Основные свойства жидкости: какие физические свойства имеет жидкость / справочник

Оглавление

Теоретические модели

Вириальное уравнение особенно полезно для описания причин неидеальности на молекулярном уровне (очень немногие газы являются одноатомными), поскольку оно выводится непосредственно из статистической механики:

Zзнак равно1+BVм+CVм2+DVм3+…{\ displaystyle Z = 1 + {\ frac {B} {V _ {\ mathrm {m}}}} + {\ frac {C} {V _ {\ mathrm {m}} ^ {2}}} + {\ frac {D} {V _ {\ mathrm {m}} ^ {3}}} + \ точки}

Где коэффициенты в числителе известны как вириальные коэффициенты и являются функциями температуры.

Вириальные коэффициенты учитывают взаимодействия между последовательно увеличивающимися группами молекул. Например, учитывает взаимодействия между парами, взаимодействия между тремя молекулами газа и т. Д. Поскольку взаимодействия между большим числом молекул редки, вириальное уравнение обычно сокращается после третьего члена.
B{\ displaystyle B}C{\ displaystyle C}

Когда предполагается такое усечение, коэффициент сжимаемости связан с потенциалом межмолекулярных сил φ следующим образом:

Zзнак равно1+2πNАVм∫∞(1-exp⁡(φkТ))р2dр{\ displaystyle Z = 1 + 2 \ pi {\ frac {N _ {\ text {A}}} {V _ {\ text {m}}}} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ left (1- \ exp \ left ({\ frac {\ varphi} {kT}} \ right) \ right) r ^ {2} dr}

В статье о реальном газе представлены более теоретические методы расчета коэффициентов сжимаемости.

Приборы для определения сжимаемости

Исследования и определение вида грунта проводятся с помощью компрессионных приборов, одометров.

По результатам бокового давления, объему выделенной жидкости в водонасыщенных почвах определяют: коэффициент уплотнения, модуль деформации, структурную прочность.

Второй прибор, определяющий степень деформации, – стабилометр. Устройство представляет собой цилиндрическую камеру. Различают стабилометры с вертикальной или горизонтальной нагрузкой.

Минус лабораторных исследований в том, что нарастание давления в приборах происходит быстрее, чем в естественной среде. Это дает несколько завышенные показатели.

Давление в жидкости

Нормальная сила F называется силой давления и вызывает в жидкости нормальные напряжения сжатия, которые определяются отношением:

Нормальные напряжения, возникающие в жидкости под действием внешних сил, называются гидромеханическим давлением или просто давлением.

Системы отсчета давления

Рассмотрим системы отсчета давления. Важным при решении практических задач является выбор системы отсчета давления (шкалы давления). За начало шкалы может быть принят абсолютный нуль давления. При отсчете давлений от этого нуля их называют абсолютными — P_абс.

Однако, как показывает практика, технические задачи удобнее решать, используя избыточные давления P_изб, т.е. когда за начало шкалы принимается атмосферное давление.

Давление, которое отсчитывается «вниз» от атмосферного нуля, называется давлением вакуума P_вак, или вакуумом.

где P_атм — атмосферное давление, измеренное барометром.

Связь между абсолютным давлением P_абс и давлением вакуума P_вак можно установить аналогичным путем:

И избыточное давление, и вакуум отсчитываются от одного нуля (P_атм), но в разные стороны.

Таким образом, абсолютное, избыточное и вакуумное давления связаны и позволяют пересчитать одно в другое.

Единицы измерения давления

Практика показала, что для решения технических (прикладных) задач наиболее удобно использовать избыточные давления. Основной единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), который равен давлению, возникающему при действии силы в 1 Н на площадь размером 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2).

Однако чаще используются более крупные единицы: килопаскаль (1 кПа = 10 3 Па) и мегапаскаль (1 МПа = 10 6 Па).

В технике широкое распространение получила внесистемная единица — техническая атмосфера (ат), которая равна давлению, возникающему при действии силы в 1 кгс на площадь размером 1 см 2 (1 ат = 1 кгс/см 2 ).

Соотношения между наиболее используемыми единицами следующие:

10 ат = 0,981 МПа ≈ 1 МПа или 1 ат = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

В зарубежной литературе используется также единица измерения давления бар

В каких ещё единицах измеряется давление, можно посмотреть здесь

Рассмотрим некоторые свойства жидкостей, которые оказывают наиболее существенное влияние на происходящие в них процессы и поэтому учитываются при расчетах гидравлических систем.

Коэффициент — объемное сжатие

Знак минус поставлен для того, чтобы коэффициент объемного сжатия жидкости был положительной величиной. В самом деле, при увеличении давления ( dp 0) объем жидкости уменьшается ( dVx 0) и наоборот, то есть дифференциалы в числителе и знаменателе равенства (19.22) имеют разные знаки. Коэффициент объемного сжатия жидкости обычно считается универсальной постоянной, то есть считается, что он не зависит ни от температуры, ни от давления, но для разных жидкостей он принимает разные значения.

При нагревании такого сосуда вследствие очень малого значения коэффициента объемного сжатия жидкого хлора в нем резко возрастает давление, которое во много раз превышает расчетное. Резкий рост давления внутри сосуда является причиной гидравлического разрыва его обечайки и других конструктивных элементов. Происходит выброс хлора в атмосферу и отравление людей.

Объемная деформация воды под действием сил давления характеризуется коэффициентом объемного сжатия pw 5 — 10 — 8 для давлений 1 — 500 am и коэффициентом температурного расширения рг: ( 14 -: — 719) 10 — 6 для интервала температур 0 ч — 100 С. Поэтому при рассмотрении движения воды в трещиноватой среде для обычно встречающихся в инженерной практике колебаний давлений и температур изменяемость объема воды весьма мала; и ею практически можно пренебречь.

Нельзя, однако, изменить характер зависимости, например, коэффициента объемного сжатия ( при постоянной температуре) от давления, изменяя единицы, в которых измеряются объем и давление. Если этот коэффициент уменьшается с увеличением давления при одном каком-нибудь выборе единиц, то он будет уменьшаться и при любом другом выборе их. Тогда надо ответить на вопрос, возникший фактически с момента изобретения термометра Галилеем: чем отличается измерение температуры от измерения такой величины, как, например, объем.

Модулем объемной упругости жидкости / С называется величина, обратная коэффициенту объемного сжатия.

Очевидно, что модуль объемной упругости — К является обратной величиной коэффициента объемного сжатия.

Винтовой пресс Рухгольца для тарировки пружинных манометров работает на масле с коэффициентом объемного сжатия р 6 25 10 — 5 см2 / кг.

Величина получаемых давлений пропорциональна мощности, обратно пропорциональна длительности импульса и зависит от коэффициента объемного сжатия жидкости. Средой для получения электрогидравлического эффекта может служить любая жидкость; наиболее удобной является техническая вода.

Найти приближенное значение частоты со первого тона вертикальных колебаний жидкости в трубе, если коэффициент объемного сжатия последней равен / ill / M J, а труба имеет круговое поперечное сечение площадью S. Считать, что амплитуды перемещений частиц жидкости по вертикали и изменяются но линейному закону ( смотри зпюру), растеканием жидкости в радиальном направлении пренебречь.

Поскольку непосредственное измерение сжимаемости жидкости в процессе испытаний затруднительно, НАТИ предложил методику определения коэффициента объемного сжатия по результатам специальных экспериментов. Так, при испытании гидромотора объем жидкости в под-поршневом пространстве, сжатый до рабочего давления, в конце рабочего хода поршня подключается к сливной магистрали с низким давлением и расширяется.

Здесь Ь, у-структурные параметры породы, зависящие от коэффициентов Юнга и Пуассона, коэффициентов объемного сжатия кварца и цемента породы, объемного содержания кварца и цемента породы, коэффициента пористости на контуре пласта; р, рк — текущее и контурное давление соответственно; kK — коэффициент проницаемости внешней границы.

Сжимаемостью называют способность жидкости изменять свою плотность при изменении давления или температуры; она характеризуется коэффициентом объемного сжатия Э1 / ( / Ср 273) ijepad. Если плотность при движении жидкости или газа не изменяется, то жидкость называют несжимаемой.

Для некоторых материалов, например глины, при деформации всестороннего сжатия между сжимающим давлением р и коэффициентом объемного сжатия 0 — div w также получается аналогичная зависимость.

Физически коэффициент объемного расширения fip показывает относительное изменение объема при изменении температуры на 1 С, а коэффициент объемного сжатия 3СЖ — относительное изменение объема при изменении давления на 0 1 МПа.

Относительное изменение объема жидкости при увеличении давления на 1 кг на каждый квадратный сантиметр ее поверхности характеризуется коэффициентом объемного сжатия ри.

Определение и физическое значение

Графическое представление поведения газов и того, как это поведение связано с коэффициентом сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости часто определяется в термодинамике и технике как:

Zзнак равнопρрспецифическийТ,{\ displaystyle Z = {\ frac {p} {\ rho R _ {\ text {specific}} T}},}

где p — давление, — плотность газа, — , являющаяся молярной массой , а — ( шкала Кельвина или Ренкина ).
ρ{\ displaystyle \ rho}рспецифическийзнак равнорM{\ displaystyle R _ {\ text {specific}} = {\ frac {R} {M}}}M{\ displaystyle M}Т{\ displaystyle T}

В статистической механике описание таково:

Zзнак равнопVпрТ{\ displaystyle Z = {\ frac {pV} {nRT}}}

где p — давление, n — количество молей газа, — абсолютная температура , — газовая постоянная .
Т{\ displaystyle T}р{\ displaystyle R}

Для идеального газа коэффициент сжимаемости определяется по определению. Во многих реальных приложениях требования к точности требуют учета отклонений от поведения идеального газа, т. Е. От поведения реального газа . Значение обычно увеличивается с давлением и уменьшается с температурой. При высоких давлениях молекулы сталкиваются чаще. Это позволяет силам отталкивания между молекулами оказывать заметное влияние, делая молярный объем реального газа ( ) больше, чем молярный объем соответствующего идеального газа ( ), что приводит к превышению единицы. Когда давление ниже, молекулы могут двигаться. В этом случае преобладают силы притяжения, составляющие . Чем ближе газ к критической точке или точке кипения, тем больше отклонений от идеального.
Zзнак равно1{\ displaystyle Z = 1}Z{\ displaystyle Z}Vм{\ Displaystyle V _ {\ mathrm {m}}}(Vм)идеальный газзнак равнорТп{\ displaystyle (V _ {\ mathrm {m}}) _ {\ text {идеальный газ}} = RT / p}Z{\ displaystyle Z}Z<1{\ Displaystyle Z <1}Z{\ displaystyle Z}

Летучесть

Коэффициент сжимаемости связан с летучестью соотношением

жзнак равнопexp⁡(∫Z-1пdп){\ displaystyle f = P \ exp \ left (\ int {\ frac {Z-1} {P}} dP \ right)}

Вязкость

Вязкость — это способность жидкости сопротивляться сдвигу, т. е. свойство, обратное текучести (более вязкие жидкости являются менее текучими). Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения).

Рассмотрим слоистое течение жидкости вдоль стенки (рисунок)

В этом случае происходит торможение потока жидкости, обусловленное ее вязкостью. Причем скорость движения жидкости в слое тем ниже, чем ближе он расположен к стенке. Согласно гипотезе Ньютона касательное напряжение, возникающее в слое жидкости на расстоянии у от стенки, определяется зависимостью:

Закон трения Ньютона

где dv/dy — градиент скорости, характеризующий интенсивность нарастания скорости v при удалении от стенки (по оси у), μ ‑ динамическая вязкость жидкости.

Течения большинства жидкостей, используемых в гидравлических системах, подчиняются закону трения Ньютона, и их называют ньютоновскими жидкостями.

Однако следует иметь в виду, что существуют жидкости, в которых закон Ньютона в той или иной степени нарушается. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Величина μ, входящая в формулу (динамическая вязкость жидкости), измеряется в Па⋅с либо в пуазах 1 П = 0.1 Па⋅с. Пуа́з (обозначение: П, до 1978 года пз; международное — P; от фр. poise) — единица динамической вязкости в системе единиц СГС. Один пуаз равен вязкости жидкости, оказывающей сопротивление силой в 1 дину взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и взаимно перемещающихся с относительной скоростью 1 см/с.

Единица названа в честь Ж. Л. М. Пуазёйля. Пуаз имеет аналог в системе СИ — паскаль-секунда (Па·c).

Вода при температуре 20 °C имеет вязкость 0,01002 П, или около 1 сантипуаза.

Однако на практике более широкое применение нашла

Кинематическая вязкость:

Единицей измерения последней в системе СИ является м2/с или более мелкая единица — см2/с, которую принято называть стоксом, 1 Ст = 1 см2/с. Для измерения вязкости также используются сантистоксы: 1 сСт = 0,01 Ст.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов — растет (см. рисунок).

Это объясняется тем, что в капельных жидкостях, где молекулы расположены близко друг к другу, вязкость обусловлена силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает. В газах молекулы располагаются значительно дальше друг от друга. Вязкость газа зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. С ростом температуры эта интенсивность растет и вязкость газа увеличивается.

Вязкость жидкостей зависит также от давления, но это изменение незначительно, и в большинстве случаев его не учитывают.

Давление в жидкости

Системы отсчета давления

где P_атм — атмосферное давление, измеренное барометром.

Связь между абсолютным давлением P_абс и давлением вакуума P_вак можно установить аналогичным путем:

И избыточное давление, и вакуум отсчитываются от одного нуля (P_атм), но в разные стороны.

Таким образом, абсолютное, избыточное и вакуумное давления связаны и позволяют пересчитать одно в другое.

Единицы измерения давления

Однако чаще используются более крупные единицы: килопаскаль (1 кПа = 103 Па) и мегапаскаль (1 МПа = 106 Па).

Соотношения между наиболее используемыми единицами следующие:

10 ат = 0,981 МПа ≈ 1 МПа или 1 ат = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

В зарубежной литературе используется также единица измерения давления бар

(1 бар = 105 Па).

В каких ещё единицах измеряется давление, можно посмотреть здесь

Отрицательная сжимаемость

Для обычных материалов объемная сжимаемость (сумма линейных сжимаемостей по трем осям) положительна, то есть увеличение давления сжимает материал до меньшего объема. Это условие необходимо для механической устойчивости. Однако в очень определенных условиях материалы могут демонстрировать отрицательную сжимаемость. Типы материалов, которые могут обладать такими свойствами, — это материалы, созданные человеком, которые состоят из микромеханических элементарных ячеек, состоящих из небольших рычагов, шарниров и шарниров, окруженных открытым пространством, и в которых система рычагов приводит к сжатию в одном направлении, если сжимающая сила прилагается в противоположном (-ых) направлении (-ях).

1. ВОДА КАК ВЕЩЕСТВО, ЕЕ МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА И ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ

Вода — это простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом. По своей химической природе—это оксид (окись) водорода Н₂О. В чистом виде вода — вещество бесцветное, не имеющее ни вкуса, ни запаха.

Молекула воды несимметрична: три ядра образуют равнобедренный треугольник с двумя ядрами водорода в основании и ядром кислорода в вершине.

Атом кислорода в молекуле воды присоединяет к себе два электрона, отнятых от атомов водорода, и тем самым приобретает отрицательный заряд.

Оба атома водорода, лишенные электронов, становятся положительно заряженными протонами. Молекула воды поэтому образует электрический диполь.

Полярное строение воды и возникающее в воде электрическое поле обусловливают большую диэлектрическую проницаемость воды— величину, показывающую, во сколько раз силы взаимодействия электрических зарядов уменьшаются в воде по сравнению с силами их взаимодействия в вакууме. Высокая диэлектрическая проницаемость воды предопределяет большую ее ионизирующую способность, т. е. способность расщеплять молекулы других веществ, что обусловливает сильное растворяющее действие воды.

Переход от полностью упорядоченной рыхлой молекулярной структуры, свойственной льду, к более плотной структуре, свойственной воде в жидком состоянии, не происходит мгновенно в процессе плавления льда, а продолжается и в жидкой воде.

При повышении температуры наряду с упомянутым уплотнением «упаковки» молекул происходит и свойственное всем веществам увеличение объема воды вследствие роста интенсивности теплового движения молекул. В диапазоне повышения температуры от 0 до 4 °С преобладает процесс уплотнения воды, при температуре выше 4°С — тепловое расширение, поэтому вода обладает «аномальным» свойством — наибольшей плотностью не при температуре плавления, а при 4°С.

Водород и кислород имеют несколько природных изотопов:

1Н — «обычный» водород),

2Н — «тяжелый» водород, или дейтерий),

3Н — радиоактивный «сверхтяжелый» водород, или тритий).

16О, 17О, 18О. Поэтому и сама вода имеет переменный изотопный состав.

Природная вода — это смесь вод разного изотопногосостава.

Наиболее распространена вода, состоящая из изотопов 1Н и 16О – «обычная» вода, доля других изотопных видов воды ничтожна — менее 0,27 %. Приведенные в дальнейшем сведения относятся только к «обычной» воде.

Одна из главных причин, приводящих к различию изотопного состава природных вод,— процесс испарения.

В результате испарения происходит некоторое обогащение воды более тяжелыми изотопами, а в результате конденсации — более легкими.

Поэтому поверхностные воды, формирующиеся атмосферными осадками, содержат «тяжелого» водорода (3Н) и «тяжелого» кислорода (18О) меньше, чем океанические воды.

Растворимость газов

Многие жидкости способны растворять в себе газы. Эта способность характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, различается для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Генри прямо пропорциональным давлению, то есть:

где V_г — объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям (p, Т);V_ж — объем жидкости;k — коэффициент растворимости;р — давление жидкости.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20°С:

вода	0,016
керосин	0,13
минеральные масла	0,08
жидкость АМГ-10	0,1

При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворяется в ней. Это явление может отрицательно сказывается на работе гидросистем.

Коэффициент объемного расширения воды – Справочник химика 21

Р—коэффициент объемного расширения воды

Приложение 46 Коэффициент объемного расширения воды 0=/(i)

Рис 50 Зависимость двух компонент коэффициента объемного расширения воды от температуры

Опыт показывает, что коэффициент объемного расширения воды гораздо больше, чем льда. По данным В. А. Михайлова, для льда = 1,5- Ю град , тогда как для воды р = 2,74- 10″ град”. Возможно, что молекулы Н2О, перешедшие в полости структуры льда, несколько расширяют тетраэдрический каркас изнутри.

Коэффициент объемного расширения. Сжиженные газы в отличие от большинства жидкостей имеют очень высокий коэффициент объемного расширения. Например, коэффициент объемного расширения многих сжиженных газов примерно в десять раз больше коэффициента объемного расширения воды.

Коэффициент объемного расширения воды в температурном интервале от 273 до 310° К равен 2,07 -Ю град . Коэффициент объемного расширения большинства органических жидкостей в 2—5 раз больше коэффициента объемного расширения воды. Следовательно, если допустимая ошибка в измерении плотности не превышает 0,001 г см , то необходимо поддерживать постоянство температуры в пределах Г.

Коэффициент объемного расширения воды в температурном интервале от 273 до 310° К, равен 2,07 Ю град . Коэффициент объемного расширения большинства органических жидкостей в 2 —5 раз больше коэффициента объемного расширения воды. Следовательно, если допу стимая оишбка в измерении плотности не превышает 0,001 г см то необходимо поддерживать постоянство температуры в пределах Г” Плотность растворов является функцией концентрации. Если ком поненты смешиваются без изменения объема при всех концентрациях то зависимость плотности от концентрации — линейная.

Коэффициент объемного расширения воды в диапазоне температур 22— 28° (Среднюю разность температур принимаем, исхоля из температуры стенки, равной 47°. Отсюда Д/= 47 — 25 = 22°

Здесь п — коэффициент объемного расширения воды, с — ее теплоемкость и g — ускорение в поле тяжести. С другой стороны, как будет показано далее (см. гл. IV, 5), потеря тепла на подогревание воздуха пропорциональна разности температур между поверхностной водой и воздухом, соприкасаю-щимся с ней. В свою очередь, на основании теории муссонного поля, можно вычислить эту разность температур для различных районов моря, по-разному удаленных от береговой линии.

Относительная плотность

Вода и воздух — самые важные жидкости для жизни, поэтому они служат ориентиром друг для друга.

В жидкостях относительная плотность определяется как отношение массы части жидкости к массе равного объема воды (дистиллированной) при 4 ºC и давлении в 1 атмосферу.

На практике он рассчитывается путем деления плотности жидкости на плотность воды в этих условиях (1 г / см3 или 1000 кг / м3), поэтому относительная плотность — безразмерная величина.

Обозначается как ρ_р или sg для удельный вес, что переводится как удельный вес, другое название относительной плотности:

sg = ρ_{жидкость}/ ρ_вода

Например, вещество с sg = 2,5 в 2,5 раза тяжелее воды.

Для газов относительная плотность определяется таким же образом, но вместо использования воды в качестве эталона используется плотность воздуха, равная 1225 кг / м 2.3 при давлении 1 атмосфера и 15 ºC.

Аэродинамика

Сжимаемость — важный фактор аэродинамики . На низких скоростях сжимаемость воздуха не имеет значения по сравнению с конструкцией самолета , но по мере того, как воздушный поток приближается к скорости звука и превышает ее, в конструкции самолета становится важным множество новых аэродинамических эффектов. Эти эффекты, часто по несколько одновременно, сильно затрудняли достижение самолетами эпохи Второй мировой войны скоростей, намного превышающих 800 км / ч (500 миль / ч).

Многие эффекты часто упоминаются вместе с термином «сжимаемость», но обычно имеют мало общего со сжимаемостью воздуха. С чисто аэродинамической точки зрения этот термин должен относиться только к тем побочным эффектам, которые возникают в результате изменений воздушного потока от несжимаемой жидкости (по действию схожей с водой) на сжимаемую жидкость (действующую как газ) в качестве газа. скорость звука приближается. В частности, есть два эффекта: волновое сопротивление и критическая маш .

Одно осложнение возникает в гиперзвуковой аэродинамике, где диссоциация вызывает увеличение «условного» молярного объема, потому что моль кислорода, как O ₂ , становится 2 молями одноатомного кислорода, а N ₂ аналогично диссоциирует до 2 N. Поскольку это происходит динамически, как воздух. Обтекает аэрокосмический объект, удобнее изменять коэффициент сжимаемости Z , определенный для начальных 30 грамм-моль воздуха, а не отслеживать изменяющуюся среднюю молекулярную массу миллисекунду за миллисекундой. Этот зависимый от давления переход происходит для атмосферного кислорода в диапазоне температур 2 500–4 000 К и в диапазоне 5 000–10 000 К для азота.

В переходных областях, где эта зависящая от давления диссоциация является неполной, значительно возрастают как бета (отношение перепада объема / давления), так и дифференциальная теплоемкость при постоянном давлении. При умеренном давлении, выше 10 000 К, газ далее диссоциирует на свободные электроны и ионы. Z для образовавшейся плазмы можно аналогичным образом вычислить для моля исходного воздуха, получив значения от 2 до 4 для частично или однократно ионизированного газа. Каждая диссоциация поглощает много энергии в обратимом процессе, и это значительно снижает термодинамическую температуру гиперзвукового газа, замедленного вблизи аэрокосмического объекта. Ионы или свободные радикалы, переносимые на поверхность объекта путем диффузии, могут высвободить эту дополнительную (нетепловую) энергию, если поверхность катализирует более медленный процесс рекомбинации.

Фугитивность

Фугитивность — это давление реального
газа, свойства которого выражены
уравнением состояния идеального газа.
Фугитивностью пользуются при расчетах
равновесных паровой и жидкой фаз и
числовых значений констант фазового
равновесия.

Для равновесной
системы, согласно законам Рауля и
Дальтона,

(34)

откуда

гдеР
— давление насыщенных паров чистого
компонента, Па; х’
— мольная концентрация компонента в
жидкой фазе, %, мол; П
— давление в системе, Па; у’
— мольная концентрация компонента в
паровой фазе, %, мол; k
— константа фазового равновесия
(Приложения
10 и 11).

Для
идеальной системы значение k
равно отношению давления насыщенных
паров данного компонента к давлению в
системе и характеризует распределение
данного компонента между паровой и
жидкой фазами. Для реальных систем
константа фазового равновесия, вычисленная
этим методом, не дает вполне
удовлетворительных результатов.

Для
реальных газов и растворов давление
насыщенных паров Р
и давление в системе П
заменяют соответственно фугитивностью
жидкости
и паров .
Уравнение (34) приобретает вид

а константа фазового
равновесия равна

(35)

Фугитивность
характеризует степень отклонения
свойств реального газа от идеального
в случае изотермического процесса. При
низких давлениях и высоких температурах
реальный газ приближается к состоянию
идеального газа, а величина f
— к величине Р.
Фугитивность имеет ту же размерность,
что и давление. Отношение фугитивности
к давлению называется коэффициентом
активности

(36)

Для
идеального газа .

Установлено,
что коэффициент активности является
функцией приведенных температуры и
давления. Поэтому значение фугитивности
можно определить, пользуясь графиком
(рис. 9). По приведенной температуре Т_при приведенному
давлению Р_пр
находят коэффициент активности. Затем,
подставляя в уравнение (36) давление
насыщенных паров Р
или давление системы П,
получают соответственно фугитивность
жидкости или паров.

Для
точных расчетов константы фазового
равновесия, когда жидкий компонент
находится не под давлением Р
своих насыщенных паров, а под любым
другим давлением, фугитивность этого
компонента в жидкой фазе находят по
формуле

(37)

где— фугитивность
жидкости при давлении в системе П
и давлении насыщенных паров Р
соответственно, Па; V_ж
— мольный объем компонента, л/моль,
м3/кмоль;П
— давление в системе, Па; Р
— давление насыщенных паров чистого
компонента, Па; R
— универсальная газовая постоянная,
КДж/(кмольК);Т
— температура системы, К.

Пример 15.Определить
фугитивность паров узкой бензиновой
фракции (М = 100), находящейся при 400°С
и 4,55 МПа. Критические параметры фракцииt_кр= 321°С иР_кр= 3,72 МПа.

Наука о планете Земля

Вертикальные, дренированные сжимаемости
Материал	κТ{\ displaystyle \ kappa _ {T}}(м 2 / Н или Па -1 )
Пластиковая глина	2 × 10 −6 -2,6 × 10 −7
Жесткая глина	2,6 × 10 −7 -1,3 × 10 −7
Глина средней твердости	1,3 × 10 −7 -6,9 × 10 −8
Рыхлый песок	1 × 10 −7 -5,2 × 10 −8
Плотный песок	2 × 10 −8 -1,3 × 10 −8
Плотный песчаный гравий	1 × 10 −8 -5,2 × 10 −9
Этиловый спирт	1,1 × 10 −9
Сероуглерод	9,3 × 10 −10
Скала трещиноватая	6,9 × 10 −10 -3,3 × 10 −10
Вода при 25 ° C (без дренажа)	4,6 × 10 –10
Рок, звук	< 3,3 × 10 −10
Глицерин	2,1 × 10 −10
Меркурий	3,7 × 10 −11

В Науки о Земле используют сжимаемость для количественной оценки способности почвы или породы , чтобы уменьшить в объеме при приложении давления. Эта концепция важна для конкретного хранилища при оценке запасов подземных вод в замкнутых водоносных горизонтах . Геологические материалы состоят из двух частей: твердых тел и пустот (или таких же, как пористость ). Пустое пространство может быть заполнено жидкостью или газом. Геологические материалы уменьшаются в объеме только тогда, когда уменьшаются пустоты, которые вытесняют жидкость или газ из пустот. Это может произойти в течение определенного периода времени, что приведет к урегулированию спора .

Это важное понятие в геотехнической инженерии при проектировании определенных структурных оснований. Например, строительство высотных сооружений над нижележащими слоями сильно сжимаемого бурового раствора создает значительные конструктивные ограничения и часто приводит к использованию забивных свай или других инновационных методов.

Сжимаемость — вода

Свойство сжимаемости воды не имеет практического значения, поэтому в рассматриваемом явлении воду можно считать несжимаемой.

Коэффициент сжимаемости воды, т.е. изменение единицы объема ее при изменении давления на 0 1 МПа в пластовых условиях, находится в пределах 3 7 — 10 — т — 5 — 10 1 / 0 1 МПа в зависимости от температуры и абсолютного давления. Содержание в воде растворенного газа повышает ее сжимаемость.

Коэффициент сжимаемости воды зависит также от количества растворенного в ней газа.

Например, сжимаемость воды 0 47 — 10 — 9 Па 1; бензина 0 82 — 10 — 9 Па 1, глицерина 0 22 — 10 — 9 Па 1, ацетона 1 27 — 10 — 9 Па 1, т.е. сжимаемость жидкостей в тысячи раз меньше, чем газов.

Соотношения между упругими постоянными.

Если коэффициент сжимаемости воды равен 4 5 — 10 — 10 Па 1, каков пик плотности энергии.

Зависимость коэффициентов объемного упругого расширения чистой воды 0 от температуры при различных пластовых давлениях.| Зависимость абсолютной вязкости воды от температуры. 1 — для чистой воды, 2 для воды, содержащей 60 г / л солей.| Вязкость воды при высоких температурах и давлениях.

Учет эффекта сжимаемости воды имеет весьма существенное значение при решении задач подземной гидравлики, связанных с разработкой нефтяных и газовых месторождении в условиях упругого режима.

Изложенные взгляды на сжимаемость воды соответствуют изотопному сдвигу кривой сжимаемость — температура для тяжелой воды.

Зависимость молярного объема воды от давления.

Следовательно, пренебрегать сжимаемостью воды при таких давлениях уже нельзя, хотя вода является малосжимаемой жидкостью: меньшей сжимаемостью среди жидкостей при комнатной температуре обладают лишь ртуть и глицерин.

Манометр, основанный на сжимаемости воды, представляет собой стеклянный шар, наполненный водой и подверженный двустороннему давлению. К шару присоединен стеклянный капилляр с ртутью, находящийся под измеряемым давлением. Ртуть вгоняет в шар воду и передвигается в капилляре, причем ее положение определяют по сопротивлению платиновой проволоки, натянутой в капилляре. Этот манометр также неудобен. Он позволяет измерять давления, для которых имеются данные о сжимаемости воды. В показания таких манометров необходимо вводить поправку на всестороннее сжатие стекла. Кроме того, точность прибора снижается вследствие дробления ртути на проволоке.

Давление здесь указано вследствие сжимаемости воды.

Манометр, основанный на сжимаемости воды, представляет собой стеклянный шар, наполненный водой и подверженный двухстороннему давлению. К шару присоединен стеклянный капилляр, наполненный ртутью, находящейся под измеряемым давлением. Ртуть вгоняет в шар воду и передвигается в капилляре, причем ее положение определяют по сопротивлению платиновой проволоки, натянутой в капилляре. Этот манометр также неудобен. Измеряемые им давления ограничены пределом, до которого известны данные о сжимаемости воды. При пользовании таким манометром требуется введение поправки на коэффициент всестороннего сжатия стекла. Показания его искажаются вследствие дробления ртути на проволоке.

Растворенные соли существенно снижают сжимаемость воды.

Основные свойства жидкости: какие физические свойства имеет жидкость

Теоретические модели

Приборы для определения сжимаемости

Давление в жидкости

Коэффициент — объемное сжатие

Определение и физическое значение

Летучесть

Вязкость

Давление в жидкости

Отрицательная сжимаемость

1. ВОДА КАК ВЕЩЕСТВО, ЕЕ МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА И ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ

Растворимость газов

Коэффициент объемного расширения воды – Справочник химика 21

Относительная плотность

Аэродинамика

Фугитивность

Наука о планете Земля

Сжимаемость — вода

Похожие записи: