Сжимается ли жидкость: Что труднее сжать жидкость или твёрдое тело? Например, возьмём пробку (плотность 240кг/м^3)и воду (1000 кг/м^3)Если подумать-тело с меньшей плотностью легче сжать, но как влияет агрегатное состояние?

3)Если подумать-тело с меньшей плотностью легче сжать, но как влияет агрегатное состояние?

Основные понятия о жидкости и сжатом воздухе

Жидкости являются телами, которые имеют почти постоянный объем, но не имеют постоянной формы.

Жидкости разделяются на вязкие и невязкие. К вязким жидкостям относятся: глицерин, машинное масло, олифа и др. Невязкими и текучими жидкостями являются: вода, бензин, спирт и др. При нагревании жидкости расширяются в объеме: например, вода расширяется на 0,0006, глицерин на 0,0003, керосин на 0,001 своего первоначального объема при повышении температуры на Г. С увеличением давления жидкость незначительно сжимается, т. е. уменьшается в объеме. При давлении в 1 атмосферу вода сжимается на 0,00005 своего первоначального объема. Величина эта так незначительна, что практически можно считать жидкости несжимаемыми.

Сжатый воздух, которым пользуются в качестве механической движущей силы для приведения в действие машин, вырабатывается из атмосферного воздуха.

Как все газы, так и атмосферный воздух обладает способностью сжиматься. На этом важном свойстве — способности к сжатию атмосферного воздуха — и основан способ получения сжатого воздуха и его применение в промышленности.

Сжатие атмосферного воздуха производится особыми машинами, называемыми компрессорами.

Существуют компрессоры поршневые и турбинные, резко отличающиеся по своему устройству и принципу работы. Поршневые компрессоры строят одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми.

Одноступенчатыми они называются потому, что воздух сжимается в них до рабочего давления в 6—7 ат за один прием — одну ступень. В двухступенчатых компрессорах воздух до рабочего давления сжимается в два приема — две ступени. Процесс сжатия воздуха в двухступенчатом компрессоре производится сначала в первом цилиндре до 4 от, а потом через промежуточный охладитель переходит во второй, в котором он подвергается вторичному сжатию до 7 ат.

При потреблении сжатого воздуха, превышающего давление 6—7 ат, применяют многоступенчатые компрессоры. Давление в них может быть доведено до 150 ат.

Для получения сжатого воздуха высокого давления применяются турбинные компрессоры. Турбинные компрессоры имеют ряд преимуществ перед поршневыми компрессорами, они конструктивно более совершенны, надежны в действии и более компактны. Но турбинные компрессоры более дорогие как по стоимости, так и по эксплуатационным расходам, поэтому они применяются обычно при большом потреблении сжатого воздуха.

Атмосферный воздух в компрессорах подвергается сжатию. Степень сжатия зависит исключительно от количества затраченной для этого энергии.

Чем больше будет затрачено энергии, тем сильнее будет сжат атмосферный воздух.

При сжатии воздух уменьшается в объеме и занимает меньше места: объем сжатого воздуха много меньше объема атмосферного воздуха. Сжатый до определенного давления воздух обладает большой упругостью. Эта упругость сжатого воздуха есть не что иное, как запасенная частицами воздуха энергия давления. Чем больше будет сжат воздух, тем больше, в силу своей упругости, он будет стремиться к расширению. Воздух, освобождаясь от сжатия, стремится к быстрому расширению и этим производит определенную работу. Энергия при превращении в работу широко используется в пневматических инструментах и машинах. Подача сжатого воздуха от компрессоров к необходимым местам производится по трубопроводам.

Что такое сжимаемость жидкостей?

Когда большинство людей думают или говорят о жидкостях, они обычно имеют в виду жидкости. Это не полная картина. По сути, жидкость — это среда

, имеющая частицы, легко перемещающиеся и изменяющие свое взаимное положение без разделения массы, и легко поддающаяся действию приложенных сил.

Это означает, что жидкости включают газы, потому что они тоже текут. Фактически, корень слова «флюид» происходит от латинского «fluere», что означает «течь».

Наш сегодняшний опыт может привести нас к заключению, что газы сжимаемы, а жидкости несжимаемы. Обратите внимание на ощущение отскока, когда после сжатия рукоятку шинного насоса быстро отпускают; это демонстрирует силу, создаваемую воздухом, сжимаемым в меньший объем. Объем повторно расширяется до своего первоначального размера, когда сила сжатия удаляется. Точно так же, если мы держим палец над маленьким отверстием в аэрозольном баллончике, мы немедленно чувствуем силу сопротивления при нажатии на спусковой крючок насоса. На основании этого наблюдения жидкость кажется несжимаемой.

Ниже приводится исследование сжимаемости жидкостей и твердых тел в калибровочной лаборатории. Понимание поведения этих жидкостей под давлением имеет решающее значение для успешной и точной калибровки.

Во-первых, необходимо определить некоторые общие термины:

Жидкость — материал, который легко течет и требует сосуда для его удержания.
Газ — состояние вещества, которое принимает форму своего сосуда и не имеет определенного объема.
Жидкость — состояние вещества, которое принимает форму своего сосуда и имеет определенный объем.
Твердое тело — состояние вещества, сохраняющее свою форму и имеющее определенный объем.
Сжимаемые — имеющие способность изменять плотность при приложении давления.

Плотность — масса в единице объема.
Химическая связь — передача или совместное использование самых удаленных электронов между двумя или более атомами.
Сила Ван-дер-Ваальса — силы притяжения между всеми молекулами, вызванные флуктуирующей поляризацией близлежащих частиц, которые становятся значительными только в том случае, если молекулы находятся очень близко друг к другу.

Чем отличаются газы от жидкостей?

Газы ведут себя иначе, чем жидкости. Почему? Чтобы понять, что происходит на макроуровне, нам нужно понять внутреннюю работу материала на атомном и молекулярном уровнях. В любом веществе химические связи, полярность, силы, а также физическая конфигурация атомов в молекуле определяют основные свойства материала, такие как вязкость и сжимаемость. Эти силы, действующие в атомном масштабе, вносят основной вклад в свойства, которые мы наблюдаем в этих объемных материалах.

Рисунок 1. Состояния вещества со связями в каждом состоянии

На рисунке 1 сравнение трех распространенных состояний вещества — твердого, жидкого и газообразного — показывает типы связи в каждом состоянии. На каждой иллюстрации мы видим увеличенный очень маленький объем материала и упрощенное представление соответствующих связей внутри материала. Ниже приведено более подробное объяснение различных состояний со ссылками на иллюстрации.

Твердые вещества

Твердые тела сохраняют свою форму, потому что химическая связь, показанная в виде пружины между каждым атомом, относительно сильна. Однако одинаковые заряды электронов отталкивают атомы по мере их сближения. И наоборот, если атомы расходятся, они притягиваются связью друг к другу. Расстояние между каждым атомом очень мало из-за силы связи, но эта связь может только удерживать их вместе так сильно из-за сил отталкивания. Таким образом, когда сила прикладывается к этому кубу со всех сторон, сопротивление сжатию между каждым атомом очень велико, что приводит к минимальному сжатию в объемном твердом теле.

Жидкости

Жидкости, с другой стороны, имеют больше пространства между молекулами, что позволяет им иметь большее относительное движение. Однако межмолекулярные связи не так прочны, как в твердых телах. Вода, например, представляет собой полярную молекулу и проявляет диполь-дипольное притяжение, как показано пунктирными линиями на рисунке 1. Атом кислорода слегка отрицателен, а два атома водорода слегка положительны. Поскольку эти дипольные заряды намного меньше по силе, чем типичные связи, силы Ван-дер-Ваальса между молекулами слабы и непостоянны. Каждая из них может ломаться и переделываться много миллиардов раз в секунду. Это то, что позволяет воде течь и при этом оставаться жидкостью. Более слабые межмолекулярные силы и более высокое межмолекулярное расстояние являются причиной того, что жидкости могут быть сжаты больше, чем твердые тела.

Газы

В таких газах, как азот или воздух, при нормальных температуре и давлении связи между молекулами отсутствуют. Каждая молекула движется с высокой скоростью в различных направлениях. Когда две молекулы газа сталкиваются, они отскакивают друг от друга с идеальной упругостью. Потерь в столкновениях нет. Межмолекулярное расстояние слишком велико, чтобы межмолекулярные силы могли быть значительными. При комнатной температуре и стандартном давлении среднее расстояние между молекулами газа примерно в десять раз превышает диаметр самих молекул. Таким образом, когда к молекулам газа прикладывается внешняя сила, они сближаются, что делает газы очень сжимаемыми.

Степень сжимаемости

Теперь, когда мы знаем на молекулярном уровне, что газы и жидкости более сжимаемы, чем твердые тела. Как насчет сжимаемости обычных сред под давлением, используемых в калибровочной лаборатории? Относительная степень сжимаемости материала с приложенной силой определяет наше восприятие жесткости. Когда материал сжимается со всех сторон, он сжимается пропорционально приложенному давлению. Константа пропорциональности называется объемным модулем.

Β = — V * (∂P ⁄ ∂V)

Где B = модуль объемного сжатия

V = начальный объем

∂P/∂V = изменение давления по отношению к изменению объема

Обратите внимание, что увеличение давления вызывает уменьшение объема, это означает, что плотность материала увеличивается. Если одну и ту же силу приложить к равному объему твердого тела, жидкости и газа, становится очевидным относительное уменьшение объема. Изотермический объемный модуль каждого состояния вещества можно сравнить, чтобы получить отношение порядка величины. Ниже приведен объемный модуль для некоторых распространенных материалов в каждом состоянии:

Нержавеющая сталь: -23 600 000 фунтов силы/кв. дюймов

Вода: -310 000 фунтов/кв. дюйм

Воздух, при нормальных условиях: -14,7 фунт-сила/кв. В.

Сравнительное соотношение материалов выражается здесь:

Нержавеющая сталь : Вода : Воздух = 1 600 000 : 21 000 : 1

Числа представляют собой относительную жесткость материалов. Чем выше число, тем менее сжимаемый материал. Например, соотношение воды к воздуху составляет 21 000:1, поэтому мы не ощущаем сжатия воды в распылительном насосе с забитым отверстием. Он сжимается настолько мало, что мы не можем обнаружить его нашими органами чувств.

Следует отметить, что объемные модули зависят от давления и температуры. Для воды с увеличением давления объемный модуль упругости увеличивается. Когда температура жидкости повышается от 0°C при постоянном давлении, объемный модуль упругости увеличивается, достигая максимума около 330 000 фунтов силы/кв. в. примерно при 45°С, а затем снижается.

Это создает сложную цепочку событий в среде калибровки. В гидравлических калибровочных системах высокого давления, таких как Mensor CPC8000-H, мы полагаемся на жидкую среду в качестве среды под давлением из соображений безопасности. По мере увеличения давления в системе жидкость сжимается, и все содержащиеся в ней компоненты расширяются (регулятор давления, трубки, фитинги, камера давления и т. д.). Части, окруженные жидкостью, сжимаются, и объемный модуль упругости среды изменяется в зависимости от давления и температуры. В системах высокого давления учет и компенсация относительных объемных модулей, обусловленных сцеплением материалов, а также хорошая инженерия делают системы калибровки точными и надежными.

Заключение

Сжимаемость жидкостей играет решающую роль в разработке технологической системы в промышленном секторе, а также в поддержании эффективности инфраструктуры калибровочной лаборатории. Выбор правильного калибратора при оптимизации системы для компенсации сжимаемости компонентов системы и используемой среды обеспечит более точные результаты калибровки.

Сжимаемость может сильно различаться у разных жидких жидкостей с различиями в модуле объемного сжатия, вязкости, температурном коэффициенте среды и растворимости. Мы углубимся в сравнение сжимаемости различных жидких сред, обычно используемых для гидравлической калибровки, в части II книги «Сжимаемость жидкостей».

Связанные материалы:

Гидравлическое и пневматическое давление при калибровке
Подходит ли любая газовая среда для пневматической калибровки давления?
Чистый, сухой воздух: среда под давлением для производства калибровочного оборудования

Можно ли сжимать гидравлическую жидкость? — EngineerExcel

Гидравлическая жидкость, тип масла, не обязательно является статическим веществом, которое всегда будет реагировать одинаково. Как и большинство других веществ, гидравлические жидкости могут изменяться и перемещаться, иметь примеси примесей и подвергаться воздействию широкого диапазона внешних температур и давлений. Итак, хотя на практике и в большинстве соображений гидравлическая жидкость несжимаема, теоретически ее можно сжимать при экстремальных температурах и давлениях.

Содержание

Является ли гидравлическая жидкость сжимаемой?
Описание гидравлической жидкости
Сжимаемы ли жидкости?
Является ли гидравлическая жидкость менее сжимаемой, чем вода?
Преимущества использования несжимаемых жидкостей в гидравлических системах
Свойства гидравлических жидкостей
- «В самый раз» Вязкость
- Стабильность

Является ли гидравлическая жидкость сжимаемой?

Сжимаемость – это мера жидкости, основанная на изменении объема по отношению к изменению давления при условии, что температура остается постоянной. Это количественная оценка того, насколько жидкость расширяется при пониженном давлении и сжимается при более высоком давлении (по крайней мере, так происходит с жидкостью 9).0014 должен работать ). Поскольку эта мера требует, чтобы температура оставалась неизменной, ее также можно назвать изотермическим изменением.

Способ определения сжимаемости начинается с определения модуля объемной упругости, также известного как «упругость» объема при изменении давления. Это определяется как:

или выражено через плотность жидкости:

где:

K = объемный модуль жидкости9 (Па)0018
V = начальный объем гидравлической жидкости (м ³ )
dP/dV = производная давления по объему (Па/м3)
Δ P = изменение давления (Па)
Δ В = изменение объема (м ³ )
ρ = начальная плотность (кг/м ³ )
dP/dρ = производная давления по плотности (Па-кг/м ³ )
Δ ρ = изменение плотности (кг/м ³ )

Тогда говорят, что величина, обратная этому объемному модулю, является сжимаемостью жидкости. Чем выше объемный модуль, тем ниже коэффициент сжимаемости и тем труднее сжимать вещество.

где:

β = сжимаемость (1/Па)

Так рассчитывается сжимаемость. В общем, большинство газов будут иметь гораздо более высокие коэффициенты сжимаемости, чем жидкости, которые часто достаточно низки, чтобы ими можно было пренебречь. Так как нефть является жидкостью, ее сжимаемость довольно низкая.

Итак, повторим еще раз: чем выше модуль объемного сжатия жидкости, тем ниже коэффициент сжимаемости и тем менее сжимаемой будет жидкость. Масло (в случае гидравлической жидкости) и другие жидкости будут иметь низкие объемные модули, низкие коэффициенты сжимаемости и низкую общую сжимаемость.

Описание гидравлической жидкости

Гидравлическая жидкость используется для передачи механической энергии (также называемой «мощностью» или «работой») от одной части системы к другой. Он широко используется в мире машин, от тормозных систем и гидроусилителя руля в автомобилях до смазки и отвода тепла. Чем менее сжимаема гидравлическая жидкость, тем она более эффективна.

Гидравлическая жидкость в наши дни в основном состоит из различных минеральных масел или синтетических искусственных химикатов. Вода используется в определенных областях применения, но гораздо реже из-за того, что она более подвержена замерзанию или испарению и является гораздо худшей смазкой.

Можно ли сжимать жидкости?

Как обсуждалось выше, жидкости сжимаемы, но не очень сильно. Насколько сильно зависит от внешних условий, таких как давление и температура. Но ее можно сжать, о чем свидетельствует тот факт, что океанская вода на дне моря на самом деле более плотная, чем вода, плавающая на поверхности, с плотностью немногим более 1 кПа (хотя это отчасти связано с более низкой температурой океана). на меньших глубинах).

Но это довольно экстремальный сценарий. При нормальных условиях и температуре вода невероятно устойчива к сжатию. Жидкая вода сожмется всего на 0,024% при повышении давления на 500 кПа. Это примерно в 500 раз больше атмосферного давления только для такого небольшого уменьшения объема!

Итак, на практике жидкости не считаются сжимаемыми, но теоретически они таковыми и являются. Во многом это связано с их молекулярным составом; молекулы жидкостей упакованы гораздо плотнее, чем молекулы газов. Однако по сравнению с твердыми телами молекулы жидкостей относительно «рыхлые», а сжимаемость относительно выше.

Является ли гидравлическая жидкость менее сжимаемой, чем вода?

И гидравлическая жидкость (которая представляет собой масло), и вода совершенно несжимаемы при нормальном давлении, но на самом деле вода здесь является менее сжимаемой жидкостью. Модуль объемного сжатия воды составляет около 2,15 ГПа, тогда как для гидравлической жидкости он немного ниже 1,38 ГПа. Но мы говорим о гигапаскалях, огромное давление!

Так что да, гидравлическая жидкость на самом деле более сжимаема, чем вода. Но обе жидкости плохо сжимаются, особенно в условиях (например, при давлении и температуре) при обычном повседневном использовании. Но гидравлическая жидкость в виде масла имеет и другие преимущества, с которыми не может сравниться вода.

Преимущества использования несжимаемых жидкостей в гидравлических системах

Несжимаемые жидкости необходимо использовать в гидравлических системах именно потому, что они не сжимаются. Если бы сжимаемая жидкость подвергалась воздействию силы давления в гидравлической системе, она бы просто сжималась, а не проталкивалась через любые используемые трубы. Давайте рассмотрим пример.

Допустим, у нас есть тормозная система, в которой отверстие трубки меньше конца. Закон Паскаля гласит, что если давление увеличивается в одной точке замкнутого пространства, то такое же увеличение будет происходить во всех точках.

Если усилие на меньшем конце увеличить, чтобы протолкнуть гидравлическую жидкость через трубку, то это давление увеличится и на большем конце (который теперь прикладывается к большей площади, чтобы выполнить некоторую механическую работу). Если бы гидравлическая жидкость была сжимаемой, давление на другом конце, которое нам нужно, чтобы протолкнуть, или механическая система никогда не поступит! Вместо этого наша гидравлическая жидкость сожмется, объем не будет достаточно большим, чтобы толкать столько, сколько нам нужно.

Есть некоторые опасения по поводу сжатия гидравлической жидкости при высоких температурах. Обычно гидравлическая жидкость и другие жидкости становятся более сжимаемыми при повышении температуры. Один из способов, которым некоторые машины справляются с этим, заключается в том, что гидравлическая жидкость проходит через устройство теплопередачи для охлаждения жидкости, а затем возвращается обратно в систему, чтобы поддерживать ее охлаждение и помогать охлаждать все остальное.

Свойства гидравлической жидкости

Хорошая гидравлическая жидкость должна обладать рядом качеств, помимо того, что она несжимаема. Давайте посмотрим на некоторые из них.

«Правильная» вязкость

Если вязкость гидравлической жидкости слишком высока, она будет слишком густой и ее будет трудно прокачивать через гидравлическую систему.