Плотность бензина в зависимости от температуры таблица: зависимость плотности нефтепродуктов от температуры | ТДХИМ

Содержание

зависимость плотности нефтепродуктов от температуры | ТДХИМ

Таблица поправок плотности нефтепродуктов в зависимости от температуры
Плотность при 20 °С Температурная поправка на 1 °С Плотность при 20 °С Температурная поправка на 1 °С
0,6500–0,6590 0,000962 0,8300–0,8399 0,000725
0,6600–0,6690 0,000949 0,8400–0,8499 0,000712
0,6700–0,6790 0,000936 0,8500–0,8599 0,000699
0,6800–0,6890 0,000925 0,8600–0,8699 0,000686
0,6900–0,6999 0,000910 0,8700–0,8799 0,000673
0,7000–0,7099 0,000897 0,8800–0,8899 0,000660
0,7100–0,7199 0,000884 0,8900–0,8999 0,000647
0,7200–0,7299 0,000870 0,9000–0,9099 0,000633
0,7300–0,7399 0,000857 0,9100–0,9199 0,000620
0,7400–0,7499 0,000844 0,9200–0,9299 0,000607
0,7500–0,7599 0,000831 0,9300–0,9399 0,000594
0,7600–0,7699 0,000818 0,9400–0,9499 0,000581
0,7700–0,7799 0,000805 0,9500–0,9599 0,000567
0,7800–0,7899 0,000792 0,9600–0,9699 0,000554
0,7900–0,7999 0,000778 0,9700–0,9799 0,000541
0,8000–0,8099 0,000765 0,9800–0,9899 0,000528
0,8100–0,8199 0,000752 0,9900–1,0000 0,000515
0,8200–0,8299 0,000738

Для определения плотности нефтепродукта при данной температуре, необходимо:

  1. найти по паспортным данным плотность нефтепродукта при +20 °С;
  2. измерить среднюю температуру нефтепродуктов в цистерне;
  3. определить разность между +20 °С и средней температурой продукции нефтехимии;
  4. по графе температурной поправки найти поправку на 1 °С, соответствующую плотность данного продукта при +20 °С;
  5. умножить температурную поправку плотности на разность температур;
  6. полученное в п. «д» произведение вычесть из значения плотности при +20 °С, если средняя температура нефтепродукта в цистерне выше +20 °С, или прибавить это произведение, если температура продукта ниже +20 °С.

Пример №1

Плотность нефтепродукта при +20 °С, по данным паспорта 0,8240. Температура нефтепродукции в цистерне +23 °С. Определить по таблице плотность нефтепродукта при этой температуре.

Находим:

  1. разность температур 23 °С – 20 °С = 3 °С;
  2. температурную поправку на 1 °С по таблице для плотности 0,8240, составляющую 0,000738;
  3. температурную поправку на 3 °С: 0,000738 × 3 = 0,002214, или округленно 0,0022;
  4. искомую плотность нефтепродукта при температуре +23 °С (поправку нужно вычесть, так как температура груза в цистерне выше +20 °С), равную 0,8240 – 0,0022 = 0,8218, или округленно 0,8220.

Пример №2

Плотность нефтепродукта при +20 °С, по данным паспорта, 0,7520. Температура груза в цистерне –12 °С. Определить плотность нефтепродукта при этой температуре.

Находим:

  1. разность температур +20 °С – ( –12 °С) = 32 °С;
  2. температурную поправку на 1 °С по таблице для плотности 0,7520, составляющую 0,000831;
  3. температурную поправку на 32 °С, равную 0,000831 × 32 = 0,026592, или округленно 0,0266;
  4. искомую плотность нефтепродукта при температуре –12 °С (поправку нужно прибавить, так как температура груза в цистерне ниже +20 °С), равную 0,7520 + 0,0266 = 0,7786, или округленно 0,7785.

Таблица температурных поправок

Расчет плотности нефтепродуктов

Для того чтобы определить при помощи этой таблицы плотность нефтепродукта при данной температуре, необходимо:

а) найти по паспорту плотность нефтепродукта при +20oС;
б) измерить среднюю температуру груза в цистерне;
в) определить разность между +20oС и средней температурой груза;
г) в Таблице 1 по графе температурной поправки найти поправку на 1oС, соответствующую плотность данного продукта при +20oС;
д) умножить температурную поправку плотности на разность температур;

е) полученное в п. "д" произведение вычесть из значения плотности при +20oС, если средняя температура нефтепродукта в цистерне выше +20oС, или прибавить это произведение, если температура продукта ниже +20oС.

Таблица 1
Средние температурные поправки плотности нефтепродуктов

Плотность при 20oС Температурная поправка на 1oС Плотность при 20oС Температурная поправка на 1oС
0,650-0,659 0,000962 0,8300-0,8399 0,000725
0,660-0,669 0,000949 0,8400-0,8499 0,000712
0,670-0,679 0,000936 0,8500-0,8599 0,000699
0,680-0,689 0,000925 0,8600-0,8699 0,000686
0,6900-0,6999 0,000910 0,8700-0,8799 0,000673
0,7000-0,7099 0,000897 0,8800-0,8899 0,000660
0,7100-0,7199 0,000884 0,8900-0,8999 0,000647
0,7200-0,7299 0,000870 0,9000-0,9099 0,000633
0,7300-0,7399 0,000857 0,9100-0,9199 0,000620
0,7400-0,7499 0,000844 0,9200-0,9299 0,000607
0,7500-0,7599 0,000831 0,9300-0,9399 0,000594
0,7600-0,7699 0,000818 0,9400-0,9499 0,000581
0,7700-0,7799 0,000805 0,9500-0,9599 0,000567
0,7800-0,7899 0,000792 0,9600-0,9699 0,000554
0,7900-0,7999 0,000778 0,9700-0,9799 0,000541
0,8000-0,8099 0,000765 0,9800-0,9899 0,000528
0,8100-0,8199 0,000752 0,9900-1,000 0,000515
0,8200-0,8299 0,000738    

Примеры.

  1. Плотность нефтепродукта при +20oС, по данным паспорта 0,8240. Температура нефтепродукта в цистерне +23oС. Определить плотность нефтепродукта при этой температуре.
    Находим:
    а) разность температур 23o - 20o =3o;
    б) температурную поправку на 1oС по Таблице 1 для плотности 0,8240, составляющую 0,000738;
    в) температурную поправку на 3o:
    0,000738*3=0,002214, или округленно 0,0022;
    г) искомую плотность нефтепродукта при температуре +23oС (поправку нужно вычесть, так как температура груза в цистерне выше +20oС), равную 0,8240-0,0022=0,8218, или округленно 0,8220.
  2. Плотность нефтепродукта при +20oС, по данным паспорта, 0,7520. Температура груза в цистерне -12oС. Определить плотность нефтепродукта при этой температуре.
    Находим:
    а) разность температур +20oС - (-12oС)=32oС;
    б) температурную поправку на 1oС по таблице для плотности 0,7520, составляющую 0,000831;
    в) температурную поправку на 32o, равную 0,000831*32=0,026592, или округленно 0,0266;
    г) искомую плотность нефтепродукта при температуре -12oС (поправку нужно прибавить, так как температура груза в цистерне ниже +20oС), равную 0,7520+0,0266=0,7786, или округленно 0,7785.

ГОСТ 8.599-2010 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Плотность светлых нефтепродуктов. Таблицы пересчета плотности к 15 °С и 20 °С и к условиям измерения объема, ГОСТ от 13 декабря 2011 года №8.599-2010



ГОСТ 8.599-2010

Группа Т86.5



МКС 17.060
75.180.30

Дата введения 2013-01-01


Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации.

Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии" (ФГУП "ВНИИР")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 ноября 2010 г. N 38)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ISO 3166) 004-97

Код страны
по МК (ISO 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Армения

AM

Минэкономики Республики Армения

Беларусь

BY

Госстандарт Республики Беларусь

Грузия

GE

Грузстандарт

Казахстан

KZ

Госстандарт Республики Казахстан

Кыргызстан

KG

Кыргызстандарт

Молдова

MD

Молдова-Стандарт

Российская Федерация

RU

Росстандарт

Таджикистан

TJ

Таджикстандарт

Узбекистан

UZ

Узстандарт

Украина

UA

Госпотребстандарт Украины

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1063-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 8.599-2010 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2013 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в ежемесячно издаваемом указателе "Национальные стандарты".

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе "Национальные стандарты"


1 Область применения


Настоящий стандарт распространяется на плотность светлых нефтепродуктов (бензины, реактивные топлива, дизельные топлива) и содержит таблицы пересчета (приведения) плотности по температуре к стандартным условиям и к условиям измерения объема, а также таблицы коэффициентов сжимаемости. Расчеты таблиц выполнены в соответствии с формулами, приведенными в [1], и соответствуют [2].


Стандарт предназначен для использования в расчетах плотности нефтепродуктов при проведении учетных операций.

2 Нормативные ссылки


В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ 28947-91 (ИСО 1768-75) Ареометры стеклянные. Стандартное значение коэффициента объемного термического расширения (для использования при подготовке поправочных таблиц для жидкостей)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения


В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:

- температура нефтепродукта, °С;

- избыточное давление нефтепродукта, МПа;

- плотность нефтепродукта при температуре и избыточном давлении, равном нулю, кг/м;

- показание ареометра при температуре , кг/м;

- поправочный коэффициент на температурное расширение стекла, из которого изготовлен ареометр;

- плотность нефтепродукта при температуре и избыточном давлении , кг/м;

- коэффициент сжимаемости нефтепродукта при температуре , МПа.

4 Таблицы пересчета плотности и таблицы коэффициентов сжимаемости нефтепродуктов

4.1 Плотность нефтепродуктов при стандартных условиях определяют по таблицам приложения А (пересчет плотности к температуре 15 °С) и приложения Б (пересчет плотности к температуре 20 °С).

Плотность нефтепродуктов при температуре измерения объема определяют по таблицам приложения В (пересчет плотности от 15 °С к требуемой температуре) и приложения Г (пересчет плотности от 20 °С к требуемой температуре) исходя из значений плотности при стандартных условиях.

Таблицы коэффициентов сжимаемости нефтепродуктов применяют для пересчета плотности по давлению. Значения коэффициентов сжимаемости определяют по таблицам приложения Д.

Таблицы пересчета плотности по температуре (приложения А-Г) предназначены для приведения плотности при избыточном давлении, равном нулю. При приведении к стандартным условиям плотности нефтепродукта, измеренной при избыточном давлении, необходимо пересчитать плотность к избыточному давлению, равному нулю, используя приложение Д, а затем рассчитанное значение плотности привести к стандартной температуре (15 °С или 20 °С), используя таблицы приложения А или приложения Б. При приведении плотности нефтепродукта к требуемым условиям по температуре и давлению необходимо пересчитать плотность нефтепродукта при стандартных условиях к требуемой температуре, используя таблицы приложения В или приложения Г, а затем рассчитанное значение плотности привести к требуемому избыточному давлению, используя приложение Г.

4.2 Таблицы пересчета плотности составлены с дискретностью по плотности 10,0 кг/м, по температуре 0,2 °С.

Для значений плотности , не кратных 10,0 кг/м, и/или значений температур , не кратных 0,2 °С, значения приведенной плотности рассчитывают путем интерполяции.

Интерполяцию по плотности проводят по формуле

, (1)


где - значение приведенной плотности, соответствующее ближайшему меньшему значению плотности от , указанному в подзаголовке таблицы;

- значение приведенной плотности, соответствующее ближайшему большему значению плотности от , указанному в подзаголовке таблицы;

- ближайшее меньшее значение плотности от , указанное в подзаголовке таблицы.

Интерполяцию по температуре проводят по формуле

, (2)


где - значение приведенной плотности, соответствующее ближайшему меньшему значению температуры от , указанному в графе таблицы ", °С";

- значение приведенной плотности, соответствующее ближайшему большему значению температуры от , указанному в графе таблицы ", °С".

Промежуточные расчеты значений плотности проводят с точностью до второго знака после запятой, окончательный результат округляют до первого знака после запятой.

Пример - Плотность бензина при температуре 12,3 °С равна 780,9 кг/м, требуется определить плотность бензина при температуре 15 °С.

Для пересчета плотности бензина при температуре 12,3 °С в плотность при температуре 15 °С необходимо:

1) в таблице А. 1 (приложение А) найти в графе ", °С" значение 12,2 °С, являющееся ближайшим меньшим значением от 12,3 °С, а в подзаголовке таблицы - значения плотности 780,0 кг/ми 790,0 кг/м, являющиеся ближайшим меньшим значением и ближайшим большим значением от 780,9 кг/мсоответственно;

2) на пересечении строки, соответствующей температуре 12,2 °С, и столбца, соответствующего плотности 780,0 кг/м, найти значение приведенной плотности 777,5 кг/м. На пересечении строки, соответствующей температуре 12,2 °С, и столбца, соответствующего плотности 790,0 кг/м, найти значение приведенной плотности 787,5 кг/м;

3) рассчитать по формуле (1) значение приведенной плотности, соответствующей температуре 12,2 °С и плотности 780,9 кг/м:

кг/м;

4) найти в графе таблицы ", °С" значение 12,4 °С, являющееся ближайшим большим значением от 12,3 °С, а в подзаголовке таблицы - значения плотности 780,0 кг/ми 790,0 кг/м, являющиеся ближайшим меньшим значением и ближайшим большим значением от 780,9 кг/мсоответственно;

5) на пересечении строки, соответствующей температуре 12,4 °С, и столбца, соответствующего плотности 780,0 кг/м, найти значение приведенной плотности 777,7 кг/м. На пересечении строки, соответствующей температуре 12,4 °С, и столбца, соответствующего плотности 790,0 кг/м, найти значение приведенной плотности 787,7 кг/м;

6) рассчитать по формуле (1) значение приведенной плотности, соответствующей температуре 12,4 °С и плотности 780,9 кг/м:

кг/м;

7) рассчитать по формуле (2) значение приведенной плотности, соответствующей температуре 12,3 °С и плотности 780,9 кг/м:

кг/м.


Искомое значение плотности бензина при температуре 15 °С равно 778,5 кг/м.

4.3 Таблицы коэффициентов сжимаемости нефтепродуктов составлены с дискретностью по плотности 10,0 кг/м, по температуре 1,0 °С.

При определении коэффициентов сжимаемости значение температуры округляют до целочисленных значений. Для значений плотности , не кратных 10,0 кг/м, значения коэффициентов сжимаемости рассчитывают путем интерполяции. Расчет проводят по формуле

, (3)


где - значение коэффициента сжимаемости, соответствующее ближайшему меньшему значению плотности от , указанному в подзаголовке таблицы;

- значение коэффициента сжимаемости, соответствующее ближайшему большему значению плотности от , указанному в подзаголовке таблицы;

- ближайшее меньшее значение плотности от , указанное в подзаголовке таблицы.

Расчет коэффициентов сжимаемости проводят с точностью до третьего знака после запятой.

Пример - Плотность бензина при температуре 25,4 °С равна 762,5 кг/м, требуется определить коэффициент сжимаемости бензина при температуре 25,4 °С.

Для определения коэффициента сжимаемости бензина при температуре 25,4 °С необходимо:

1) округлить значение температуры 25,4 °С до целочисленного значения 25,0 °С;

2) в таблице Д.1 (приложение Д) найти в графе ", °С" значение температуры 25,0 °С, а в подзаголовке таблицы - значения плотности 760,0 кг/ми 770,0 кг/м, являющиеся ближайшим меньшим значением и ближайшим большим значением от 762,5 кг/мсоответственно;

3) на пересечении строки, соответствующей температуре 25,0 °С, и столбца, соответствующего плотности 760,0 кг/м, найти значение коэффициента сжимаемости 1,036·10МПа. На пересечении строки, соответствующей температуре 25,0 °С, и столбца, соответствующего плотности 770,0 кг/м, найти значение коэффициента сжимаемости 0,994·10МПа.

4) рассчитать по формуле (3) значение коэффициента сжимаемости, соответствующего плотности 762,5 кг/м:


Искомое значение коэффициента сжимаемости бензина при температуре 25,4 °С равно 1,025·10МПа.

5 Расчет плотности нефтепродуктов при измерениях ареометром


При пересчете по таблицам показаний ареометра необходимо учесть температурное расширение стекла, из которого изготовлен ареометр. Для этого показания ареометра пересчитывают в плотность нефтепродукта по формуле

. (4)


Для ареометров, градуированных при 20 °С, коэффициент в соответствии с ГОСТ 28947 вычисляют по формуле

. (5)


Для ареометров, градуированных при 15 °С, коэффициент в соответствии с [1] вычисляют по формуле

. (6)


Коэффициент вычисляют с точностью до четвертого знака после запятой.

Пример - Показание ареометра при температуре 12,3 °С равно 780,7 кг/м, требуется определить плотность нефтепродукта при температуре 12,3 °С. Ареометр градуирован при температуре 20 °С.

Для пересчета показания ареометра в плотность нефтепродукта необходимо:

1) рассчитать по формуле (5) поправочный коэффициент на температурное расширение стекла ареометра

;

2) рассчитать по формуле (4) плотность нефтепродукта

кг/м.


Искомое значение плотности нефтепродукта при температуре 12,3 °С равно 780,9 кг/м.

6 Пересчет плотности нефтепродуктов по давлению


Плотность нефтепродукта при температуре и избыточном давлении пересчитывают к избыточному давлению по формуле

. (7)


Формулу (7) допускается применять при разности давлений и не более 5 МПа.

Промежуточные расчеты значений плотности проводят с точностью до второго знака после запятой, окончательный результат округляют до первого знака после запятой.

Пример - Плотность бензина при температуре 25,0 °С и избыточном давлении 2,3 МПа равна 750,0 кг/м, требуется определить плотность бензина при температуре 25,0 °С и избыточном давлении, равном нулю.

Для определения плотности бензина при температуре 25,0 °С и избыточном давлении, равном нулю, необходимо:

1) по таблице Д.1 (приложение Д) найти значение коэффициента сжимаемости, соответствующее значению температуры 25,0 °С и плотности 750,0 кг/м:1,082·10·МПа;

2) рассчитать по формуле (8) плотность бензина при температуре 25,0 °С и избыточном давлении, равном нулю:

кг/м.


Искомое значение плотности бензина при температуре 25,0 °С и избыточном давлении, равном нулю: 748,2 кг/м.

Приложение А (обязательное). Таблицы пересчета плотности нефтепродуктов при температуре t °С в плотность при температуре 15 °С

Приложение А
(обязательное)



Таблица А.1 - Пересчет плотности бензина при температуре °С в плотность при температуре 15 °С

, °C

Плотность бензина при температуре °С, кг/м

650,0

660,0

670,0

680,0

690,0

700,0

710,0

720,0

730,0

740,0

750,0

760,0

770,0

780,0

790,0

800,0

810,0

820,0

Плотность бензина при температуре 15 °С, кг/м

-25,0

610,7

621,0

631,3

641,7

652,0

662,3

672,6

682,9

693,1

703,4

713,7

723,9

734,2

744,4

754,6

764,9

775,1

785,3

-24,8

610,9

621,2

631,5

641,9

652,2

662,5

672,8

683,0

693,3

703,6

713,9

724,1

734,4

744,6

754,8

765,1

775,3

785,5

-24,6

611,1

621,4

631,7

642,0

652,4

662,7

672,9

683,2

693,5

703,8

714,0

724,3

734,5

744,8

755,0

765,2

775,5

785,7

-24,4

611,3

621,6

631,9

642,2

652,5

662,8

673,1

683,4

693,7

704,0

714,2

724,5

734,7

745,0

755,2

765,4

775,6

785,8

-24,2

611,5

621,8

632,1

642,4

652,7

663,0

673,3

683,6

693,9

704,1

714,4

724,6

734,9

745,1

755,4

765,6

775,8

786,0

-24,0

611,6

622,0

632,3

642,6

652,9

663,2

673,5

683,8

694,1

704,3

714,6

724,8

735,1

745,3

755,5

765,8

776,0

786,2

-23,8

611,8

622,2

632,5

642,8

653,1

663,4

673,7

684,0

694,2

704,5

714,8

725,0

735,3

745,5

755,7

765,9

776,2

786,4

-23,6

612,0

622,4

632,7

643,0

653,3

663,6

673,9

684,2

694,4

704,7

714,9

725,2

735,4

745,7

755,9

766,1

776,3

786,5

-23,4

612,2

622,6

632,9

643,2

653,5

663,8

674,1

684,3

694,6

704,9

715,1

725,4

735,6

745,8

756,1

766,3

776,5

786,7

-23,2

612,4

622,8

633,1

643,4

653,7

664,0

674,3

684,5

694,8

705,1

715,3

725,6

735,8

746,0

756,2

766,5

776,7

786,9

-23,0

612,6

623,0

633,3

643,6

653,9

664,2

674,5

684,7

695,0

705,2

715,5

725,7

736,0

746,2

756,4

766,6

776,9

787,1

-22,8

612,8

623,2

633,5

643,8

654,1

664,4

674,6

684,9

695,2

705,4

715,7

725,9

736,2

746,4

756,6

766,8

777,0

787,2

-22,6

613,0

623,4

633,7

644,0

654,3

664,6

674,8

685,1

695,4

705,6

715,9

726,1

736,3

746,6

756,8

767,0

777,2

787,4

-22,4

613,2

623,6

633,9

644,2

654,5

664,7

675,0

685,3

695,5

705,8

716,0

726,3

736,5

746,7

757,0

767,2

777,4

787,6

-22,2

613,4

623,8

634,1

644,4

654,7

664,9

675,2

685,5

695,7

706,0

716,2

726,5

736,7

746,9

757,1

767,3

777,6

787,8

-22,0

613,6

623,9

634,3

644,6

654,8

665,1

675,4

685,7

695,9

706,2

716,4

726,6

736,9

747,1

757,3

767,5

777,7

787,9

-21,8

613,8

624,1

634,5

644,7

655,0

665,3

675,6

685,8

696,1

706,3

716,6

726,8

737,1

747,3

757,5

767,7

777,9

788,1

-21,6

614,0

624,3

634,6

644,9

655,2

665,5

675,8

686,0

696,3

706,5

716,8

727,0

737,2

747,5

757,7

767,9

778,1

788,3

-21,4

614,2

624,5

634,8

645,1

655,4

665,7

676,0

686,2

696,5

706,7

717,0

727,2

737,4

747,6

757,8

768,1

778,3

788,5

-21,2

614,4

624,7

635,0

645,3

655,6

665,9

676,1

686,4

696,7

706,9

717,1

727,4

737,6

747,8

758,0

768,2

778,4

788,6

-21,0

614,6

624,9

635,2

645,5

655,8

666,1

676,3

686,6

696,8

707,1

717,3

727,5

737,8

748,0

758,2

768,4

778,6

788,8

-20,8

614,8

625,1

635,4

645,7

656,0

666,3

676,5

686,8

697,0

707,3

717,5

727,7

738,0

748,2

758,4

768,6

778,8

789,0

-20,6

615,0

625,3

635,6

645,9

656,2

666,5

676,7

687,0

697,2

707,5

717,7

727,9

738,1

748,3

758,6

768,8

779,0

789,2

Расчет плотности нефтепродуктов

Для того чтобы определить при помощи этой таблицы плотность нефтепродукта при данной температуре, необходимо:

Таблица средних температурных поправок плотности нефтепродуктов
Плотность при 20 °СТемпературная поправка на 1 °СПлотность при 20 °СТемпературная поправка на 1 °С
0,6500–0,65900,0009620,8300–0,83990,000725
0,6600–0,66900,0009490,8400–0,84990,000712
0,6700–0,67900,0009360,8500–0,85990,000699
0,6800–0,68900,0009250,8600–0,86990,000686
0,6900–0,69990,0009100,8700–0,87990,000673
0,7000–0,70990,0008970,8800–0,88990,000660
0,7100–0,71990,0008840,8900–0,89990,000647
0,7200–0,72990,0008700,9000–0,90990,000633
0,7300–0,73990,0008570,9100–0,91990,000620
0,7400–0,74990,0008440,9200–0,92990,000607
0,7500–0,75990,0008310,9300–0,93990,000594
0,7600–0,76990,0008180,9400–0,94990,000581
0,7700–0,77990,0008050,9500–0,95990,000567
0,7800–0,78990,0007920,9600–0,96990,000554
0,7900–0,79990,0007780,9700–0,97990,000541
0,8000–0,80990,0007650,9800–0,98990,000528
0,8100–0,81990,0007520,9900–1,00000,000515
0,8200–0,82990,000738  
  1. найти по паспорту плотность нефтепродукта при +20 °С;
  2. измерить среднюю температуру груза в цистерне;
  3. определить разность между +20 °С и средней температурой груза;
  4. по графе температурной поправки найти поправку на 1 °С, соответствующую плотность данного продукта при +20 °С;
  5. умножить температурную поправку плотности на разность температур;
  6. полученное в п. «д» произведение вычесть из значения плотности при +20 °С, если средняя температура нефтепродукта в цистерне выше +20 °С, или прибавить это произведение, если температура продукта ниже +20 °С.

Пример №1

Плотность нефтепродукта при +20 °С, по данным паспорта 0,8240. Температура нефтепродукта в цистерне +23 °С. Определить по таблице плотность нефтепродукта при этой температуре.

Находим:

  1. разность температур 23 °С – 20 °С = 3 °С;
  2. температурную поправку на 1 °С по таблице для плотности 0,8240, составляющую 0,000738;
  3. температурную поправку на 3 °С: 0,000738 × 3 = 0,002214, или округленно 0,0022;
  4. искомую плотность нефтепродукта при температуре +23 °С (поправку нужно вычесть, так как температура груза в цистерне выше +20 °С), равную 0,8240 – 0,0022 = 0,8218, или округленно 0,8220.

Пример №2

Плотность нефтепродукта при +20 °С, по данным паспорта, 0,7520. Температура груза в цистерне –12 °С. Определить плотность нефтепродукта при этой температуре.

Находим:

  1. разность температур +20 °С – ( –12 °С) = 32 °С;
  2. температурную поправку на 1 °С по таблице для плотности 0,7520, составляющую 0,000831;
  3. температурную поправку на 32 °С, равную 0,000831 × 32 = 0,026592, или округленно 0,0266;
  4. искомую плотность нефтепродукта при температуре –12 °С (поправку нужно прибавить, так как температура груза в цистерне ниже +20 °С), равную 0,7520 + 0,0266 = 0,7786, или округленно 0,7785.

АИ 92, АИ 95, ГОСТы, в чем она измеряется и как правильно проводить замеры

Оглавление:

1. ГОСТы, регулирующие марки бензинов.
2. Как производятся расчеты.
3. Для чего нужно выполнять измерения.
4. Как измерить плотность.
5. Показатели АИ 92
6. Какие показатели соответствуют АИ 95
7. Табличные плотностные показатели бензина

Нефтепродукты отличаются по составу, области применения, физическим и химическим свойствам, методам производства. Кроме октанового числа (благодаря которому можно оценить детонационные характеристики), есть еще один определяющий показатель – плотность бензина. Удельный вес позволяет оценить физические и эксплуатационные свойства топлива, а еще – применяется для расчета объема и массы бензина, который важен при транспортировке нефтепродуктов, их хранении и проведении калибровочных работ для бензиновых двигателей и различных приборов.

Плотность измеряется в килограммах (иногда граммах) на кубический метр (предел показателя – 780). Плотность не применяется для оценки качества топлива. Она зависит от нефтепродуктов, которые использовались при производстве бензина.

1. ГОСТы, регулирующие марки бензинов.

Развитие нефтехимической отрасли и ужесточение требований к экологии привело к разработке регламентов и стандартов нефтехимической продукции. Так, с 2002 года действует ГОСТ Р 51866-2002, который определяет нормы наличия металлических соединений в бензине. Он регулирует производство высокооктановых бензинов класса «премиум» (95, 98 и их виды).

ГОСТ 32513-2013 введен после разработки стандарта ЕВРО-4 на бензин. Также в 2015 году были приняты ТУ 0251-001-12150839-2015, которые определяют нормы производства современных марок топлива.

Автомобили, нефтепродукты и топливо, которое ввозится на территорию России, соответствуют нормам ЕВРО-5. В нем регулируется более двадцати показателей топлива, включая отказ от использования веществ, которые вредят экологии (ядовитые соединения, металлосодержащие компоненты).

Стоит учитывать, что в зависимости от технологических процессов завода-изготовителя, различаются технические характеристики и плотность бензина. ГОСТы только регулируют соблюдение минимальных обязательных требований.

2. Как производятся расчеты 

Измерения плотности керосина, солярки, бензина должны производиться при определенной температуре. На данный момент ГОСТ устанавливает температуру 15ºC на бензин (ранее данное значение было на 20 градусах). Поэтому при расчете нужно учитывать информацию, которая указана в паспорте на продукт, ведь результаты будут отличаться.

При отсутствии специализированного оборудования производят теоретические расчеты, исходя из данных, которые содержатся в паспорте. Для вычисления необходимо (исходная температура принимается 20ºC):

  • найти показатель плотности;

  • вычислить температуру исследуемого топлива;

  • определить разницу между температурными значениями;

  • в таблице поправок плотностных показателей нефтепродуктов найти значение изменения на 1 градус;

  • умножить поправку на температурную разницу;

  • произвести окончательные расчеты – прибавить (если температура ниже 20 градусов) к паспортным показателям полученные результаты или вычесть (если выше).

Все вычисления производятся без использования лабораторного оборудования.


3. Для чего нужно выполнять измерения

Плотность помогает оценить марку бензина и его объемный вес. Данное значение необходимо при отпуске топлива и приеме продукции. 

Из-за колебаний температуры показатели топлива могут различаться, что может стать причиной разногласий при отпуске и приемке нефтепродуктов. Поэтому для стандартизации процесса измерения плотности нефтепродуктов разработаны правила пересчета количества нефтепродуктов в зависимости от средних показателей по маркам топлива.

При этом плотность помогает определять химический состав бензина и идентифицировать его. У каждой марки есть свои показатели плотности, которые варьируются в небольших пределах. Например, если при измерении получили данные, которые выше или ниже нормативных показателей, то без проведения лабораторного химического анализа нельзя убедиться в достоверности представленной марки топлива.

Также благодаря вычислению плотности бензина можно определять приблизительную массу больших объемов нефтепродуктов (например, в резервуарах), когда выполнить взвешивание невозможно. Данные методики измерений указаны в ГОСТ Р 8.595-2004.


4. Как измерить плотность

Обязательное условие при проведении измерений – организация одинаковых условий, ведь плотность представляет собой отношение массы к объему. Чтобы получить результат, нужно:

  • взять любую емкость с градуированными делениями;

  • взвесить емкость;

  • влить в емкость 100 мл топлива;

  • выполнить взвешивание жидкости и найти разницу значений измерений;

  • результат разделить на объем топлива.

Удобнее будет воспользоваться ареометром. Это специализированный измерительный прибор, который выглядит как стеклянная колба. Он оснащен измерительной шкалой, встроенным термометром. Работа прибора основана на принципе Архимеда.

5. Показатели АИ 92

В большинстве автомобилей используется топливо марки 92. Данный бензин имеет высокую детонационную стойкость. При исследовании показывает октановое число АИ 91 или 82,5 (моторный метод). Плотность при 15ºC находится в интервале от 740 до 770 кг на 1 м3.

6. Какие показатели соответствуют АИ 95

Бензин марки 95 показывает при моторном методе исследования октановое число до 85, АИ показатели – до 95. Бензин отличается наличием ароматических компонентов, повышенными эксплуатационными качествами. В 95-м бензине класса «супер» отсутствует свинец. Плотность при температуре 15ºC данного бензина варьируется от 745 до 755 кг на 1 м3.

7. Табличные плотностные показатели бензина

Плотность нефтепродуктов, которые используются в автомобильной промышленности, составляет от 700 до 780 кг на 1 м3. При этом в зависимости от типа нефтепродуктов и входящих в состав соединений будут изменяться показатели плотности. Так, у ароматических соединений меньшие значения по сравнению с алифатическими.


Но данная величина – непостоянная. Она изменяется в зависимости от температуры. При ее повышении показатели снижаются, а при понижении – увеличиваются. Поэтому специалисты разработали показатели, которые отражают плотность нефтепродуктов в зависимости от температурного режима и условий его хранения. 

Приблизительные значения при 15ºC 

Марка бензина

Плотностные показатели, кг/м3

92

760

95

750

98

780

Премиум 95

725–780

Супер 98

725–780


Калькулятор плотности нефтепродуктов по ГОСТ 3900

Нефтепродукт при температуре -25-24,5-24-23,5-23-22,5-22-21,5-21-20,5-20-19,5-19-18,5-18-17,5-17-16,5-16-15,5-15-14,5-14-13,5-13-12,5-12-11,5-11-10,5-10-9,5-9-8,5-8-7,5-7-6,5-6-5,5-5-4,5-4-3,5-3-2,5-2-1,5-1-0,500,511,522,533,544,555,566,577,588,599,51010,51111,51212,51313,51414,51515,51616,51717,51818,51919,52020,52121,52222,52323,52424,52525,52626,52727,52828,52929,53030,53131,53232,53333,53434,53535,53636,53737,53838,53939,54040,54141,54242,54343,54444,54545,54646,54747,54848,54949,55050,55151,55252,55353,55454,55555,55656,55757,55858,55959,56060,56161,56262,56363,56464,56565,56666,56767,56868,56969,57070,57171,57272,57373,57474,57575,57676,57777,57878,57979,58080,58181,58282,58383,58484,58585,58686,58787,58888,58989,59090,59191,59292,59393,59494,59595,59696,59797,59898,59999,5100100,5101101,5102102,5103103,5104104,5105105,5106106,5107107,5108108,5109109,5110110,5111111,5112112,5113113,5114114,5115115,5116116,5117117,5118118,5119119,5120120,5121121,5122122,5123123,5124124,5125°C
имеет плотность кг/м3
Рассчитать его плотность
при температуре
-25-24,5-24-23,5-23-22,5-22-21,5-21-20,5-20-19,5-19-18,5-18-17,5-17-16,5-16-15,5-15-14,5-14-13,5-13-12,5-12-11,5-11-10,5-10-9,5-9-8,5-8-7,5-7-6,5-6-5,5-5-4,5-4-3,5-3-2,5-2-1,5-1-0,500,511,522,533,544,555,566,577,588,599,51010,51111,51212,51313,51414,51515,51616,51717,51818,51919,52020,52121,52222,52323,52424,52525,52626,52727,52828,52929,53030,53131,53232,53333,53434,53535,53636,53737,53838,53939,54040,54141,54242,54343,54444,54545,54646,54747,54848,54949,55050,55151,55252,55353,55454,55555,55656,55757,55858,55959,56060,56161,56262,56363,56464,56565,56666,56767,56868,56969,57070,57171,57272,57373,57474,57575,57676,57777,57878,57979,58080,58181,58282,58383,58484,58585,58686,58787,58888,58989,59090,59191,59292,59393,59494,59595,59696,59797,59898,59999,5100100,5101101,5102102,5103103,5104104,5105105,5106106,5107107,5108108,5109109,5110110,5111111,5112112,5113113,5114114,5115115,5116116,5117117,5118118,5119119,5120120,5121121,5122122,5123123,5124124,5125°C

Зависимость плотности дизельного топлива от температуры таблица

Плотность топлива – это его удельный вес, а именно количество массы в единице объема.

Плотность топлива во многом зависит от плотности нефти из которой оно получено. Согласно ГОСТ Р 52368-2005 плотность топлива при температуре +15 °С должна быть в пределах 0,820-0,845 г/см3, а по ГОСТ 305-82 не должна превышать 0,860 (при 20°С)

Плотность топлива зависит от температуры, впрочем, как и для любой другой жидкости: при повышении температуры плотность топлива снижается и наоборот – при снижении температуры плотность топлива увеличивается. Существуют специальные таблицы для пересчета плотности топлива в зависимости от температуры. Для дизельного топлива температурная поправка изменения плотности составляет, в среднем 0,0007 г/см3 на 1°С.

НЕФТЕПРОДУКТЫ ПЛОТНОСТЬ ПРИ 20* С, г/см3
Авиационный бензин 0,73-0,75
Автомобильный бензин 0,71-0,76
Топливо для реактивных двигателей 0,76-0,84
Дизельное топливо 0,80-0,85
Моторное масло 0,88-0,94
Мазут 0,92-0,99
Нефть 0,74-0,97

Точный расчет плотности нефтепродукта

Для того чтобы определить при помощи этой таблицы плотность нефтепродукта при данной температуре, необходимо:

таблица средних температурных поправок плотности нефтепродуктов.

Плотность при 20 o С Температурная поправка на 1 o С Плотность при 20 o С Температурная поправка на 1 o С
0,650-0,659 0,000962 0,8300-0,8399 0,000725
0,660-0,669 0,000949 0,8400-0,8499 0,000712
0,670-0,679 0,000936 0,8500-0,8599 0,000699
0,680-0,689 0,000925 0,8600-0,8699 0,000686
0,6900-0,6999 0,000910 0,8700-0,8799 0,000673
0,7000-0,7099 0,000897 0,8800-0,8899 0,000660
0,7100-0,7199 0,000884 0,8900-0,8999 0,000647
0,7200-0,7299 0,000870 0,9000-0,9099 0,000633
0,7300-0,7399 0,000857 0,9100-0,9199 0,000620
0,7400-0,7499 0,000844 0,9200-0,9299 0,000607
0,7500-0,7599 0,000831 0,9300-0,9399 0,000594
0,7600-0,7699 0,000818 0,9400-0,9499 0,000581
0,7700-0,7799 0,000805 0,9500-0,9599 0,000567
0,7800-0,7899 0,000792 0,9600-0,9699 0,000554
0,7900-0,7999 0,000778 0,9700-0,9799 0,000541
0,8000-0,8099 0,000765 0,9800-0,9899 0,000528
0,8100-0,8199 0,000752 0,9900-1,000 0,000515
0,8200-0,8299 0,000738

а) найти по паспорту плотность нефтепродукта при +20 o С;

б) измерить среднюю температуру груза в цистерне;

в) определить разность между +20 o С и средней температурой груза;

г) по графе температурной поправки найти поправку на 1 o С, соответствующую плотность данного продукта при +20 o С;

д) умножить температурную поправку плотности на разность температур;

е) полученное в п. «д» произведение вычесть из значения плотности при +20 o С, если средняя температура нефтепродукта в цистерне выше +20 o С, или прибавить это произведение, если температура продукта ниже +20 o С.

Примеры.

Плотность нефтепродукта при +20 o С, по данным паспорта 0,8240. Температура нефтепродукта в цистерне +23 o С. Определить по таблице плотность нефтепродукта при

а) разность температур 23 o — 20 o =3 o ;

б) температурную поправку на 1 o С по таблице для плотности 0,8240, состовляющую 0,000738;

в) температурную поправку на 3 o :

0,000738*3=0,002214, или округленно 0,0022;

г) искомую плотность нефтепродукта при температуре +23 o С (поправку нужно вычесть, так как температура груза в цистерне выше +20 o С), равную 0,8240-0,0022=0,8218, или округленно 0,8220.

2. Плотность нефтепродукта при +20 o С, по данным паспорта, 0,7520. Температура груза в цистерне -12 o С. Определить плотность нефтепродукта при этой температуре.

а) разность температур +20 o С — (-12 o С)=32 o С;

б) температурную поправку на 1 o С по таблице для плотности 0,7520, составляющую 0,000831;

в) температурную поправку на 32 o , равную 0,000831*32=0,026592, или округленно 0,0266;

г) искомую плотность нефтепродукта при температуре -12 o С (поправку нужно прибавить, так как температура груза в цистерне ниже +20 o С), равную 0,7520+0,0266=0,7786, или округленно 0,7785.

Плотность дизельного топлива – это непостоянная величина, которая обозначает соотношение веса нефтепродукта к объему. Она регулярно изменяется. Колебания плотности зависят от марки дизельного топлива и от температуры окружающей среды. Фактически плотность обозначает удельный вес.

Компания «Ренетоп» предлагает низкую цену на дизельное топливо с доставкой по Уралу.

Плотность топлива и температура

Принято измерять плотность различных марок дизельного топлива при температуре 20 градусов по Цельсию. Рассматривая плотность дизтоплива в зависимости от температуры, нужно отметить, что при понижении температуры окружающей среды на один градус по Цельсию плотность нефтепродукта снижается на коэффициент 0,0007 г/см³.

Нормативы расчета плотности дизтоплива

Исходя из значения коэффициента изменения плотности при понижении или повышении температуры видим, что изменяется и объем топлива. При понижении температуры окружающей среды объем повышается, при снижении – понижается.

Основной расчет плотности дизельного топлива в соответствии с государственными стандартами ведется относительно температуры окружающей среды 20 градусов по Цельсию, а изменения плотности рассчитываются с учетом возможных изменений температуры и соответственно объема.

Услуги компании «Ренетоп»:

Плотность дизтоплива в летнее и зимнее время

Плотность топлива – величина изменяющаяся. Она напрямую зависит от температуры дизельного топлива и воздуха. Снижение температуры приводит к снижению плотности, повышение к повышению.

Повышение плотности утяжеляет фракционный состав. Плотность летнего и зимнего дизельного топлива регламентирует ГОСТ Р 52368-2005 и ГОСТ 305-82.

Плотность дизтоплива, в зависимости от времени года государственными стандартами установлена следующая:

  • зимнего – 860 кг/м3;
  • летнего – 840 кг/м3;
  • арктического – 830кг/м3.

Исходя из этого – вес одного литра колеблется от 830 до 860 гр. С повышением температуры на один градус по Цельсию вес дизельного топлива будет понижаться.

Примеры плотности дизтоплива при различных температурах

Для определения плотности дизельного топлива при определенной температуре нужно:

  1. В паспортных данных найти плотность нефтепродукта при +20 градусов по Цельсию.
  2. Замерять фактическую температуру дизельного топлива в емкости для транспортировки или хранения.
  3. Разность температуры умножаем на коэффициент 0,0007.
  4. Вносим поправку. Если температура выше – отнимаем значение от паспортной плотности, если ниже добавляем.

Начать следует с того, что плотность дизельного топлива, как и любой другой жидкости, сильно зависит от его температуры. Поэтому для получения сравнимых результатов плотность дизельного топлива измеряется при 20 градусах по Цельсию. Дизельное топливо (ДТ) — это жидкие углеводороды, использующиеся в качестве горючего для дизельных двигателей внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают горючее, получающееся из керосиново-газойливых фракций при помощи прямой перегонки нефти. Плотность топлива – это фактически его удельный вес. Измеряется эта величина в килограммах на кубический метр или в граммах на сантиметр в кубе.

Название «солярка» происходит от немецкого Solaröl (солнечное масло) — так за желтый цвет ещё в середине XIX века называли более тяжёлую фракцию, образующуюся при перегонке нефти.

Советская нефтеперерабатывающая промышленность выпускала горючее «Соляровое масло ГОСТ 1666-42 и ГОСТ 1666-51». Оно было предназначено для применения в качестве дизтоплива среднеоборотных (со скоростью вращения коленвала не выше 1000 об/мин.) дизелей. Использовалось, как правило, для сельскохозяйственной и другой специальной техники, и все знали ее под названием «солярка» или «соляра». Соляровое масло непригодно для заправки современных авто с высоко оборотистыми ДВС.

Разделение дизельного топлива по ГОСТ

Согласно ГОСТ 305-82 дизельное горючее делится в зависимости от сезона использования на следующие виды:

  • Летнее – остается жидким всего до -5 ◦ C. Его рекомендуется использовать при температуре воздуха выше нуля по Цельсию.
  • Зимнее – не должно густеть до -35 ◦ C. Используется при морозах ниже -20 ◦ С.
  • Арктическое – застывает не выше -50 ◦ C. рекомендовано к использованию при морозах ниже -45 ◦ С.

Вес одного кубометра летнего дизельного горючего должен быть не более 860 кг. Вес кубометра зимней солярки должен быть не более 840 кг. Вес куба арктического дизельного топлива не должен превышать 830 кг. Измерять вес солярки ГОСТ предписывает при 20 градусах по Цельсию.

Измерение удельного веса

Плотность топлива измеряется при помощи ареометров. Плотность дизтоплива измеряется ареометрами для нефтепродуктов, названия которых начинаются с букв АН, к примеру, таких как АНТ-1 или АНТ-2. Чем больший процент дизтоплива приходится на углеводороды, имеющие высокий удельный вес, тем больше плотность этой солярки. С одной стороны, при сгорании такого дизтоплива выделяется больше энергии, с другой, оно хуже испаряется, тяжелее поджигается и не сгорает в цилиндрах без остатка. Так как летом испарение и воспламенение происходит проще у летней солярки, удельный вес выше, чем у зимнего дизельного топлива.

Поскольку ГОСТ предписывает измерять плотность ДТ при температуре 20 ◦ C, для правильного определения плотности нужно принести емкость с соляркой домой и дождаться, чтобы зимой она прогрелась, а летом остыла до +20 ◦ C. Если же вам некогда ждать, можно измерить интересующий вас параметр и температуру ДТ, а после пересчитать каков будет результат при 20 ◦ С. Для этого нужно знать, что уменьшение температуры солярки на 1 ◦ C увеличивает ее удельный вес в среднем на 0,0007 г/см 3 . А увеличение температуры соответственно уменьшает плотность на туже величину.

Вычисление удельного веса для 20 ◦ C

  1. Измерить плотность и среднюю температуру солярки.
  2. Вычислить разность фактической температуры и 20 ◦ С.
  3. Умножить разность температур на поправочный коэффициент.
  4. Если фактическая температура меньше 20 ◦ C, то отнять от значения плотности при данной температуре результат вычисления третьего пункта. Если же жидкость теплее +20 ◦ C, то эти значения нужно сложить.

Например, плотность горючего при температуре 0 ◦ C равна 0,997 г/см 3 . Разница между фактической температурой и 20 ◦ C равна 20. Тогда 20 × 0,0007 = 0,014 г/см. Так как при 20 ◦ C плотность горючего будет меньше, чем при 0 ◦ C, нужно от плотности при 0 ◦ C отнять величину поправки – 0,997-0,14=0,857 г/см 3 . Чтобы перевести результат из грамм на кубический сантиметр в килограмм на кубометр, нужно величину, выраженную в граммах на кубический сантиметр, умножить на 1000. То есть удельный вес нашей солярки при 20 ◦ C будет равен 857 кг/м 3 . Это позволяет нам сделать предположение о том, что она, судя по результатам вычисления, скорее летняя, чем зимняя. Точное же заключение о том, для какого сезона предназначено горючее, сделать на основании величины его плотности невозможно.

Связь плотности горючего и экономичности дизеля

Так как сгорание солярки, имеющей высокий удельный вес, сопровождается выделением большего количества энергии, чем сгорание менее плотного горючего, очевидно, что использование летнего топлива экономичнее. Однако его использование для повышения экономичности дизеля в холодное время года не представляется возможным. Это объясняется тем, что в его состав помимо керосиново-газойливых углеводородов, содержащих основной запас энергии топлива, входят и растворенные в них парафины. Последние даже при незначительном понижении температуры горючего, затвердевают, сгущая горючее и ухудшая проходимость фильтра тонкой очистки топлива. В результате этого ухудшается способность топлива прокачиваться по системе питания и распыляться в цилиндрах двигателя. Поэтому в состав зимних видов дизельного топлива вводят присадки, замедляющие застывание парафинов и сгущение солярки до состояния геля.

Эти добавки, снижая температуру сгущения горючего, совершенно не оказывают влияния на его плотность. Логично предположить, что если добавить присадку-антигель в летную солярку, то в результате получится экономичное зимнее топливо. Но это далеко не так. Потому что добавка только снизит температуру замерзания парафинов, растворенных в топливе.

Сама же солярка не станет менее плотной, а значит с понижением температуры, будет значительно густеть, что затруднит ее распыление в камерах сгорания и продвижение по топливопроводу. К тому же, ошибочно полагать, что залив присадку в замерзшую солярку, мы добьемся того, что парафины в ней растают, и она вновь обретет текучесть.

Подводя итог вышесказанному, нужно отметить, что плотность очень важна для зимнего топлива. Для летнего же важнее такие параметры, как содержание серы и цетановое число. В том, что дизель зимой менее экономичен, нежели летом, конечно, во многом «заслуга» менее плотной, чем летом солярки, но не только ее. Снег на дорогах тоже не способствует экономичности.

Метод экспресс-проверки дизельного топлива

Владельцу дизеля в повседневной жизни редко бывает нужно проверять качество горючего. Так как обычно он заправляет свой автомобиль на одних и тех же заправках, качество горючего на которых проверенно в процессе эксплуатации авто, и скорее всего устраивает автовладельца. Находясь же зимой в незнакомом месте, экспресс-анализ зимней солярки в морозную погоду можно провести описанным ниже нехитрым способом.

Нужно плеснуть немного горючего на промороженный кусок металла. Топливо не должно белеть, мутнеть и терять текучесть. Если горючее на глазах густеет и плохо стекает с металла – его качество в комментариях не нуждается. А вот если белеет и мутнеет – вам поможет знание того, что температура помутнения солярки должна быть всего на 5–10 градусов Цельсия выше температуры ее замерзания. Смотрите на градусник и делайте вывод. Устроит ли вас, если ваша солярка замерзнет, когда станет холоднее, чем сейчас всего на 10 ◦ С.

Поправочные коэффициенты на объем - бензин и смеси бензина и этанола

Выдано: Июль 2018 г.

Плотность при 15 ° C = 730 кг / м 3 (таблица 54B)

Дополнительную информацию о классах продукции см. В бюллетене V-18.

Коэффициенты поправки на объем до 15 ° C для использования со всеми сортами бензина и бензиновых смесей этанола (максимум 15% этанола)
Температура
° C
0 0,10 0.20 0,30 0,40 0,50 0. 60 0,70 0,80 0,90
-40 1.0672 1.0673 1.0674 1.0675 1.0677 1.0678 1.0679 1.0680 1.0681 1.0683
-39 1.0660 1.0661 1.0662 1.0664 1.0665 1.0666 1.0667 1.0668 1.0670 1.0671
-38 1.0648 1.0649 1.0650 1.0652 1.0653 1.0654 1.0655 1.0656 1.0658 1.0659
-37 1.0636 1.0637 1.0639 1.0640 1.0641 1.0642 1.0643 1.0645 1.0646 1.0647
-36 1.0624 1.0625 1.0627 1.0628 1.0629 1.0630 1.0631 1.0633 1.0634 1.0635
-35 1.0612 1.0613 1.0615 1.0616 1.0617 1.0618 1.0619 1.0621 1.0622 1.0623
-34 1.0600 1.0602 1.0603 1.0604 1.0605 1.0606 1.0608 1.0609 1.0610 1.0611
-33 1.0588 1.0590 1.0591 1.0592 1.0593 1.0594 1.0596 1.0597 1.0598 1.0599
-32 1,0576 1.0578 1.0579 1.0580 1.0581 1.0582 1.0584 1.0585 1.0586 1.0587
-31 1.0564 1.0566 1.0567 1.0568 1.0569 1.0570 1.0572 1.0573 1,0574 1.0575
-30 1.0552 1.0554 1.0555 1.0556 1.0557 1.0558 1.0560 1.0561 1.0562 1.0563
-29 1.0540 1.0542 1.0543 1.0544 1.0545 1.0546 1.0548 1.0549 1.0550 1.0551
-28 1.0528 1.0530 1.0531 1.0532 1.0533 1.0534 1.0536 1.0537 1.0538 1.0539
-27 1.0516 1.0518 1.0519 1.0520 1.0521 1.0522 1.0524 1.0525 1.0526 1.0527
-26 1.0504 1.0505 1.0507 1.0508 1.0509 1.0510 1.0511 1.0513 1.0514 1.0515
-25 1.0492 1.0493 1.0495 1.0496 1.0497 1.0498 1.0499 1.0501 1.0502 1.0503
-24 1.0480 1.0481 1.0483 1.0484 1.0485 1.0486 1.0487 1.0489 1.0490 1.0491
-23 ​​ 1.0468 1.0469 1.0470 1.0472 1.0473 1.0474 1.0475 1.0476 1.0478 1.0479
-22 1.0456 1.0457 1.0458 1.0460 1.0461 1.0462 1.0463 1.0464 1.0466 1.0467
-21 1.0444 1.0445 1.0446 1.0447 1.0449 1.0450 1.0451 1.0452 1.0453 1.0455
-20 1.0432 1.0433 1.0434 1.0435 1.0436 1.0438 1.0439 1.0440 1.0441 1.0443
-19 1.0419 1.0421 1.0422 1.0423 1.0424 1.0426 1.0427 1.0428 1.0429 1.0430
-18 1.0407 1.0409 1.0410 1.0411 1.0412 1.0413 1.0415 1.0416 1.0417 1.0418
-17 1.0395 1.0396 1.0398 1.0399 1.0400 1.0401 1.0402 1.0404 1.0405 1.0406
-16 1.0383 1.0384 1.0385 1.0387 1.0388 1.0389 1.0390 1.0392 1.0393 1.0394
-15 1.0371 1.0372 1.0373 1.0374 1.0376 1.0377 1.0378 1.0379 1.0381 1.0382
-14 1.0359 1.0360 1.0361 1.0362 1.0363 1.0365 1.0366 1.0367 1.0368 1.0370
-13 1.0346 1.0348 1.0349 1.0350 1.0351 1.0352 1.0354 1.0355 1.0356 1.0357
-12 1.0334 1.0335 1.0337 1.0338 1.0339 1.0340 1.0341 1.0343 1.0344 1.0345
-11 1.0322 1.0323 1.0324 1.0326 1.0327 1.0328 1.0329 1.0330 1.0332 1.0333
-10 1.0310 1.0311 1.0312 1.0313 1.0315 1.0316 1.0317 1.0318 1.0319 1.0321
-9 1.0297 1.0299 1.0300 1.0301 1.0302 1.0304 1.0305 1.0306 1.0307 1.0308
-8 1.0285 1.0286 1.0288 1.0289 1.0290 1.0291 1.0293 1.0294 1.0295 1.0296
-7 1.0273 1.0274 1.0275 1.0277 1.0278 1.0279 1.0280 1.0281 1.0283 1.0284
-6 1.0261 1.0262 1.0263 1.0264 1.0265 1.0267 1.0268 1.0269 1.0270 1.0272
-5 1.0248 1.0249 1.0251 1.0252 1.0253 1.0254 1.0256 1.0257 1.0258 1.0259
-4 1.0236 1.0237 1.0238 1.0240 1.0241 1.0242 1.0243 1.0245 1.0246 1.0247
-3 1.0224 1.0225 1.0226 1.0227 1.0229 1.0230 1.0231 1.0232 1.0233 1.0235
-2 1.0211 1.0213 1.0214 1.0215 1.0216 1.0217 1.0219 1.0220 1.0221 1.0222
-1 1.0199 1.0200 1.0201 1.0203 1.0204 1.0205 1.0206 1.0208 1.0209 1.0210
0 1.0187 1.0188 1.0189 1.0190 1.0192 1.0193 1.0194 1.0195 1.0196 1.0198
0 1.0187 1.0185 1.0184 1.0183 1.0182 1.0180 1.0179 1.0178 1.0177 1.0175
1 1.0174 1.0173 1.0172 1.0171 1.0169 1.0168 1.0167 1.0166 1.0164 1.0163
2 1.0162 1.0161 1.0159 1.0158 1.0157 1.0156 1.0154 1.0153 1.0152 1.0151
3 1.0149 1.0148 1.0147 1.0146 1.0144 1.0143 1.0142 1.0141 1.0140 1.0138
4 1.0137 1.0136 1.0135 1.0133 1.0132 1.0131 1.0130 1.0128 1.0127 1.0126
5 1.0125 1.0123 1.0122 1.0121 1.0120 1.0118 1.0117 1.0116 1.0115 1.0113
6 1.0112 1.0111 1.0110 1.0108 1.0107 1.0106 1.0105 1.0104 1.0102 1.0101
7 1.0100 1,0099 1,0097 1,0096 1,0095 1,0094 1,0092 1,0091 1,0090 1,0089
8 1.0087 1,0086 1,0085 1,0084 1,0082 1,0081 1,0080 1,0079 1,0077 1,0076
9 1,0075 1,0074 1,0072 1,0071 1,0070 1,0069 1,0067 1,0066 1,0065 1,0064
10 1.0062 1,0061 1,0060 1,0059 1,0057 1,0056 1,0055 1,0054 1,0052 1,0051
11 1,0050 1,0049 1,0047 1,0046 1,0045 1,0044 1,0042 1,0041 1,0040 1,0039
12 1.0037 1,0036 1,0035 1,0034 1,0032 1,0031 1,0030 1,0029 1,0028 1,0026
13 1,0025 1,0024 1,0023 1,0021 1,0020 1,0019 1,0018 1,0016 1,0015 1,0014
14 1.0013 1,0011 1,0010 1.0009 1.0008 1.0006 1.0005 1.0004 1.0003 1.0001
15 1,0000 0,9999 0,9997 0,9996 0,9995 0,9994 0,9992 0,9991 0,9990 0,9989
16 0.9987 0,9986 0,9985 0,9984 0,9982 0,9981 0,9980 0,9979 0,9977 0,9976
17 0,9975 0,9974 0,9972 0,9971 0,9970 0,9969 0,9967 0,9966 0,9965 0,9964
18 0.9962 0,9961 0,9960 0,9959 0,9957 0,9956 0,9955 0,9954 0,9952 0,9951
19 0,9950 0,9949 0,9947 0,9946 0,9945 0,9944 0,9942 0,9941 0,9940 0,9939
20 0.9937 0,9936 0,9935 0,9934 0,9932 0,9931 0,9930 0,9929 0,9927 0,9926
21 0,9925 0,9924 0,9922 0,9921 0,9920 0,9918 0,9917 0,9916 0,9915 0,9913
22 0.9912 0,9911 0,9910 0,9908 0,9907 0,9906 0,9905 0,9903 0,9902 0,9901
23 0,9900 0,9898 0,9897 0,9896 0,9895 0,9893 0,9892 0,9891 0,9890 0,9888
24 0.9887 0,9886 0,9885 0,9883 0,9882 0,9881 0,9879 0,9878 0,9877 0,9876
25 0,9874 0,9873 0,9872 0,9871 0,9869 0,9868 0,9867 0,9866 0,9864 0,9863
26 0.9862 0,9861 0,9859 0,9858 0,9857 0,9856 0,9854 0,9853 0,9852 0,9850
27 0,9849 0,9848 0,9847 0,9845 0,9844 0,9843 0,9842 0,9840 0,9839 0,9838
28 0.9837 0,9835 0,9834 0,9833 0,9832 0,9830 0,9829 0,9828 0,9826 0,9825
29 0,9824 0,9823 0,9821 0,9820 0,9819 0,9818 0,9816 0,9815 0,9814 0,9813
30 0.9811 0,9810 0,9809 0,9808 0,9806 0,9805 0,9804 0,9802 0,9801 0,9800
31 0,9799 0,9797 0,9796 0,9795 0,9794 0,9792 0,9791 0,9790 0,9789 0,9787
32 0.9786 0,9785 0,9783 0,9782 0,9781 0,9780 0,9778 0,9777 0,9776 0,9775
33 0,9773 0,9772 0,9771 0,9770 0,9768 0,9767 0,9766 0,9764 0,9763 0,9762
34 0.9761 0,9759 ​​ 0,9758 0,9757 0,9756 0,9754 0,9753 0,9752 0,9751 0,9749
35 0,9748 0,9747 0,9745 0,9744 0,9743 0,9742 0,9740 0,9739 0,9738 0,9737
36 0.9735 0,9734 0,9733 0,9731 0,9730 0,9729 0,9728 0,9726 0,9725 0,9724
37 0,9723 0,9721 0,9720 0,9719 0,9718 0,9716 0,9715 0,9714 0,9712 0,9711
38 0.9710 0,9709 0,9707 0,9706 0,9705 0,9704 0,9702 0,9701 0,9700 0,9698
39 0,9697 0,9696 0,9695 0,9693 0,9692 0,9691 0,9690 0,9688 0,9687 0,9686
40 0.9684 0,9683 0,9682 0,9681 0,9679 0,9678 0,9677 0,9676 0,9674 0,9673
41 0,9672

Плотность при 15 ° C = 730 кг / м 3

Значения рассчитаны согласно стандарту API 2540 (1980), глава 11.1

Чтобы получить чистый объем жидкости при 15 ° C, умножьте нескомпенсированные показания счетчика на поправочный коэффициент объема, который соответствует среднему значению.

Топливо - Плотность и удельный объем

Плотность - ρ - и удельный объем некоторых обычно используемых видов топлива:

Топливо Плотность при 15 ° C
- ρ -
Удельный объем
- v -
(кг / м 3 ) (фунт / фут 3 ) 3 /1000 кг) (фут 3) за тонну)
Антрацит 720-850 45-53 1.2 - 1,4 42-50
Каменный уголь 690-800 43-50 1,2 - 1,5 45-52
Бутан (газ) 2,5 0,16 400 14100
Древесный уголь, твердая древесина 149 9,3 6,7 240
Древесный уголь мягких пород 216 13,5 4.6 165
Кокс 375-500 23,5 - 31 2,0 - 2,7 72-95
Дизель 1D 1) 875 54,6 1,14 40,4
Дизель 2D 1) 849 53 1,18 41,6
Дизель 4D 1) 959 59,9 1.04 36,8
EN 590 Дизель 2) 820-845 51-53 1,18-1,22

42-43

Газойль 825-900 51-56 1,1-1,2 36-43
Бензин 715-780

45-49

1,3-1,4 45-49
Мазут № 1 3) 750-850 47-53 1.2-1,3 42-47
Мазут №2 3) 810-940 51-59 1,1-1,2 38-44
Мазут тяжелый 800-1010 50-63 1,0-1,3 35-44
Керосин 775-840 48-52 1,2-1,3 42-46
Природный газ ( газ) 0,7 - 0,9 0.04-0.06 1110-1430 39200-50400
Торф 310-400 19,5 - 25 2,5 - 3,2 90-115
Пропан (газ) 1,7 0,11 590 20800
Древесина 360-385 22,5 - 24 2,5 - 2,8

90-100

Примечание 1) Дизельное топливо в США разбито на 3 разных класса: 1D, 2D и 4D .Разница между этими классами зависит от вязкости и диапазонов температур кипения . Топливо 4D обычно используется в тихоходных двигателях. Топливо 2D используется в более теплую погоду и иногда смешивается с топливом 1D для создания подходящего зимнего топлива. Топливо 1D предпочтительнее для холодной погоды, так как оно имеет более низкую вязкость. Раньше было стандартно видеть номер топлива на насосе, но на многих заправочных станциях больше не указывается номер топлива.

Примечание 2) Европейский стандарт на дизельное топливо от 2005 г.

Примечание 3) Мазут - это продукт с множеством классов и классов, а также с различными спецификациями на разных рынках. Приведенные диапазоны плотности представляют собой вариации, однако некоторые продукты могут выходить за пределы этих диапазонов.

Калькулятор плотности воздуха - Что такое плотность воздуха?

Определение плотности воздуха - какова формула плотности воздуха?

Основное определение плотности воздуха очень похоже на общее определение плотности.Он говорит нам, сколько весит определенный объем воздуха. Мы можем выразить это следующей формулой плотности воздуха:

ρ = масса воздуха / объем

Из приведенного выше уравнения можно предположить, что плотность воздуха - это постоянная величина, которая описывает определенное свойство газа. Однако плотность каждого вещества (твердых тел, жидкостей, газов) зависит, сильнее или слабее, не только химического состава вещества , но также и от внешних условий , таких как давление и температура.

Из-за этих зависимостей и того факта, что атмосфера Земли содержит различные газы (в основном, азот, кислород, аргон и водяной пар ), определение плотности воздуха требует дальнейшего расширения. В наш калькулятор плотности воздуха была внесена соответствующая модификация: формула плотности воздуха указана в разделе «Как рассчитать плотность воздуха?».

Кстати, хотелось бы поднять интересный момент. Что вы думаете? Влажный воздух тяжелее или легче сухого? Правильный ответ может быть не таким интуитивным, как вы думаете вначале.Фактически, : чем больше водяного пара мы добавляем в воздух, тем менее плотным он становится! Вам может быть трудно в это поверить, но мы попытаемся убедить вас несколькими логическими аргументами.

Прежде всего, нам нужно обратиться к закону Авогадро , который гласит, что

равные объемы всех газов, при одинаковой температуре и давлении, имеют одинаковое количество молекул.

Представьте, что вы помещаете сухой воздух в контейнер с фиксированным объемом, температурой и давлением.В состав идеально сухого воздуха входят:

  • 78% молекул азота N₂ , который имеет два атома N с атомным весом 14 u (общий вес 28 u),
  • 21% молекул кислорода O₂ , который имеет два атома O с атомным весом 16 u (общий вес 32 u), и
  • 1% молекул аргона Ar ( Ar имеет один атом с атомной массой 39,8 u).

Обратите внимание, что каждая указанная молекула тяжелее или равна 18 ед.Теперь добавим несколько молекул водяного пара в газ с общим атомным весом 18 u ( H₂O - два атома водорода 1 u и один кислород 16 u). Согласно закону Авогадро, общее количество молекул в емкости остается неизменным при тех же условиях (объем, давление, температура). Это означает, что молекулы водяного пара должны заменить азот, кислород или аргон. Поскольку молекулы H₂O легче других газов, общая масса газа уменьшается, что также снижает плотность воздуха.

(PDF) Температурная зависимость плотности и кинематической вязкости бензина, биоэтанола и их смесей

Плотность и кинематическая вязкость различных видов топлива

От 40 ° C до 89% значения образца, измеренного при –10 ° C. Для

плотность биоэтанола уменьшилась при нагревании при 40 ° C до 70% от значения

образца, измеренного при –10 ° C. Поведение функции

было более нелинейным при более высокой концентрации биоэтанола

в бензине.

Выводы: Из приведенных выше результатов этого эксперимента

пришел к выводу, что а) с увеличением температуры смесей плотность

уменьшалась, и б) с увеличением температуры

смесей кинематическая вязкость снижалась. Кинематическая вязкость

еще больше снизилась при более высокой концентрации

биоэтанола в обычном бензине. Поведение функции

было более нелинейным при более высокой концентрации биоэтанола

в бензине.Температурная зависимость плотности и кинематической вязкости топлива

моделировалась с использованием полинома

2-й степени и экспоненциальной функции. Коэффициенты детерминации

достигли очень высоких значений, от 0,89 до

0,99.

Благодарности: Исследование поддержано проектом

ТП 5/2013 «Применение неразрушающих методов

технической диагностики в агротехнике», финансируемого ИГА АФ МЕНДЕЛУ

.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Альптекин, Э. и М. Чанакчи. 2008. Определение плотности

и вязкости смесей биодизель – дизельное топливо

. Возобновляемая энергия 33: 2623–2630.

Chiu, H., S. Tsai, P. Chen, Y. Liao, S. Liou, T. Wu and C.

Yang. 2011: Транспортное загрязнение воздуха и риск смерти от рака желудка

на Тайване: плотность заправочных станций как индикатор воздействия загрязнителей воздуха

.Журнал

Токсикология и гигиена окружающей среды - Часть A: Текущие выпуски

74 (18): 1215–1224.

Kumbár, V. and P. Dostál. 2013. Масляная присадка и ее действие.

Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae

Mendelianae Brunensis 61 (3): 691–697.

Кумбар В., П. Достал и Й. Вотава. 2013a. Кинематическая вязкость

и напряжение сдвига отработанного моторного масла. J. Agric.

Sci. Technol. А. 3 (12): с.982–988.

Кумбар В., А. Полькар и Й. Чупера. 2013b. Реологические

профилей смесей новых и отработанных моторных масел. Acta

Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae

Brunensis 61 (1): 115–122.

Laesecke, A., T.J. Фортин и Дж.Д. Сплетт. 2012. Измерения плотности

скорости звука и вязкости эталонных материалов

для биотоплива. Энергия и топливо

26 (3): 1844–1861.

Мерола, С.С., Дж. Валентино, К. Торнаторе и Л. Марчитто.

2013. Спектроскопические измерения в цилиндре

детонационного сгорания двигателя

, работающего на смеси бутанол-бензин

. Энергия 62: 150–161.

Мерфи Ф., К. Макдоннелл, Э. Батлер и Г. Девлин. 2012.

Оценка вязкости и плотности смесей

Cyn-дизельное пиролизное топливо с обычным дизельным топливом

в отношении соответствия техническим условиям на топливо EN

590: 2009.Топливо 91: 112–118.

Park, S.H., I.M. Youn, Y. Lim и C.S. Lee. 2012. Влияние дизельного топлива, смешанного с биоэтанолом,

и нагрузки двигателя на характеристики распыления, горение

и выбросы в двигателе с воспламенением от сжатия

. Energy and Fuels 26 (8):

5135–5145

Polcar, A., A. Skřivánek и J. Čupera. 2013. Эксплуатация

автомобильных двигателей на биотопливе Е85. MECCA

10 (2): 264–276.

Полкар, А., М. Чак, Я. Чупера и П. Седлак. 2012. Влияние сгорания биотоплива

E85 на расход топлива в двигателях с искровым зажиганием

. Acta Universitatis Agriculturae et

Silviculturae Mendelianae Brunensis 60 (5): 173–180.

Салдана Д.А., Л. Старк, П. Мужен, Б. Руссо, Н.

Феррандо и Б. Кретон. 2012. Прогноз плотности и вязкости

биотопливных соединений с использованием методов машинного обучения

. Энергия и топливо 26 (4): 2416–2426.

Serras-Pereira, J., P.G. Алейферис, Х.Л. Уолмсли, Т.Дж.

Дэвис и Р.Ф. Кракнелл. 2013. Тепловой поток

характеристика столкновения распылительной стенки с этанолом,

бутанолом, изооктаном, бензином и топливом Е10.

International Journal of Heat and Fluid Flow 44: 662–

683.

Шанмугам П., В. Сивакумар, А. Муругесан и К.

Умарани. 2011. Экспериментальное исследование дизельного двигателя

с использованием гибридных топливных смесей.Int. J. Green Energy 8 (6):

655–668.

Соучек, Ю. 2009. Биодизель - перспективы производства и потребления

в Чешской Республике. Топливо 1: 12–15. (на

чешском языке)

Валенте, О.С., В.М.Д. Pasa, C.R.P. Бельчиор и Дж.Р. Содре.

2011. Физико-химические свойства отработанного кулинарного масла

Смеси биодизельного топлива и касторового масла. Топливо 90: 1700–

1702.

Йылмаз, Н. 2011. Температурно-зависимая вязкость

соотношения растительных масел и смесей биотопливо-дизельное топливо

.Биомасса и биоэнергетика 35 (7): 2936–2938.

Термическое расширение твердых тел и жидкостей

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите и опишите тепловое расширение.
  • Рассчитайте линейное расширение объекта с учетом его начальной длины, изменения температуры и коэффициента линейного расширения.
  • Рассчитайте объемное расширение объекта с учетом его исходного объема, изменения температуры и коэффициента объемного расширения.
  • Рассчитайте термическое напряжение на объекте с учетом его исходного объема, изменения температуры, изменения объема и модуля объемной упругости.

Рис. 1. Подобные термические компенсаторы на мосту Окленд Харбор-Бридж в Новой Зеландии позволяют мостам изменять длину без потери устойчивости. (Источник: Ингольфсон, Wikimedia Commons)

Расширение спирта в градуснике - один из многих часто встречающихся примеров теплового расширения , изменения размера или объема данной массы в зависимости от температуры.Горячий воздух поднимается вверх, потому что его объем увеличивается, что приводит к тому, что плотность горячего воздуха меньше плотности окружающего воздуха, вызывая подъемную (восходящую) силу на горячий воздух. То же самое происходит со всеми жидкостями и газами, вызывая естественный теплоперенос вверх в домах, океанах и погодных системах. Твердые тела также подвергаются тепловому расширению. Например, железнодорожные пути и мосты имеют компенсаторы, позволяющие им свободно расширяться и сжиматься при изменении температуры.

Каковы основные свойства теплового расширения? Во-первых, тепловое расширение явно связано с изменением температуры.Чем больше изменение температуры, тем больше будет гнуться биметаллическая полоса. Во-вторых, это зависит от материала. В термометре, например, расширение спирта намного больше, чем расширение содержащего его стекла.

Какова основная причина теплового расширения? Как обсуждается в «Кинетической теории: атомное и молекулярное объяснение давления и температуры», повышение температуры означает увеличение кинетической энергии отдельных атомов. В твердом теле, в отличие от газа, атомы или молекулы плотно упакованы вместе, но их кинетическая энергия (в виде небольших быстрых колебаний) отталкивает соседние атомы или молекулы друг от друга.Это перемещение между соседними объектами приводит к увеличению расстояния между соседями в среднем и увеличению размера всего тела. Для большинства веществ в обычных условиях нет предпочтительного направления, и повышение температуры увеличит размер твердого вещества на определенную долю в каждом измерении.

Линейное тепловое расширение - тепловое расширение в одном измерении

Изменение длины Δ L пропорционально длине L .Зависимость теплового расширения от температуры, вещества и длины резюмируется в уравнении Δ L = αL Δ T , где Δ L - изменение длины L , Δ T - величина изменение температуры, и α - это коэффициент линейного расширения , который незначительно изменяется в зависимости от температуры.

В таблице 1 приведены типичные значения коэффициента линейного расширения, которые могут иметь единицы 1 / ºC или 1 / K.Поскольку величина кельвина и градуса Цельсия одинакова, значения α и Δ T могут быть выражены в кельвинах или градусах Цельсия. Уравнение Δ L = αL Δ T является точным для небольших изменений температуры и может использоваться для больших изменений температуры, если используется среднее значение α .

Таблица 1. Коэффициенты теплового расширения при 20ºC
Материал Коэффициент линейного расширения α (1 / ºC) Коэффициент объемного расширения β (1 / ºC)
Твердые тела
Алюминий 25 × 10 - 6 75 × 10 - 6
Латунь 19 × 10 - 6 56 × 10 - 6
Медь 17 × 10 - 6 51 × 10 - 6
Золото 14 × 10 - 6 42 × 10 - 6
Железо или сталь 12 × 10 - 6 35 × 10 - 6
Инвар (железо-никелевый сплав) 0.9 × 10 - 6 2,7 × 10 - 6
Свинец 29 × 10 - 6 87 × 10 - 6
Серебро 18 × 10 - 6 54 × 10 - 6
Стекло (обычное) 9 × 10 - 6 27 × 10 - 6
Стекло (Pyrex®) 3 × 10 - 6 9 × 10 - 6
Кварц 0.4 × 10 - 6 1 × 10 - 6
Бетон, Кирпич ~ 12 × 10 - 6 ~ 36 × 10 - 6
Мрамор (средний) 2,5 × 10 - 6 7,5 × 10 - 6
Жидкости
Эфир 1650 × 10 - 6
Спирт этиловый 1100 × 10 - 6
Бензин 950 × 10 - 6
Глицерин 500 × 10 - 6
Меркурий 180 × 10 - 6
Вода 210 × 10 - 6
Газы
Воздух и большинство других газов при атмосферном давлении 3400 × 10 - 6

Пример 1.Расчет линейного теплового расширения: мост Золотые Ворота

Главный пролет моста Золотые Ворота в Сан-Франциско составляет 1275 м в самые холодные дни. Мост подвергается воздействию температур от до от 15 ° C до 40 ° C. Каково его изменение длины между этими температурами? Предположим, что мост полностью стальной.

Стратегия

Используйте уравнение линейного теплового расширения Δ L = α L Δ T , чтобы рассчитать изменение длины, Δ L .{\ circ} \ text {C} \ right) = 0,84 \ text {m} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это изменение длины заметно, хотя и невелико по сравнению с длиной моста. Обычно он распространяется на многие компенсаторы, поэтому расширение в каждом стыке невелико.

Тепловое расширение в двух и трех измерениях

Объекты расширяются во всех измерениях, как показано на рисунке 2. То есть их площадь и объем, а также их длина увеличиваются с температурой.Отверстия также увеличиваются с увеличением температуры. Если вы прорежете отверстие в металлической пластине, оставшийся материал расширится точно так же, как если бы заглушка все еще была на месте. Заглушка станет больше, а значит, и отверстие должно стать больше. (Представьте, что кольцо соседних атомов или молекул на стенке отверстия толкает друг друга дальше друг от друга при повышении температуры. Очевидно, что кольцо соседей должно становиться немного больше, поэтому отверстие становится немного больше).

Тепловое расширение в двух измерениях

Для небольших изменений температуры изменение площади Δ A определяется как Δ A = 2αAΔ T , где Δ A - изменение площади A , Δ T - изменение температуры , а α - коэффициент линейного расширения, который незначительно меняется в зависимости от температуры.

Рис. 2. В общем, объекты расширяются во всех направлениях при повышении температуры. На этих чертежах исходные границы объектов показаны сплошными линиями, а расширенные границы - пунктирными линиями. (а) Площадь увеличивается из-за увеличения как длины, так и ширины. Увеличивается и площадь круглой пробки. (b) Если заглушку удалить, оставшееся отверстие становится больше с повышением температуры, как если бы расширяющаяся заглушка все еще оставалась на месте. (c) Объем также увеличивается, потому что все три измерения увеличиваются.

Тепловое расширение в трех измерениях

Изменение объема Δ V очень близко Δ V = 3 α V Δ T . Это уравнение обычно записывается как Δ V = βV Δ T , где β - коэффициент объемного расширения и β ≈ 3α. Обратите внимание, что значения β в таблице 1 почти точно равны 3α.

Обычно объекты расширяются с повышением температуры.Вода - самое важное исключение из этого правила. Вода расширяется с повышением температуры (ее плотность уменьшается ), когда она находится при температуре выше 4ºC (40ºF). Однако он расширяется с , понижая температуру , когда она составляет от + 4 ° C до 0 ° C (от 40 ° F до 32 ° F). Вода самая плотная при + 4ºC. (См. Рис. 3.) Возможно, самым поразительным эффектом этого явления является замерзание воды в пруду. Когда вода у поверхности охлаждается до 4ºC, она становится плотнее, чем оставшаяся вода, и поэтому опускается на дно.Этот «оборот» приводит к образованию более теплой воды у поверхности, которая затем охлаждается. В конце концов, пруд имеет постоянную температуру 4ºC. Если температура в поверхностном слое опускается ниже 4ºC, вода становится менее плотной, чем вода внизу, и, таким образом, остается наверху. В результате поверхность водоема может полностью промерзнуть. Лед поверх жидкой воды обеспечивает изолирующий слой от резких зимних температур наружного воздуха. Рыба и другие водные животные могут выжить в воде с температурой 4ºC подо льдом из-за этой необычной характеристики воды.Он также обеспечивает циркуляцию воды в пруду, что необходимо для здоровой экосистемы водоема.

Рис. 3. Плотность воды как функция температуры. Обратите внимание, что тепловое расширение на самом деле очень мало. Максимальная плотность при + 4ºC только на 0,0075% больше, чем плотность при 2ºC, и на 0,012% больше, чем при 0ºC.

Установление соединений: соединения в реальном мире - заполнение бака

Рис. 4. Поскольку при повышении температуры газ расширяется больше, чем бензобак, вы не можете проехать столько миль на «пустом» летом, как зимой.(Источник: Гектор Алехандро, Flickr)

Различия в тепловом расширении материалов могут привести к интересным эффектам на заправочной станции. Один из примеров - капание бензина из свежезалитого бака в жаркий день. Бензин начинается при температуре земли под заправочной станцией, которая ниже, чем температура воздуха наверху. Бензин охлаждает стальной бак при его наполнении. Как бензин, так и стальной бак расширяются, когда они нагреваются до температуры воздуха, но бензин расширяется намного больше, чем сталь, и поэтому он может переливаться через край.

Эта разница в расширении также может вызвать проблемы при интерпретации показаний датчика бензина. Фактическое количество (масса) бензина, оставшегося в баке, когда манометр показывает «пустой», летом намного меньше, чем зимой. Бензин имеет тот же объем, что и зимой, когда горит лампочка «долейте топлива», но из-за того, что бензин расширился, масса меньше. Если вы привыкли зимой пробегать еще 40 миль «пусто», будьте осторожны - летом вы, вероятно, выбегаете намного быстрее.

Пример 2. Расчет теплового расширения: газ в сравнении с газовым баллоном

Предположим, ваш стальной бензобак объемом 60,0 л (15,9 галлона) заполнен бензином, поэтому температура и бака, и бензина составляет 15,0 ° C. Сколько бензина вылилось к тому времени, когда они нагрелись до 35,0ºC?

Стратегия

Бак и бензин увеличиваются в объеме, но бензин увеличивается больше, поэтому количество пролитого является разницей в изменении их объема. (Бензобак можно рассматривать как стальной.) Мы можем использовать уравнение для объемного расширения, чтобы рассчитать изменение объема бензина и бака.

Решение
  1. Используйте уравнение для увеличения объема, чтобы рассчитать увеличение объема стального резервуара: Δ V с = β с V с Δ T .
  2. Увеличение объема бензина определяется следующим уравнением: Δ V газ = β газ V газ Δ T .
  3. Найдите разницу в объеме, чтобы определить количество разлитого V разлив = Δ V газ - Δ V s .

В качестве альтернативы мы можем объединить эти три уравнения в одно уравнение. {\ circ} \ text {C} \ right] \ left (\ text {60} \ text {.{\ circ} \ text {C} \ right) \\ & = & 1 \ text {.} \ text {10} \ text {L} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это значительное количество, особенно для резервуара объемом 60,0 л. Эффект такой поразительный, потому что бензин и сталь быстро расширяются. Скорость изменения тепловых свойств обсуждается в главе «Тепло и методы теплопередачи».

Если вы попытаетесь плотно закрыть резервуар, чтобы предотвратить переполнение, вы обнаружите, что он все равно протекает либо вокруг крышки, либо в результате разрыва резервуара.Сильное сжатие расширяющегося газа эквивалентно его сжатию, и как жидкости, так и твердые тела сопротивляются сжатию с чрезвычайно большими силами. Чтобы избежать разрыва жестких контейнеров, в этих контейнерах есть воздушные зазоры, которые позволяют им расширяться и сжиматься, не нагружая их.

Термическое напряжение

Термическое напряжение создается в результате теплового расширения или сжатия (обсуждение напряжения и деформации см. В разделе «Эластичность: напряжение и деформация»). Термическое напряжение может быть разрушительным, например, когда бензин разрывает бак при расширении.Это также может быть полезно, например, когда две части соединяются вместе путем нагревания одной при производстве, затем надевания ее на другую и охлаждения комбинации. Термический стресс может объяснить многие явления, такие как выветривание скал и тротуаров из-за расширения льда при замерзании.

Пример 3. Расчет термического напряжения: давление газа

Какое давление будет создано в бензобаке, рассмотренном в примере 2, если температура бензина повысится с 15?От 0 ° C до 35,0 ° C без возможности расширения? Предположим, что модуль объемной упругости B для бензина составляет 1,00 × 10 9 Н / м 2 .

Стратегия

Чтобы решить эту проблему, мы должны использовать следующее уравнение, которое связывает изменение объема Δ V с давлением:

[латекс] \ Delta {V} = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} V_0 \\ [/ latex]

, где [латекс] \ frac {F} {A} \\ [/ latex] - давление, V 0 - исходный объем, а B - модуль объемной упругости рассматриваемого материала.Мы будем использовать количество, пролитое в Примере 2, как изменение объема, Δ V .

Решение
  1. Измените уравнение для расчета давления: [латекс] P = \ frac {F} {A} = \ frac {\ Delta {V}} {V_0} B \\ [/ latex].
  2. Вставьте известные значения. Модуль объемной упругости для бензина составляет B = 1,00 × 10 9 Н / м 2 . В предыдущем примере изменение объема Δ V = 1,10 л - это количество, которое может разлиться. Здесь V 0 = 60.7 \ text {Pa} \\ [/ latex].
Обсуждение

Это давление составляет около 2500 фунтов / дюйм 2 , намного на больше, чем может выдержать бензобак.

Силы и давления, создаваемые термическим напряжением, обычно такие же большие, как в приведенном выше примере. Железнодорожные пути и дороги могут деформироваться в жаркие дни, если у них нет достаточных компенсационных швов. (См. Рис. 5.) Линии электропередач провисают больше летом, чем зимой, и в холодную погоду они лопнут, если провисания недостаточно.Трещины в оштукатуренных стенах открываются и закрываются по мере того, как дом нагревается и остывает. Стеклянные сковороды треснут при быстром или неравномерном охлаждении из-за различного сжатия и создаваемых им напряжений. (Pyrex® менее чувствителен из-за своего малого коэффициента теплового расширения.) Сосуды под давлением ядерных реакторов находятся под угрозой из-за чрезмерно быстрого охлаждения, и, хотя ни один из них не вышел из строя, некоторые из них охлаждались быстрее, чем считалось желательным. Биологические клетки разрываются при замораживании продуктов, что ухудшает их вкус.Повторные оттаивания и замораживания усугубляют ущерб. Даже океаны могут быть затронуты. Значительная часть повышения уровня моря в результате глобального потепления происходит из-за теплового расширения морской воды.

Рис. 5. Термическое напряжение способствует образованию выбоин. (кредит: Editor5807, Wikimedia Commons)

Металл регулярно используется в человеческом теле для имплантатов бедра и колена. Большинство имплантатов со временем необходимо заменять, потому что, помимо прочего, металл не сцепляется с костью.Исследователи пытаются найти более качественные металлические покрытия, которые позволили бы соединить металл с костью. Одна из проблем - найти покрытие с коэффициентом расширения, аналогичным коэффициенту расширения металла. Если коэффициенты расширения слишком разные, термические напряжения во время производственного процесса приводят к трещинам на границе раздела покрытие-металл.

Другой пример термического стресса - во рту. Зубные пломбы могут расширяться иначе, чем зубная эмаль. Может вызывать боль при поедании мороженого или горячем напитке.В наполнении могут образоваться трещины. На смену металлическим пломбам (золото, серебро и др.) Приходят композитные пломбы (фарфор), которые имеют меньший коэффициент расширения и ближе к зубам.

Проверьте свое понимание

Два блока, A и B, сделаны из одного материала. Блок A имеет размеры л × ш × в = л × 2 л × л , а блок B имеет размеры 2 л × 2 л × 2 л .Если температура изменится, что будет

  1. изменение объема двух блоков,
  2. изменение площади поперечного сечения l × w и
  3. изменение высоты h двух блоков?

Рисунок 6.

Решение
  1. Изменение громкости пропорционально исходной громкости. Блок A имеет объем л × 2 л × л = 2 л 3 . Блок B имеет объем 2 л × 2 л × 2 L = 8 л 3 , , что в 4 раза больше, чем у блока A. Таким образом, изменение объема блока B должно быть в 4 раза больше изменения объема блока А.
  2. Изменение площади пропорционально площади. Площадь поперечного сечения блока A составляет л × 2 л = 2 л 2 , , а у блока B 2 л × 2 л = 4 л 2 .Поскольку площадь поперечного сечения блока B вдвое больше, чем у блока A, изменение площади поперечного сечения блока B вдвое больше, чем у блока A.
  3. Изменение высоты пропорционально исходной высоте. Поскольку исходная высота блока B вдвое больше, чем у A, изменение высоты блока B вдвое больше, чем у блока A.

Сводка раздела

  • Термическое расширение - это увеличение или уменьшение размера (длины, площади или объема) тела из-за изменения температуры.
  • Тепловое расширение велико для газов и относительно невелико, но им нельзя пренебречь, для жидкостей и твердых тел.
  • Линейное тепловое расширение составляет Δ L = α L Δ T , где Δ L - изменение длины L , Δ T - изменение температуры, а α - коэффициент линейного расширение, которое незначительно меняется в зависимости от температуры.
  • Изменение площади из-за теплового расширения составляет Δ A = 2α A Δ T , где Δ A - изменение площади.
  • Изменение объема из-за теплового расширения составляет Δ V = βV Δ T , где β - коэффициент объемного расширения, а β ≈ 3α. Тепловое напряжение создается, когда ограничивается тепловое расширение.

Концептуальные вопросы

  1. Термические нагрузки, вызванные неравномерным охлаждением, могут легко разбить стеклянную посуду. Объясните, почему Pyrex®, стекло с небольшим коэффициентом линейного расширения, менее восприимчиво.
  2. Вода значительно расширяется при замерзании: происходит увеличение объема примерно на 9%. В результате этого расширения и из-за образования и роста кристаллов при замерзании воды от 10% до 30% биологических клеток разрываются при замораживании материала животного или растительного происхождения. Обсудите последствия этого повреждения клеток для перспективы сохранения человеческих тел путем замораживания, чтобы их можно было разморозить в будущем, когда есть надежда, что все болезни излечимы.
  3. Один из методов обеспечения плотной посадки, например металлического штифта в отверстии в металлическом блоке, заключается в изготовлении штифта немного большего размера, чем отверстие.Затем вставляется колышек, когда температура отличается от температуры блока. Должен ли блок быть горячее или холоднее стержня во время вставки? Поясните свой ответ.
  4. Действительно ли помогает пролить горячую воду на плотную металлическую крышку стеклянной банки, прежде чем пытаться ее открыть? Поясните свой ответ.
  5. Жидкости и твердые тела расширяются при повышении температуры, потому что увеличивается кинетическая энергия атомов и молекул тела. Объясните, почему некоторые материалы сжимаются при повышении температуры.

Задачи и упражнения

  1. Высота памятника Вашингтону составляет 170 м в день при температуре 35 ° С.0ºC. Какой будет его высота в день, когда температура опустится до –10,0ºC? Хотя памятник сделан из известняка, предположим, что его коэффициент теплового расширения такой же, как у мрамора.
  2. Насколько выше Эйфелева башня становится в конце дня, когда температура повышается на 15ºC? Его первоначальная высота составляет 321 м, и можно предположить, что он сделан из стали.
  3. Как изменится длина столба ртути длиной 3,00 см, если его температура изменится с 37?От 0 ° C до 40,0 ° C, если ртуть не ограничена?
  4. Насколько большой следует оставлять компенсационный зазор между стальными железнодорожными рельсами, если они могут достигать максимальной температуры на 35,0 ° C выше, чем при укладке? Их первоначальная длина - 10,0 м.
  5. Вы хотите приобрести небольшой участок земли в Гонконге. Цена «всего» 60 000 долларов за квадратный метр! В праве собственности на землю указано, что его размеры составляют 20 м × 30 м. Насколько изменилась бы общая цена, если бы вы измерили посылку стальной рулеткой в ​​день, когда температура была на 20ºC выше нормы?
  6. Глобальное потепление вызовет повышение уровня моря отчасти из-за таяния ледяных шапок, но также из-за расширения воды по мере повышения средней температуры океана.Чтобы получить некоторое представление о величине этого эффекта, рассчитайте изменение длины водяного столба высотой 1,00 км при повышении температуры на 1,00 ° C. Обратите внимание, что этот расчет является приблизительным, потому что потепление океана не равномерно по глубине.
  7. Покажите, что 60,0 л бензина при первоначальной температуре 15,0 ° C расширится до 61,1 л при нагревании до 35,0 ° C, как заявлено в Примере 2.
  8. (a) Предположим, что метрическая штанга из стали и штанга из инвара (сплава железа и никеля) имеют одинаковую длину при 0ºC.Какова их разница в длине при 22,0ºC? (b) Повторите расчет для двух геодезических лент длиной 30,0 м.
  9. (a) Если стеклянный стакан емкостью 500 мл заполнить до краев этиловым спиртом при температуре 5,00 ° C, сколько его будет переливаться, когда его температура достигнет 22,0 ° C? б) Насколько меньше воды могло бы перелиться через край при тех же условиях?
  10. В большинстве автомобилей есть резервуар для охлаждающей жидкости для сбора радиаторной жидкости, которая может перелиться через край при горячем двигателе. Радиатор сделан из меди и залит на 16.Емкость 0 л при температуре 10,0 ° C. Какой объем радиаторной жидкости переполнится, когда радиатор и жидкость достигнут своей рабочей температуры 95,0ºC, учитывая, что объемный коэффициент расширения жидкости составляет β = 400 × 10 –6 / ºC? Обратите внимание, что этот коэффициент является приблизительным, потому что большинство автомобильных радиаторов имеют рабочие температуры выше 95,0 ° C.
  11. Физик делает чашку растворимого кофе и замечает, что по мере остывания кофе его уровень в стеклянной чашке падает на 3,00 мм.Покажите, что это уменьшение не может быть связано с термическим сжатием, рассчитав снижение уровня, если 350 см3 кофе находится в чашке диаметром 7,00 см, а температура снижается с 95,0 ° C до 45,0 ° C. (Большая часть падения уровня происходит из-за выхода пузырьков воздуха.)
  12. (a) Плотность воды при 0ºC составляет почти 1000 кг / м3 (на самом деле 999,84 кг / м 3 ), тогда как плотность льда при 0ºC составляет 917 кг / м 3 . Рассчитайте давление, необходимое для предотвращения расширения льда при замерзании, пренебрегая влиянием такого большого давления на температуру замерзания.(Эта проблема дает вам лишь представление о том, насколько велики могут быть силы, связанные с замораживанием воды.) (Б) Каковы последствия этого результата для замороженных биологических клеток?
  13. Покажите, что β ≈ 3α, вычислив изменение объема Δ V куба со сторонами длиной L .

Глоссарий

тепловое расширение: изменение размера или объема объекта при изменении температуры

коэффициент линейного расширения: α, изменение длины на единицу длины при изменении температуры на 1 ° C; константа, используемая при расчете линейного расширения; коэффициент линейного расширения зависит от материала и в некоторой степени от температуры материала

коэффициент объемного расширения: β , изменение объема на единицу объема при изменении температуры на 1 ° C

термическое напряжение: напряжение, вызванное тепловым расширением или сжатием

Избранные ответы на задачи и упражнения

1.{\ circ} \ text {C} \ right) \ right] \\ & = & \ text {61} \ text {.} 1 \ text {L} \ end {array} \\ [/ latex]

9. (а) 9,35 мл; (б) 7,56 мл

11. 0,832 мм

13. Мы знаем, как длина изменяется в зависимости от температуры: Δ L = α L 0 Δ T . Также известно, что объем куба связан с его длиной соотношением V = L 3 , поэтому окончательный объем равен V = V 0 + Δ V = ( L 0 + Δ L ) 3 .Подстановка Δ L дает V = ( L 0 + α L 0 Δ T ) 3 = L 0 α (1 + ) 3 .

Теперь, поскольку αΔ T мало, мы можем использовать биномиальное разложение: V L 0 3 (1 + 3αΔ T ) = L 0 3 + 3α L 0 3 Δ T .

Таким образом, запись длины в единицах объемов дает V = V 0 + Δ V V 0 + 3α V 0 Δ T и, следовательно, Δ V = βV 0 Δ T ≈ 3α V 0 Δ T , или β ≈ 3α.


14.1 Жидкости, плотность и давление - Университетская физика, том 1

Задачи обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Укажите различные фазы материи
  • Опишите характеристики фаз вещества на молекулярном или атомном уровне
  • Различия между сжимаемыми и несжимаемыми материалами
  • Определение плотности и связанных с ней единиц СИ
  • Сравните и сопоставьте плотности различных веществ
  • Определение давления и связанных с ним единиц СИ
  • Объясните взаимосвязь между давлением и силой
  • Рассчитать силу с учетом давления и площади

Материя чаще всего существует в твердом, жидком или газообразном состоянии; эти состояния известны как три общие фазы материи.В этом разделе мы подробно рассмотрим каждый из этих этапов.

Характеристики твердых тел

Твердые тела жесткие, имеют определенные формы и объемы. Атомы или молекулы в твердом теле находятся в непосредственной близости друг от друга, и между этими молекулами существует значительная сила. Твердые тела будут принимать форму, определяемую природой этих сил между молекулами. Хотя настоящие твердые тела не являются несжимаемыми, тем не менее, для изменения формы твердого тела требуется большая сила.В некоторых случаях сила между молекулами может заставить молекулы организоваться в решетку, как показано на рисунке 14.2. Структура этой трехмерной решетки представлена ​​в виде молекул, связанных жесткими связями (смоделированными как жесткие пружины), которые обеспечивают ограниченную свободу движения. Даже большая сила вызывает только небольшие смещения в атомах или молекулах решетки, и твердое тело сохраняет свою форму. Твердые тела также сопротивляются силам сдвига. (Силы сдвига - это силы, прикладываемые по касательной к поверхности, как описано в разделе «Статическое равновесие и упругость».)

Характеристики жидкостей

Жидкости и газы считаются жидкостями, потому что они поддаются силам сдвига, тогда как твердые тела им сопротивляются. Как и в твердых телах, молекулы в жидкости связаны с соседними молекулами, но обладают гораздо меньшим количеством этих связей. Молекулы в жидкости не заблокированы на месте и могут двигаться относительно друг друга. Расстояние между молекулами аналогично расстояниям в твердом теле, поэтому жидкости имеют определенные объемы, но форма жидкости изменяется в зависимости от формы ее контейнера.Газы не связаны с соседними атомами и могут иметь большие расстояния между молекулами. У газов нет ни определенной формы, ни определенного объема, поскольку их молекулы движутся, чтобы заполнить емкость, в которой они содержатся (рис. 14.2).

Рис. 14.2 (a) Атомы в твердом теле всегда находятся в тесном контакте с соседними атомами, удерживаясь на месте силами, представленными здесь пружинами. (б) Атомы в жидкости также находятся в тесном контакте, но могут скользить друг по другу. Силы между атомами сильно сопротивляются попыткам сжать атомы.(c) Атомы в газе перемещаются свободно и разделены большими расстояниями. Газ должен храниться в закрытом контейнере, чтобы предотвратить его свободное расширение и утечку.

Жидкости легко деформируются при напряжении и не возвращаются к своей первоначальной форме после снятия силы. Это происходит потому, что атомы или молекулы в жидкости могут свободно перемещаться и менять соседей. То есть текут жидкости (так что они представляют собой тип жидкости), а молекулы удерживаются вместе за счет взаимного притяжения. Когда жидкость помещается в емкость без крышки, она остается в емкости.Поскольку атомы плотно упакованы, жидкости, как и твердые тела, сопротивляются сжатию; для изменения объема жидкости необходимо чрезвычайно большое усилие.

Напротив, атомы в газах разделены большими расстояниями, и поэтому силы между атомами в газе очень слабые, за исключением случаев, когда атомы сталкиваются друг с другом. Это позволяет относительно легко сжимать газы и позволяет им течь (что делает их жидкими). При помещении в открытый контейнер газы, в отличие от жидкостей, улетучиваются.

В этой главе мы обычно называем газы и жидкости просто жидкостями, проводя различие между ними только тогда, когда они ведут себя по-разному. Существует еще одна фаза вещества - плазма, которая существует при очень высоких температурах. При высоких температурах молекулы могут диссоциировать на атомы, а атомы диссоциировать на электроны (с отрицательными зарядами) и протоны (с положительными зарядами), образуя плазму. Плазма не будет подробно обсуждаться в этой главе, потому что плазма имеет очень разные свойства от трех других общих фаз материи, обсуждаемых в этой главе, из-за сильных электрических сил между зарядами.

Плотность

Предположим, что латунный блок и деревянный брусок имеют одинаковую массу. Если оба блока упали в резервуар с водой, почему дерево всплывает, а латунь тонет (рис. 14.3)? Это происходит потому, что латунь имеет большую плотность, чем вода, тогда как древесина имеет меньшую плотность, чем вода.

Рис. 14.3 (a) Латунный блок и деревянный брусок имеют одинаковый вес и массу, но деревянный брусок имеет гораздо больший объем. (b) При помещении в аквариум, наполненный водой, латунный куб тонет, а деревянный брусок плавает.(Деревянный блок на обеих фотографиях одинаковый; он был повернут набок, чтобы соответствовать масштабу.) (Кредит: модификация работ Джозефа Дж. Траута, Стоктонский университет)

Плотность является важной характеристикой вещества. Это очень важно, например, при определении того, тонет ли объект в жидкости или плавает.

Плотность

Средняя плотность вещества или объекта определяется как его масса на единицу объема,

, где греческая буква ρρ (ро) обозначает плотность, м - масса, а V - объем.

Единица измерения плотности в системе СИ - кг / м3 кг / м3. В таблице 14.1 перечислены некоторые типичные значения. Единицей плотности cgs является грамм на кубический сантиметр, г / см3г / см3, где

1 г / см3 = 1000 кг / м3. 1 г / см3 = 1000 кг / м3.

Метрическая система изначально была разработана таким образом, чтобы плотность воды составляла 1 г / см31 г / см3, что эквивалентно 103 кг / м3 · 103 кг / м3. Таким образом, основная единица массы, килограмм, была впервые предложена как масса 1000 мл воды, имеющая объем 1000-31000 см3.

Твердые тела
(0.0 ° С (0,0 ° С)
Жидкости
(0,0 ° C0,0 ° C)
Газы
(0,0 ° C, 0,0 ° C, 101,3 кПа)
Вещество ρ (кг / м3) ρ (кг / м3) Вещество ρ (кг / м3) ρ (кг / м3) Вещество ρ (кг / м3) ρ (кг / м3)
Алюминий 2,70 × 1032,70 × 103 Бензол 8,79 × 1028,79 × 102 Воздух 1,29 × 100 1,29 × 100
Кость 1.90 × 1031,90 × 103 Кровь 1,05 × 1031,05 × 103 Двуокись углерода 1,98 × 100 1,98 × 100
Латунь 8,44 × 1038,44 × 103 Этиловый спирт 8,06 × 1028,06 × 102 Окись углерода 1,25 × 100 1,25 × 100
Бетон 2,40 × 1032,40 × 103 Бензин 6,80 × 1026,80 × 102 Гелий 1,80 × 10-11,80 × 10-1
Медь 8.92 × 1038,92 × 103 Глицерин 1,26 × 1031,26 × 103 Водород 9,00 × 10–29,00 × 10–2
Пробка 2,40 × 1022,40 × 102 Меркурий 1,36 × 1041,36 × 104 метан 7,20 × 10−27,20 × 10−2
Земная кора 3,30 × 1033,30 × 103 Оливковое масло 9,20 × 1029,20 × 102 Азот 1,25 × 100 1,25 × 100
Стекло 2.60 × 1032,60 × 103 Закись азота 1,98 × 100 1,98 × 100
Золото 1,93 × 1041,93 × 104 Кислород 1,43 × 1001,43 × 100
Гранит 2,70 × 1032,70 × 103
Утюг 7,86 × 1037,86 × 103
Свинец 1.13 × 1041,13 × 104
Дуб 7,10 × 1027,10 × 102
Сосна 3,73 × 1023,73 × 102
Платина 2,14 × 1042,14 × 104
полистирол 1.00 × 1021.00 × 102
Вольфрам 1,93 × 1041,93 × 104
Уран 1,87 × 1031,87 × 103

Таблица 14.1 Плотность некоторых распространенных веществ

Как видно из таблицы 14.1, плотность объекта может помочь определить его состав.Плотность золота, например, примерно в 2,5 раза больше плотности железа, что примерно в 2,5 раза больше плотности алюминия. Плотность также кое-что говорит о фазе материи и ее субструктуре. Обратите внимание, что плотности жидкостей и твердых тел примерно сопоставимы, что согласуется с тем фактом, что их атомы находятся в тесном контакте. Плотность газов намного меньше, чем у жидкостей и твердых тел, потому что атомы в газах разделены большим количеством пустого пространства. Газы отображаются для стандартной температуры 0.0 ° C0,0 ° C и стандартное давление 101,3 кПа, и существует сильная зависимость плотности от температуры и давления. Отображаемые плотности твердых и жидких тел даны для стандартной температуры 0,0 ° C0,0 ° C, а плотности твердых веществ и жидкостей зависят от температуры. Плотность твердых тел и жидкостей обычно увеличивается с понижением температуры.

Таблица 14.2 показывает плотность воды в различных фазах и температуре. Плотность воды увеличивается с понижением температуры, достигая максимума при 4.0 ° C, 4,0 ° C, а затем уменьшается, когда температура опускается ниже 4,0 ° C и 4,0 ° C. Такое поведение плотности воды объясняет, почему лед образуется наверху водоема.

Вещество ρ (кг / м3) ρ (кг / м3)
Лед (0 ° C) (0 ° C) 9,17 × 1029,17 × 102
Вода (0 ° C) (0 ° C) 9,998 × 1029,998 × 102
Вода (4 ° C) (4 ° C) 1.000 × 1031.000 × 103
Вода (20 ° C) (20 ° C) 9.982 × 1029,982 × 102
Вода (100 ° C) (100 ° C) 9,584 × 1029,584 × 102
Пар (100 ° C, 101,3 кПа) (100 ° C, 101,3 кПа) 1,670 × 1021,670 × 102
Морская вода (0 ° C) (0 ° C) 1.030 × 1031.030 × 103

Таблица 14.2 Плотность воды

Плотность вещества не обязательно постоянна по всему объему вещества. Если плотность во всем веществе постоянна, это вещество называется однородным.Твердый железный пруток - это пример однородного вещества. Плотность постоянна повсюду, и плотность любого образца вещества равна его средней плотности. Если плотность вещества непостоянна, вещество считается неоднородным. Кусок швейцарского сыра является примером неоднородного материала, содержащего как твердый сыр, так и заполненные газом пустоты. Плотность в определенном месте внутри неоднородного материала называется локальной плотностью и задается как функция местоположения, ρ = ρ (x, y, z) ρ = ρ (x, y, z) (Рисунок 14.4).

Рис. 14.4 Плотность может варьироваться в неоднородной смеси. Локальная плотность в точке получается делением массы на объем в небольшом объеме вокруг данной точки.

Локальная плотность может быть получена с помощью процесса ограничения, основанного на средней плотности в небольшом объеме вокруг рассматриваемой точки, принимая предел, при котором размер объема приближается к нулю,

ρ = limΔV → 0ΔmΔVρ = limΔV → 0ΔmΔV

14,2

, где ρρ - плотность, м - масса, а V - объем.

Поскольку газы могут свободно расширяться и сжиматься, плотности газов значительно изменяются с температурой, тогда как плотности жидкостей мало меняются с температурой. Поэтому плотности жидкостей часто считаются постоянными, при этом плотность равна средней плотности.

Плотность - это размерная характеристика; поэтому при сравнении плотностей двух веществ необходимо учитывать единицы измерения. По этой причине для сравнения плотностей часто используется более удобная безразмерная величина, называемая удельным весом.Удельный вес определяется как отношение плотности материала к плотности воды при 4,0 ° C и 4,0 ° C и давлении в одну атмосферу, которое составляет 1000 кг / м3 31000 кг / м3:

Удельный вес = Плотность материала Плотность воды Удельный вес = Плотность материала Плотность воды.

В сравнении используется вода, потому что плотность воды составляет 1 г / см31 г / см3, которая изначально использовалась для определения килограмма. Удельный вес, будучи безразмерным, позволяет легко сравнивать материалы, не беспокоясь о единице плотности.Например, плотность алюминия составляет 2,7 г / см3 г / см3 (2700 кг / м3 кг / м3), но его удельный вес составляет 2,7 независимо от единицы плотности. Удельный вес является особенно полезной величиной с точки зрения плавучести, которую мы обсудим позже в этой главе.

Давление

Вы, несомненно, слышали слово «давление», используемое в отношении крови (высокое или низкое кровяное давление) и погоды (погодные системы высокого и низкого давления). Это только два из многих примеров давления в жидкости.(Напомним, что мы ввели идею давления в статическое равновесие и упругость в контексте объемных напряжений и деформаций.)

Давление

Давление ( p ) определяется как нормальная сила F на единицу площади A , на которую действует сила, или

Для определения давления в определенной точке давление определяется как сила dF , оказываемая жидкостью на бесконечно малый элемент области dA , содержащий точку, в результате чего p = dFdAp = dFdA.

Данная сила может иметь существенно различный эффект в зависимости от области, на которую действует сила. Например, сила, приложенная к площади 1 мм 21 мм 2, имеет давление в 100 раз больше, чем та же сила, приложенная к площади 1 см 2,1 см 2. Вот почему острая игла может проткнуть кожу при приложении небольшой силы, но приложение того же усилия пальцем не протыкает кожу (рис. 14.5).

Рис. 14.5 (a) Человек, которого ткнули пальцем, может раздражаться, но сила не имеет длительного эффекта.(b) Напротив, той же силы, приложенной к области размером с острый конец иглы, достаточно, чтобы сломать кожу.

Обратите внимание, что хотя сила - это вектор, давление - это скаляр. Давление - это скалярная величина, потому что она определяется как пропорциональная величине силы, действующей перпендикулярно площади поверхности. Единица измерения давления в системе СИ - паскаль (Па), названная в честь французского математика и физика Блеза Паскаля (1623–1662), где

Для измерения давления используются несколько других единиц, которые мы обсудим позже в этой главе.

Изменение давления с глубиной в жидкости постоянной плотности

Давление определено для всех состояний вещества, но особенно важно при обсуждении жидкостей. Важной характеристикой жидкостей является отсутствие значительного сопротивления компоненту силы, приложенной параллельно поверхности жидкости. Молекулы жидкости просто текут, чтобы приспособиться к горизонтальной силе. Сила, приложенная перпендикулярно к поверхности, сжимает или расширяет жидкость. Если вы попытаетесь сжать жидкость, вы обнаружите, что сила реакции развивается в каждой точке внутри жидкости во внешнем направлении, уравновешивая силу, приложенную к молекулам на границе.

Рассмотрим жидкость постоянной плотности, как показано на рисунке 14.6. Давление на дне контейнера возникает из-за давления атмосферы (p0) (p0) плюс давление из-за веса жидкости. Давление, создаваемое жидкостью, равно весу жидкости, деленному на площадь. Вес жидкости равен ее массе, умноженной на ускорение свободного падения.

Рис. 14.6 Дно этого контейнера выдерживает весь вес находящейся в нем жидкости. Вертикальные стороны не могут оказывать восходящее усилие на жидкость (поскольку она не может выдерживать силу сдвига), поэтому дно должно поддерживать все это.

Поскольку плотность постоянна, вес можно рассчитать, используя плотность:

w = mg = ρVg = ρAhg. w = mg = ρVg = ρAhg.

Следовательно, давление на дне контейнера равно атмосферному давлению, добавленному к весу жидкости, разделенному на площадь:

p = p0 + ρAhgA = p0 + ρhg.p = p0 + ρAhgA = p0 + ρhg.

Это уравнение применимо только для давления на глубине для жидкости постоянной плотности.

Давление на глубине для жидкости постоянной плотности

Давление на глубине в жидкости постоянной плотности равно давлению атмосферы плюс давление, обусловленное весом жидкости, или

Где p - давление на определенной глубине, p0p0 - давление атмосферы, ρρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения и h - глубина.

Рис. 14.7 Плотина «Три ущелья», возведенная на реке Янцзы в центральном Китае в 2008 году, создала огромный водохранилище, в результате которого было перемещено более одного миллиона человек. (кредит: модификация работы Le Grand Portage / Flickr)

Пример 14.1

Какую силу должна выдержать плотина?
Рассмотрим давление и силу, действующие на дамбу, удерживающую резервуар с водой (рис. 14.7). Предположим, что плотина имеет ширину 500 м, а глубина воды у плотины составляет 80,0 м, как показано ниже.а) Каково среднее давление воды на плотину? (b) Рассчитайте силу, действующую на плотину.

Среднее давление p из-за веса воды - это давление на средней глубине h , равное 40,0 м, так как давление увеличивается линейно с глубиной. Сила, оказываемая водой на плотину, равна среднему давлению, умноженному на площадь контакта, F = pA.F = pA.

раствор
  1. Среднее давление из-за веса жидкости составляет Введите плотность воды из таблицы 14.2 и принимая h за среднюю глубину 40,0 м, получаем p = (40,0 м) (103 кгм3) (9,80 мс2) = 3,92 × 105 Нм2 = 392 кПа. p = (40,0 м) (103 кгм3) (9,80 мс2) = 3,92 × 105 Нм2 = 392 кПа.
  2. Мы уже нашли значение для p . Площадь плотины составляет A = 80,0 м × 500 м = 4,00 × 104 м2, A = 80,0 м × 500 м = 4,00 × 104 м2, так что F = (3,92 × 105 Н / м2) (4,00 × 104 м2) = 1,57 × 1010 Н. F = (3,92 × 105 Н / м2) (4,00 × 104 м2) = 1,57 × 1010 Н.
Значение
Хотя эта сила кажется большой, она мала по сравнению с 1.96 × 1013N1.96 × 1013N вес воды в резервуаре. На самом деле это всего 0,0800% от веса.

Проверьте свое понимание 14,1

Если водохранилище в Примере 14.1 покрывает вдвое большую площадь, но сохраняется на той же глубине, потребуется ли реконструировать плотину?

Давление в статической жидкости в однородном гравитационном поле

Статическая жидкость - это жидкость, которая не движется. В любой точке статической жидкости давление со всех сторон должно быть одинаковым, иначе жидкость в этой точке отреагирует на результирующую силу и ускорится.

Давление в любой точке статической жидкости зависит только от глубины в этой точке. Как уже говорилось, давление в жидкости около Земли изменяется с глубиной из-за веса жидкости над определенным уровнем. В приведенных выше примерах мы предполагали, что плотность постоянна, а средняя плотность жидкости является хорошим представлением плотности. Это разумное приближение для жидкостей, таких как вода, где требуются большие силы для сжатия жидкости или изменения объема. Например, в плавательном бассейне плотность примерно постоянна, и вода внизу очень слабо сжимается под весом воды наверху.Однако путешествие в атмосфере - это совсем другая ситуация. Плотность воздуха начинает значительно меняться буквально на небольшом расстоянии от поверхности Земли.

Чтобы вывести формулу для изменения давления с глубиной в резервуаре, содержащем жидкость с плотностью ρ на поверхности Земли, мы должны начать с предположения, что плотность жидкости непостоянна. Жидкость, расположенная на более глубоких уровнях, подвергается большей силе, чем жидкость, находящаяся ближе к поверхности, из-за веса жидкости над ней.Следовательно, давление, рассчитанное на данной глубине, отличается от давления, рассчитанного с использованием постоянной плотности.

Представьте себе тонкий элемент жидкости на глубине ч , как показано на рисунке 14.8. Пусть элемент имеет площадь поперечного сечения A и высоту ΔyΔy. Силы, действующие на элемент, возникают из-за давлений p ( y ) выше и p (y + Δy) p (y + Δy) под ним. Вес самого элемента также показан на диаграмме свободного тела.

Рисунок 14.8 Силы на элемент массы внутри жидкости. Вес самого элемента показан на диаграмме свободного тела.

Поскольку элемент жидкости между y и y + Δyy + Δy не ускоряется, силы уравновешены. Используя декартову ось y , ориентированную вверх, мы находим следующее уравнение для -компоненты y :

p (y + Δy) A − p (y) A − gΔm = 0 (Δy <0). p (y + Δy) A − p (y) A − gΔm = 0 (Δy <0).

14,6

Обратите внимание, что если бы элемент имел ненулевую составляющую ускорения y , правая часть не была бы равна нулю, а вместо этого была бы массой, умноженной на y -ускорение.Массу элемента можно записать через плотность жидкости и объем элементов:

Δm = | ρAΔy | = −ρAΔy (Δy <0) .Δm = | ρAΔy | = −ρAΔy (Δy <0).

Подставляя это выражение для ΔmΔm в уравнение 14.6, а затем разделив обе части на AΔyAΔy, находим

p (y + Δy) −p (y) Δy = −ρg.p (y + Δy) −p (y) Δy = −ρg.

14,7

Переходя к пределу бесконечно тонкого элемента Δy → 0Δy → 0, получаем следующее дифференциальное уравнение, которое дает изменение давления в жидкости:

dpdy = −ρg.dpdy = −ρg.

14,8

Это уравнение говорит нам, что скорость изменения давления в жидкости пропорциональна плотности жидкости. Решение этого уравнения зависит от того, постоянна ли плотность ρ или изменяется с глубиной; то есть функция ρ ( y ).

Если диапазон анализируемой глубины не слишком велик, мы можем считать плотность постоянной. Но если диапазон глубин достаточно велик, чтобы плотность могла заметно меняться, как, например, в случае атмосферы, плотность меняется с глубиной.В этом случае мы не можем использовать приближение постоянной плотности.

Давление в жидкости постоянной плотности

Давайте воспользуемся уравнением 14.9, чтобы найти формулу для давления на глубине h от поверхности в резервуаре с жидкостью, такой как вода, где плотность жидкости можно считать постоянной.

Нам нужно интегрировать уравнение 14.9 от y = 0, y = 0, где давление равно атмосферному давлению (p0), (p0), до y = −h, y = −h, координаты глубины y :

∫p0pdp = −∫0 − hρgdyp − p0 = ρghp = p0 + ρgh.∫p0pdp = −∫0 − hρgdyp − p0 = ρghp = p0 + ρgh.

14,9

Следовательно, давление на глубине жидкости на поверхности Земли равно атмосферному давлению плюс ρgh , если плотность жидкости постоянна по высоте, как мы обнаружили ранее.

Обратите внимание, что давление в жидкости зависит только от глубины от поверхности, а не от формы контейнера. Таким образом, в контейнере, где жидкость может свободно перемещаться в различных частях, жидкость остается на одном уровне во всех частях, независимо от формы, как показано на рисунке 14.9.

Рис. 14.9 Если жидкость может свободно течь между частями контейнера, она поднимается на одинаковую высоту в каждой части. В изображенном контейнере давление внизу каждой колонки одинаковое; если бы это было не так, жидкость текла бы до тех пор, пока давления не сравнялись бы.

Изменение атмосферного давления с высотой

Особый интерес представляет изменение атмосферного давления с высотой. Предполагая, что температура воздуха постоянна и что закон термодинамики идеального газа описывает атмосферу в хорошем приближении, мы можем найти изменение атмосферного давления с высотой, когда температура постоянна.(Мы обсудим закон идеального газа в следующей главе, но мы предполагаем, что вы знакомы с ним из средней школы и химии.) Пусть p ( y ) будет атмосферным давлением на высоте y . Плотность ρρ при y , температура T по шкале Кельвина (K) и масса м молекулы воздуха связаны с абсолютным давлением по закону идеального газа в виде

p = ρkBTm (атмосфера), p = ρkBTm (атмосфера),

14,10

, где kBkB - постоянная Больцмана, имеющая значение 1.38 × 10–23Дж / К1,38 × 10–23Дж / К.

Вы, возможно, встречали закон идеального газа в форме pV = nRTpV = nRT, где n - число молей, а R - газовая постоянная. Здесь тот же закон записан в другой форме, с использованием плотности ρρ вместо объема V . Следовательно, если давление p изменяется с высотой, изменяется и плотность ρ.ρ. Используя плотность из закона идеального газа, скорость изменения давления с высотой определяется как

. dpdy = −p (mgkBT), dpdy = −p (mgkBT),

, где в скобках указаны постоянные количества.Если заменить эти константы одним символом α, α, уравнение выглядит намного проще:

dpdy = −αpdpp = −αdy∫p0p (y) dpp = ∫0y − αdy [ln (p)] p0p (y) = [- αy] 0yln (p) −ln (p0) = - αyln (pp0) = - αydpdy = −αpdpp = −αdy∫p0p (y) dpp = ∫0y − αdy [ln (p)] p0p (y) = [- αy] 0yln (p) −ln (p0) = - αyln (pp0) = - αy

Это дает решение

p (y) = p0exp (−αy). p (y) = p0exp (−αy).

Таким образом, атмосферное давление экспоненциально падает с высотой, поскольку ось y направлена ​​вверх от земли, а y имеет положительные значения в атмосфере над уровнем моря.Давление падает в 1e1e раз, когда высота равна 1α, 1α, что дает нам физическую интерпретацию для αα: Константа 1α1α - это шкала длины, которая характеризует изменение давления с высотой и часто называется высотой шкалы давления.

Мы можем получить приблизительное значение αα, используя массу молекулы азота в качестве заместителя для молекулы воздуха. При температуре 27 ° C, 27 ° C или 300 K находим

α = −mgkBT = 4,8 × 10−26 кг × 9,81 м / с 21,38 × 10−23J / K × 300 K = 18800 м. α = −mgkBT = 4.8 × 10–26 кг × 9,81 м / с 21,38 × 10–23 Дж / К × 300 K = 18800 м.

Следовательно, на каждые 8800 метров давление воздуха падает в 1/ e раз, или примерно на одну треть своего значения. Это дает нам лишь приблизительную оценку реальной ситуации, поскольку мы предположили и постоянную температуру, и постоянную температуру g на таких больших расстояниях от Земли, что в действительности не является правильным.

Направление давления в жидкости

Давление жидкости не имеет направления, будучи скалярной величиной, в то время как силы, обусловленные давлением, имеют четко определенные направления: они всегда действуют перпендикулярно любой поверхности.Причина в том, что жидкости не могут противостоять силам сдвига или проявлять их. Таким образом, в статической жидкости, заключенной в резервуар, сила, действующая на стенки резервуара, действует перпендикулярно внутренней поверхности. Точно так же давление действует перпендикулярно к поверхностям любого объекта в жидкости. На рисунке 14.10 показано давление воздуха на стенки шины и давление воды на тело пловца.

Рис. 14.10 (a) Давление внутри этой шины оказывает силы, перпендикулярные всем поверхностям, с которыми она контактирует.Стрелки показывают направления и величины сил, действующих в различных точках. (b) Давление оказывается перпендикулярно всем сторонам этого пловца, так как вода текла бы в пространство, которое он занимает, если бы его там не было. Стрелки показывают направления и величины сил, действующих на пловца в различных точках. Обратите внимание, что силы снизу больше из-за большей глубины, что дает чистую восходящую или выталкивающую силу. Чистая вертикальная сила, действующая на пловца, равна сумме выталкивающей силы и веса пловца.

Определения свойств воздуха

Атмосфера Земли состоит из воздуха. Воздух представляет собой смесь газов, 78% азот и 21% кислорода со следами водяного пара, углекислого газа, аргон и другие различные компоненты. Обычно мы моделируем воздух как однородный (без изменений или колебаний) газ со свойствами, которые усредняются по всем отдельным компонентам. У любого газа есть определенные характеристики что мы можем обнаружить нашими чувствами. Значения и отношения свойств определяют государственный газа.

На этом слайде вы найдете типичные значения свойства воздуха на уровне в статических условиях для стандартный день. Мы все знаем, что давление и температура воздуха зависит от вашего местоположения на Земле и время года. И хотя в некоторые сезоны жарче, чем другие - изменение давления и температуры изо дня в день, от часа к часу, иногда даже минута в минуту в суровую погоду. Ценности представленные на слайде просто средние значения, используемые инженерами для проектирование машин.Вот почему они называются стандартными значениями . Мы также знаем, что все переменные состояния газа изменятся. с высотой, поэтому типичные значения даны в море уровень, статические условия. Поскольку гравитация Земли удерживает атмосферы на поверхность, как высота увеличивается, плотность воздуха, давление и температура (для более низких высоты) уменьшаются. На краю космоса плотность почти нулевая. В отклонение воздуха от стандарта может быть очень важным, так как это влияет на параметры потока, такие как скорость звук.

Газ состоит большого количества молекул, которые находятся в постоянном, случайном движение. Сумма массы всех молекул равна массе газа. Газ занимает некоторые объем в трехмерном пространстве. Для заданного давления и температура, объем напрямую зависит от количества газа. Поскольку масса и объем напрямую связаны, мы можем выразить как масса и объем одной переменной. Когда газ движется, он удобно использовать плотность газа, который представляет собой массу, деленную на объем, который занимает газ.Стандартное значение плотности воздуха r на уровне моря составляет

r = 1,229 килограмма / кубический метр = 0,00237 оторочка / кубический фут

При работе с статическим или неподвижным газом удобнее использовать удельный объем, который является объем деленный на массу. Стандартное значение удельного объема v на уровне моря составляет

v = 0,814 кубических метров / килограмм = 422 кубических фута / оторочка

Давление газа равно перпендикуляр сила, оказываемая газом, деленная на площадь поверхности, на которую действует сила.Стандартное значение атмосферного давления p на уровне моря составляет

p = 101,3 килограмм Ньютон / квадратный метр = 14,7 фунта / квадратный дюйм

Температура газа - это мера кинетической энергии молекул газа. Нормативное значение температуры воздуха на уровне моря T составляет

T = 15 градусов C = 59 градусов по Фаренгейту

Газ может оказывать на поверхность касательную (сдвигающую) силу, которая действует как трение между твердыми поверхностями.-7 фунт-секунда на квадратный фут

Плотность (удельный объем), давление и температуры газа связаны друг с другом уравнением государства. Состояние газа можно изменить внешними процессов, а реакцию газа можно предсказать с помощью законы термодинамики. Фундаментальный понимание термодинамики очень важно при описании работа двигательных установок.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *