие «плотность» зависимо от условий окружающей среды, в которых происходит ее измерение. По мере повышения либо понижения температуры плотность начинает постепенно уменьшаться. Например, плотность воды при температуре кипения составляет 958,4 кг/м3. Однако таким образом ведут себя не все жидкости. Многие, испытывая понижение температуры, увеличивают свою плотность.

Для вычисления ρ при изменении температуры вещества применяется формула:

(rho t=rho20div(1+beta ttimes(t-20)))

Существуют особенности изменения плотности при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Так, обычная вода при затвердевании уменьшает свою плотность. Касательно других жидкостей — при переходе в твердое состояние ρ чаще растет.

Еще один внешний фактор, под действием которого жидкость сжимается, а, следовательно, ее плотность меняется, является внешнее давление. Однако так называемая сжимаемость жидкого вещества совсем невелика — 10^-6бар.

Для характеристики реакции жидкого тела на воздействие внешнего давления вводится термин — сжимаемость. Она высчитывается по формуле:

(beta w=Delta Wdiv WtimesDelta p=1divrhotimes(DeltarhodivDelta p))

Где βw — коэффициент объемного сжатия, ΔW — разница в изменении объема, Δρ — изменение плотности, Δp — изменение объема.

Введена еще одна величина, имеющая отношение к сжимаемости. Это объемный модуль упругости (Еж).

Она обратна коэффициенту объемного сжатия и определяется по формуле:

(Еж=1divbeta.)

В качестве единицы измерения выступает Па — паскаль. Для примера, Еж воды равняется 2 000 МПа. 

Каким соотношением связаны плотность и удельный вес жидкости

Удельный вес жидкости (γ) — еще один параметр, от которого зависят ее свойства.

Удельным весом называется вес жидкости, заключенной в единице V (объема).

Для измерения введена специальная единица — Н/м³.

Нахождение его значения производится по формуле:

(gamma=Gdiv V)

Где G — вес жидкости, V — объем.

Между удельным весом и плотностью жидкой среды существует прямая зависимость. Формула для определения удельного веса содержит равенство:

(gamma=gtimesrho)

Отличием удельного веса от плотности является тот факт, что он зависит от места проведения измерений, в т.ч. от высоты над уровнем моря и географической широты.