ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы гидравлики и термодинамики из "Компрессорные и насосные установки" При изучении основ гидравлики и термодинамики мы опираемся на фундаментальные представления тех разделов физики, которые помогут нам лучше освоить и понять принцип работы гидравлических машин. [c.8] Все физические тела состоят из атомов, которые находятся в постоянном движении. Атомы притягиваются на относительно небольшом расстоянии и отталкиваются на относительно близком. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого перемещаются электроны, образуя электронные оболочки. В ядре сосредоточена вся масса атома. Радиус атома, определяемый размерами электронных оболочек, приблизительно равен 10 см. [c.8] Физическая величина — это количественная характеристика свойств физического тела. Любая физическая величина имеет единицу измерения. Единицы измерений физических величин объединяются в системы единиц. [c.8] Почти полтора столетия назад немецкий математик К. Гаусс доказал, что, если выбрать независимые единицы измерений нескольких величин, то на их основе с помощью физических законов можно установить единицы величин, входящих в любой раздел физики. [c.8] Единицы измерений, послужившие основой для выражения других единиц, называются основными единицами системы. Единицы, полученные из основных единиц с помощью физических закономерностей, называются производными единицами системы. [c.8] Единица измерения скорости является производной единицей системы, полученной из основных единиц системы (метра и секунды). [c.9] Аналогичным образом можно получить единицу измерения ускорения, т. е. [c.9] Рассмотренные физические величины (скорость, ускорение, вес) определяются с помощью основных единиц измерения. Все физические величины имеют размерность. Так, единица длины имеет размерность, выраженную в метрах, сантиметрах, миллиметрах, километрах и т. п. Единицы массы можно выразить в граммах, килограммах, тоннах и т. п. Единицы времени выражают в секундах, минутах, часах и т. п. [c.9] Для того чтобы определить соответствие единиц физическим величинам, образованы системы единиц. В 1960 г. была принята Международная система единиц, в основу которой положены шесть основных единиц. Системе было присвоено сокращенное обозначение 5/ (СИ). В СССР Международная система единиц введена с 1 января 1963 г. [c.9] Предусмотрено, что СИ должна применяться как предпочтительная во всех областях науки, техники и народного хозяйства. [c.9] Опишем с позиций атомного строения вещества твердые, жидкие и газообразные тела. Для примера рассмотрим каплю воды, диаметр которой составил бы несколько миллиметров. Если эту каплю увеличить в миллиард раз, то можно увидеть картину, представленную на рис. 1, а. К атому кислорода присоединены два атома водорода (рис. 1, б). Три атома образуют молекулу воды. [c.9] Несмотря на существование молекулярных сил, молекулы воды находятся в постоянном движении. Чем выше температура жидкого тела, тем быстрее движутся его молекулы. При нагреве воды температура ее постоянно возрастает, а скорость движения молекул увеличивается. При этом молекулярные силы могут оказаться недостаточными для удержания молекул. Молекулы могут отрываться и улетучиваться со свободной поверхности. Так образуется водяной пар, который обладает всеми свойствами газов. Это означает, что расстояние между молекулами воды становится значительно больше (рис. 1, г), межмолекулярные силы ослабевают и становятся столь незначительными, что ими можно пренебречь. Газ в этом случае становится сжимаемой средой, его объем уменьшается пропорционально повышению давления. [c.10] Рассмотрим поведение газа, помещенного в цилиндр с поршнем (рис. 2). Для наглядности расположим цилиндр вертикально и будем считать, что поршень имеет массу. Если вся система взаимодействия (поршень — газ) неподвижна, т. е. находится в равновесии, это означает, что суммарная сила ударов молекул газа о поршень равна весу поршня. Если газ, находящийся в цилиндре под поршнем, нагреть, то скорость его молекул увеличится. Следовательно возрастет суммарная сила воздействия их на поршень, которая заставит поршень переместиться вверх. Если суммарную силу воздействия газа на поршень отнести к площади поршня, получим новое понятие — давление. [c.10] Рассмотрим каплю жидкости при понижении ее температуры. Известно, что с уменьшением температуры скорость движения молекул снижается. Влияние молекулярных сил увеличивается, молекулы выстраиваются в определенном порядке (см. рис. 1, в). В этом случае образуется лед с жесткой кристаллической структурой. Это означает, что, если потянуть за один конец кристалла льда, то, сопротивляясь разрыву, начнут двигаться все частички кристалла. В этом проявляется принципиальная разница между твердым веществом, обладающим кристаллической решеткой, и жидкостью, где расстановка молекул в геометрическом порядке невозможна из-за их интенсивного движения. [c.11] Несмотря на то, что лед имеет жесткую кристаллическую структуру, его атомы не находятся в покое, а продолжают перемещаться (колебаться). С повышением температуры амплитуда колебаний возрастает до тех пор, пока не нарушится структура. В этом случае происходит плавление льда. Следует отметить, что при образовании кристаллической решетки льда возникают пустоты , которые при плавлении заполняются молекулами воды, что обусловливает уменьшение объема льда при плавлении. [c.11] Рассмотренный пример фазового превращения капли воды позволяет определить основные отличия твердой, жидкой и газообразной фаз. [c.11] Остановимся подробнее на некоторых физических свойствах жидкостей и газов. [c.11] Жидкости и газы могут легко деформироваться, сохраняя свой объем. Для такой деформации не нужно совершать какую-либо механическую работу. Это означает, что жидкости и газы слабо сопротивляются сдвигу. Для иллюстрации рассмотрим два жидких тела (рис. 3), нагруженных различными силами. [c.11] Значения сжимаемых усилий Fz должны быть значительными, а значения сдвигающих усилий Fx — ничтожно малыми, чтобы объем a = b = = d деформировался и занял бы положения a =b = = d. [c.12] Если предположить, что жидкость или газ однородны, то плотностью р называют отношение массы вещества к его объему, т. е. [c.12] Вернуться к основной статье