2.4. Сжимаемость

Сжимаемость - свойство вещества изменять свой объём при изменении внешнего давления. Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия β_p, который представляет собой относительное изменение объема, приходящееся на единицу давления:

,

единица измерения β_p - [Па^-1].

Знак минус указывает, что при повышении давления объем уменьшается и наоборот.

Коэффициент объёмного сжатия для любой системы зависит от того, является ли процесс адиабатическим или изотермическим. Адиабатическая сжимаемость всегда меньше изотермической.

Данные по сжимаемости используют в расчетах равновесий химических реакций в смесях газов, системах газ-жидкость и газ-твердое тело. Сжимаемость веществ важна в исследованиях работы тепловых машин, эффектов, наблюдаемых при движении твердых тел с большими скоростями в газах и жидкостях, при взрыве и т.п.[1,2,11].

2.5. Температурное расширение

Увеличение температуры приводит к росту объема жидкости. Температурное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения β_t, который представляет собой относительное изменение объема при изменении температуры на один градус

.

Коэффициент объемного расширения имеет размерность [К ⁻¹] .

При изменении температуры и давления в небольших пределах можно принять β_t = const, и тогда объем жидкости при изменении температуры на величину ∆t = (t—t₀) вычисляется по формуле:

,

при этом ,

где V и V₀ - объемы, а ρ и ρ₀ - плотности соответственно при температурах t и t₀ .

На практике необходимо учитывать коэффициент объемного расширения и предотвращать возможность разрушения технологического оборудования, когда жидкость заключена в жесткой замкнутой системе. Возможность подобного разрушения обусловлена разницей в значении температурного коэффициента объемного расширения жидкости и металлов, вследствие чего в замкнутых объемах жидкости при ее нагревании могут возникнуть недопустимо высокие давления [1,2,4-6].

3. Гидростатика

В гидростатике изучается равновесие жидкостей, находящихся, в общем случае, в состоянии относительного покоя, при котором в движущейся жидкости ее частицы не перемещаются друг относительно друга. При этом силы внутреннего трения отсутствуют, что позволяет считать жидкость идеальной.

В состоянии относительного покоя форма объема жидкости не изменяется, и она, подобно твердому телу, перемещается как единое целое.

На неподвижную жидкость действуют поверхностные и массовые силы. В результате действия этих сил в жидкости возникает напряжение сжатия называемое гидростатическим давлением или просто давлением. Силы гидростатического давления, возникающего в жидкости, приводят к сохранению ее равновесия. Давление жидкости у поверхности раздела определяют по формуле

_,

где р – гидростатическое давление,

F – поверхностная сила давления,

S – площадь поверхности раздела.

Под внешней поверхностью жидкости понимают поверхность раздела жидкости с газообразной средой, твердыми телами, а также поверхность объема, мысленно выделенного из общего объема жидкости. Давление жидкости распределяется по всему объему.

Гидростатическое давление в жидкости имеет следующие основные свойства:

1) гидростатическое давление действует по внутренней нормали к рассматриваемой площадке;

2) в любой точке внутри жидкости гидростатическое давление по всем направлениям одинаково, т. е. давление не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует в данной точке: следствие 2-го свойства: гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.