Удельный вес воды, основные понятия и закономерности гидростатики

Расчет удельного веса воды

Жидкости.
В природе различают четыре вида состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Основное отличие жидкостей от твердых тел заключается в их текучести, т.е. способности легко принимать форму сосуда, в который жидкость поместили, при этом объем жидкости не изменяется. Газ тоже обладает текучестью, но при этом занимает любой предоставленный ему объем. В сосудах жидкость образует свободную поверхность, а газ аналогичной поверхностью не обладает. Однако с точки зрения механики и жидкость, и газ подчиняются одним и тем же закономерностям в случае, если сжимаемостью газа можно пренебречь. Поэтому в гидравлике под термином «жидкость» понимаются и собственно жидкости (которые часто называют капельными жидкостями), и газы (газообразные жидкости).

Основные свойства жидкости (при рассмотрении задач механики жидкости) — это плотность, способность изменять свой объем при нагревании (охлаждении) и изменениях давления, вязкость жидкости. Рассмотрим каждое из свойств жидкости подробнее.

Плотность жидкости.

Плотностью жидкости ρ называется ее масса, заключенная в единице объема:

где m — масса жидкости; W — объем жидкости.

Так как вода является наиболее распространенной в природе жидкостью, в качестве примера количественного значения параметра, определяющего то или иное свойство жидкости, будем приводить значение рассматриваемого параметра для воды.

Удельный вес.

Удельный вес γ — это вес жидкости, приходящийся на единицу объема:

где G — вес жидкости в объеме W.

Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением

где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с 2 ).

Температурное расширение.

Это свойство жидкости характеризуется изменением объема при изменении температуры, которое определяется температурным коэффициентом объемного расширения жидкости βt:

для воды,при t=20 °С βt = 0,00015

[1/°С].

Сжимаемость.

Это свойство жидкости менять свой объем при изменении давления, которое характеризуется коэффициентом объемного сжатия βp :

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкости Е и определяется по формуле:

для воды E=2×10 9 Па.

Вязкость жидкости

— свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Это свойство проявляется только при движении жидкостей. Вязкость характеризует степень текучести жидкости. Наряду с легко подвижными жидкостями (вода, спирт, воздух и др.) существуют очень вязкие жидкости (глицерин, машинные масла и др.).

Вязкость жидкости характеризуется динамической вязкостью μ.

И. Ньютон выдвинул гипотезу о силе трения F, возникающей между двумя слоями жидкости на поверхности их раздела площадью ω, согласно которой сила внутреннего трения в жидкости не зависит от давления, прямо пропорциональна площади соприкосновения слоев ω и быстроте изменения скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения слоев, и зависит от рода жидкости.

Пусть жидкость течет по плоскому дну параллельными ему слоями

Вследствие тормозящего влияния дна слои жидкости будут двигаться с разными скоростями. Скорости слоев Показаны стрелками. Рассмотрим два слоя жидкости, середины которых расположены на расстоянии Δу друг от друга. Слой А движется со скоростью u, а слой В со скоростью u + Δu.

На площадке ω вследствие вязкости возникает сила сопротивления F. Согласно гипотезе Ньютона эта сила

коэффициент пропорциональности μ, в этой формуле и является динамической вязкостью, отношение Δu/Δy называется градиентом скорости.

Таким образом, динамическая вязкость является силой трения, приходящейся на единицу площади соприкосновения слоев жидкости при градиенте скорости, равном единице.

Размерность μ — Па • с.

Гипотеза И. Ньютона, представленная в формуле, экспериментально подтверждена и математически оформлена в дифференциальном виде

основоположником гидравлической теории смазки Н.П. Петровым и в настоящее время носит название закона внутреннего трения Ньютона.

В гидравлических расчетах часто удобнее пользоваться другой величиной, характеризующей вязкость жидкости, — ν:

Эта величина называется кинематической вязкостью. Размерность v — м 2 /с

Название «кинематическая вязкость» не несет особого физического смысла, так как название было предложено потому, что размерность v похожа на размерность скорости.

Вязкость жидкости зависит как от температуры, так и от давления. Кинематическая вязкость капельных жидкостей уменьшается с увеличением температуры, а вот вязкость газов, наоборот, возрастает с увеличением температуры. Кинематическая вязкость жидкостей при давлениях, встречающихся в большинстве случаев на практике, мало зависит от давления, а вязкость газов с возрастанием давления уменьшается.

Вязкость жидкости измеряют с помощью вискозиметров различных конструкций.

Жидкости, для которых справедлив закон внутреннего тяготения Ньютона, называют ньютоновскими. Существуют жидкости, которые не подчиняются закономерности формулам, к ним относятся растворы полимеров, гидросмеси из цемента, глины, мела и др. Такие жидкости относятся к неньютоновским.

Я кстати уже нашел формулы которые нужны сантехникам и инженерам, опишу их в других статьях. Пишите коментарии, я обязательно отвечу на ваши вопросы и постараюсь подкорректировать статьи под вашы нужды.

Теплопроводность воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении

В таблице представлены значения теплопроводности воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении. Теплопроводность воды указана в зависимости от температуры в интервале от 0 до 100°С.

Вода при нагревании становиться более теплопроводной — ее коэффициент теплопроводности увеличивается. Например, при 10°С вода имеет теплопроводность 0,574 Вт/(м·град), а при росте температуры до 95°С величина теплопроводности воды увеличивается до значения 0,682 Вт/(м·град).

Теплопроводность воды в зависимости от температуры

Понятие о плотности, удельном весе и удельном объеме морской воды

ГЛАВА 9. ПЛОТНОСТЬ МОРСКОЙ ВОДЫ

§ 33. Понятие о плотности, удельном весе и удельном объеме морской воды

Удельный вес морской воды

Удельный вес морской воды — это отношение веса единицы объема морской воды при температуре t к весу единицы объема дистиллированной воды при той же температуре и нормальном атмосферном давлении.

В океанологии в качестве стандартной принята температура 17,5°С (средняя температура лабораторного помещения), к которой приводится значение удельного веса морской воды, измеренного при любой температуре.

В океанологической практике введено понятие условного удельного веса

Удельный вес и плотность морской воды незначительно отклоняются от единицы, поэтому для сокращения записи из числа, выражающего удельный вес, вычитают единицу и переносят запятую на три знака вправо. Например, удельный вес ρ17.5 = 1,02624 записывают как 26,24.

Под плотностью морской воды в океанологии понимают удельный вес морской воды при температуре, которую она имела в данном месте, на данной глубине (in situ), отнесенный к дистиллированной воде при температуре ее наибольшей плотности 4° С.

По той же причине малых изменений и необходимости высокой точности определений введено понятие об условной плотности

При решении некоторых гидрофизических задач вместо Ϭtиспользуется условный удельный вес при 0° С (Ϭ)

Во многих гидродинамических расчетах вместо условной плотности удобнее пользоваться обратной ей величиной, называемой удельным объемом, т. е. объем единицы массы

Так как удельный объем всегда больше 0,9 и меньше 1,0, то по аналогии с условными удельным весом и плотностью введено понятие условного удельного объема

Океанологические таблицы

На основании лабораторных исследований Комиссии Международного совета по изучению морей (1889 г.) были установлены соотношения между содержанием хлора, соленостью, условным удельным весом и условной плотностью при температуре 0°С. Эмпирические формулы, связывающие эти величины, были использованы для расчета таблиц, опубликованных в различных международных пособиях (впервые в таблицах Кнудсена, 1901 г.) и в отечественных «Океанологических таблицах», составленных Н. Н. Зубовым. В табл. 14 приводится образец таблицы соответствия величин (из «Океанологических таблиц»).

Соответствие величин Cl, S, Ϭи ρ17.5

С помощью таблиц, определив ареометрированием условный удельный вес ρ17.5, можно получить значения Сl (хлора), S (солености) и Ϭ (удельного веса). Определив титрованием содержание хлора, можно получить значения S‰, ρ17.5 и Ϭ0.

В «Океанологических таблицах» приводятся таблицы для прямого определения условной плотности и удельного объема по температуре и солености.

Источник: Общая гидрология, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1973

Источник

Занятная историческая справка

Изначально за эталон была взята вода в состоянии тающего льда, с течением времени это правило поменялось, и за образец взяли жидкость в условиях нормального атмосферного давления и в состоянии наибольшей плотности.

В 1879 г. Международный комитет мер и весов приравнял 1 л к 1 куб. дм. С 1901 по 1964 гг. понятие единицы измерения стало отличаться. В этот период литр соответствовал килограмму воды при температуре 3,98°С и давлении 760 мм рт. ст. В 1901-1964 гг. вес литра воды без примесей при установленных показателях был равен 1 кг.

В 1964 г. на международном уровне было возвращено значение литра, которое применялось до 1901 г., он снова стал соответствовать объему 1 куб. дм, независимо от веса.

Что считается удельным весом и как его рассчитать по формулам

Среди множества параметров, характеризующих свойства материалов существует и такой как удельный вес. Иногда применяют термин плотность, но это не совсем верно. Но так или иначе эти оба термина имеют собственные определения и имеют хождение в математике, физике и множестве других наук, в том числе и материаловедении.

Понятие в физике

Удельный вес в физике определяется как вес вещества в единице объема. В системе измерений СИ эту величину измеряют в Н/м3. Чтобы понимать, сколько это 1 Н/м3, его можно сравнить с величиной в 0,102 кгс/м3.

Чтобы знать, как рассчитать у. в., нужно понимать формулу расчета. Формула имеет следующий вид:

где Р — вес тела в Ньютонах; V— объем тела в кубических метрах.

Если рассматривать для примера простую воду, то можно заметить, что ее плотность и удельный вес почти не отличаются и очень незначительно меняются с изменением давления или температуры. Ее у. в. равен 1020 кгс/м3. Чем больше в составе этой воды будет растворено солей, тем больше величина у. в. Этот показатель для морской воды гораздо больше, чем для пресной, и равен 1150 – 1300 кгс/м3.

Ученый Архимед когда-то давным-давно заметил, что на погруженное в воду тело действует выталкивающая сила. Равна эта сила количеству жидкости, которую тело вытеснило. Когда тело весит меньше объема вытесненной жидкости, то оно плавает на поверхности и идет ко дну, если ситуация обратная.

Плотность воды

Весьма общераспространенным и часто встречавшимся в повседневной жизнедеятельности жидкостным веществом считается вода. Рассматривая главные параметры плотности и вязкости данного вещества, получаем плотность в естественных условиях равной 1000 килограмм на метр кубический. Данная величина используется в дистиллированной воде. Для морской воды величина плотности немного больше, и составляет 1030 килограмм на метр кубический. Данное значение не представляться конечным и очень тесно взаимосвязано с температурным показателем. Совершенные данные возможно фиксировать при температуре примерно +4°C.

Формула удельного веса

Формулу расчета УВ выглядит как отношение веса к объему. Для подсчета УВ допустимо применять алгоритм расчета, который изложен в школьном курсе физики. Для этого необходимо использовать закон Архимеда, точнее определение силы, которая является выталкивающей. То есть груз с некоей массой и при этом он держится на воде. Другими словами на него влияют две силы – гравитации и Архимеда.

Формула для расчета архимедовой силы выглядит следующим образом

где g – это УВ жидкости. После подмены формула приобретает следующий вид F=y×V, отсюда получаем формулу УВ груза y=F/V.

Расчет удельного веса

«Как рассчитать удельный вес металлов?» — такой вопрос часто занимает тех, кто развивает тяжелую промышленность. Нужна эта процедура для того, чтобы среди различных вариаций металлов найти те, которые будут отличаться более качественными характеристиками.

Особенности различных сплавов заключаются в следующем: в зависимости от того, какой металл используют, будь то железо, алюминий или латунь, одного объема, в сплаве будут иметь различную массу. Плотность вещества, рассчитываемая по определенной формуле, имеет самое прямое отношение к вопросу, который задают рабочие, обрабатывая металлы: «Как расчитать удельный вес?».

Как уже упоминалось выше, у. в. есть отношением веса тела к его объему. Не стоит забывать, что эту величину еще определяют как силу тяжести взятого за основу объема определяемого вещества. Для металлов их у. в. и плотность находятся в том же соотношении, что и вес к массе испытуемого. Тогда можно использовать еще одну формулу, которая ответит на вопрос о том, как рассчитать удельный вес: у.в./плотность = вес/масса=g, где g — величина постоянная. Единицей измерения у. в. металлов также является Н/м3.

Таким образом, мы пришли к тому, что удельный вес металла носит название вес единицы объема плотного или непористого материала. Чтобы определить у. в., нужно массу сухого материала разделить на его объем в абсолютно плотном состоянии – по факту это формула, используемая для определения веса металла. Чтобы добиться такого результата, металл приводят в такое состояние, чтоб в его частицах не оставалось пор, и он имел однородную структуру.

Каким соотношением связаны плотность и удельный вес жидкости

Удельный вес жидкости (γ) — еще один параметр, от которого зависят ее свойства.

Удельным весом называется вес жидкости, заключенной в единице V (объема).

Нахождение его значения производится по формуле:

Где G — вес жидкости, V — объем.

Между удельным весом и плотностью жидкой среды существует прямая зависимость. Формула для определения удельного веса содержит равенство:

Отличием удельного веса от плотности является тот факт, что он зависит от места проведения измерений, в т.ч. от высоты над уровнем моря и географической широты.

Источник

Рассчитать вес по возрасту и росту

таблица расчета оптимального веса по параметрам рост, возраст

Следующий метод определения веса не является формулой расчета. Это готовая таблица, при помощи которой можно рассчитать правильный вес по возрасту. И если предыдущий вариант дает ориентировочную норму массы тела человека, то таблица Егорова-Левитского, как еще ее называют — отображает максимально допустимое значение веса, превышение которого считается недопустимым для заданного роста и возрастной группы.

Все что вам нужно — знать свой рост, возраст и настоящий вес. Ищите пересечение этих параметров в таблице и понимаете насколько далеко находитесь от максимально-допустимого значения. Если цифра в таблице выше вашего существующего веса — хорошо, если ниже — есть повод задуматься о спортзале и ограничениях в питании.

Теплофизические свойства воды на линии насыщения (100…370°С)

В таблице представлены теплофизические свойства воды H2O на линии насыщения в зависимости от температуры (в диапазоне от 100 до 370°С). Каждому значению температуры, при которой вода находится в состоянии насыщения, соответствует давление ее насыщенного пара. При этих параметрах жидкость и ее пар находятся в состоянии насыщения или термодинамического равновесия.

В таблице даны следующие теплофизические свойства воды в состоянии насыщенной жидкости:

Другие свойства воды такие, как плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость, температуропроводность при росте ее температуры имеют тенденцию к снижению своих значений. Например, плотность воды уменьшается с 958,4 до 450,5 кг/м 3 при нагревании со 100 до 370°С.

Теплопроводность воды в состоянии насыщения при увеличении температуры также снижается (в отличие от нормальных условий и температуре до 100°С, при которых имеет место ее рост в процессе нагрева). Снижение теплопроводности связано с увеличением как температуры, так и давления насыщенной жидкости.

Следует отметить, что удельная энтальпия воды в зависимости от температуры значительно увеличивается при нагревании, как до температуры кипения, так и выше.

Определение удельного веса

Физическая величина, являющаяся отношением веса материала к занимаемому им объему, называется УВ материала.

Материаловедение ХХI века далеко ушло вперед в и уже освоены технологии, которые каких-то сто лет назад считались фантастикой. Эта наука может предложить современной промышленности сплавы, которые отличаются друг от друга качественными параметрами, но и физико-техническими свойствами.

Для определения того, как некий сплав может быть использован для производства целесообразно определить УВ. Все предметы, изготовленные с равным объемом, но для их производства был использованы разные виды металлов, будут иметь разную массу, она находится в четкой связи с объемом. То есть отношение объема к массе это есть некое постоянное число, характерная для этого сплава.

Для расчета плотности материала применяют специальную формулу, имеющую прямую связь с УВ материала.

Кстати, УВ чугуна, основного материала для создания стальных сплавов, можно определить весом 1 см3, отраженного в граммах. Тем больше УВ металла, тем тяжелее будет готовое изделие.

Рассчитать вес по ИМТ (индекс массы тела Кетле)

таблица расчета оптимального веса по индексу массы тела Кетле

При помощи Индекса Массы Тела можно узнать, в каком заранее определенном диапазоне находится вес человека на текущий момент: дефицит, норма или ожирение (все значения ИМТ приведены в таблице).

ИМТ рассчитывается по формуле, в которой участвуют исходные значения роста в метрах и веса в килограммах. Выглядит формула следующим образом: КМТ=вес в килограммах:(рост в метрах*рост в метрах).

Пример: мужчина с ростом 185 см (1,85 м) и весом 88 кг будет иметь ИМТ=88:(1,85*1,85)=27,7. Ищем значение в таблице и понимаем, что индекс находится в диапазоне Избыточная масса тела (предожирение).

Важный момент: расчет правильного веса по ИМТ не учитывает гендерную принадлежность и возрастные изменения организма.

Расчет веса других жидкостей

Для расчета веса жидкого вещества необходимо знать его плотность. В таблице приведен вес 1 л наиболее распространенных в быту жидкостей:

Удельный вес в медицине

Удельный вес в медицине – понятие достаточно часто встречаемое. Используют его при проведении анализов. Давно известно, что у.в. воды пропорционален концентрации в ней растворенных веществ, чем их будет больше, тем больше будет удельный вес. У.в. дистиллированной воды при 4 градусах по Цельсию равен 1,000. Отсюда следует, что у.в. мочи может дать представление о количестве растворенных в ней веществ. Отсюда же можно сделать тот или иной диагноз.

Удельный вес мочи человека колеблется в границах от 1,001 до 1,060. Дети раннего возраста имеют менее концентрированную мочу с показателями от 1,002 до 1,030. В первые дни после рождения удельный вес мочи находится в диапазоне от 1,002 до 1,020. Согласно этим данным, врачи могут судить о работе почек и ставить тот или иной диагноз.

Среди множества параметров, характеризующих свойства материалов существует и такой как удельный вес. Иногда применяют термин плотность, но это не совсем верно. Но так или иначе эти оба термина имеют собственные определения и имеют хождение в математике, физике и множестве других наук, в том числе и материаловедении.

Удельный вес

Плотность жидкости

Каждое жидкостное вещество владеет своими индивидуальными качествами и параметрами. В физике традиционно рассматривается определённое количество явлений, связанных с данными оригинальными параметрами.

Жидкостные вещества привычно подразделяются на две главные части:

Данные категории жидкостных веществ обладают значимыми отличиями меж собой. Капельные жидкостные вещества значительно отличимые от газообразных веществ. Данные вещества имеют конкретный объём. Величина этого объёма не изменяется под воздействием тех или иных наружных сил. В состоянии газа жидкостные вещества полностью распространяются по всему объёму, в котором они находятся. При этом аналогичная категория жидкостных веществ уменьшит или увеличит свой действительный объём в большой степени, при воздействии наружных сил и в зависимости их величины. У жидкостных веществ каждого вида присутствуют три свойства, которых данные вещества не могут лишиться:

Данные параметры имеют возможность воздействовать на множественные законы их передвижения, по данной причине эти свойства являются основными на этапе их исследования и использования информации в практических целях.

Металлы с наибольшим и наименьшим удельным весом

Кроме того, что понятие удельного веса, применяемое в математике и физике, существуют и довольно интересные факты, например, об удельных весах металлов из таблицы Менделеева. если говорить о цветных металлах, то к самым «тяжелым» можно отнести золото и платину.

Эти материалы превышают по удельному весу, такие металлы как серебро, свинец и многие другие. К «легким» материалам относят магний с весом ниже чем у ванадия. Нельзя забывать и радиоактивных материалах, к примеру, вес урана составляет 19,05 грамм на кубический см. То есть, 1 кубический метр весит 19 тонн.

Удельный вес других материалов

Наш мир сложно представить без множества материалов, используемых в производстве и быту. Например, без железа и его соединений (стальных сплавов). УВ этих материалов колеблется в диапазоне одной – двух единиц и это не самые высокие результаты. Алюминий, к примеру, обладает низкой плотностью и малым удельным весом. Эти показатели позволили его использовать в авиационной и космической отраслях.

Удельный вес металлов

Медь и ее сплавы, обладают удельным весом сопоставимый со свинцом. А вот ее соединения – латунь, бронза легче других материалов, за счет того, в них использованы вещества с меньшим удельным весом.

Источник

Теплопроводность воды в зависимости от температуры и давления

В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 1 до 500 атм.

Как известно, вода при атмосферном давлении закипает и переходит в пар при температуре 100°С. Коэффициент теплопроводности воды в этих условиях равен 0,683 Вт/(м·град). При увеличении давления растет и температура кипения воды (закон Клапейрона — Клаузиуса). По данным таблицы видно, при давлении в 100 раз выше атмосферного (100 бар) вода находится в виде пара при температуре от 310°С и имеет теплопроводность 0,523 Вт/(м·град).

Таким образом, следует отметить, что изменение давления влияет как на температуру кипения воды, так и на величину ее теплопроводности. Высокая теплопроводность воды достигается за счет роста давления — при повышении давления коэффициент теплопроводности воды увеличивается. Например, при давлении 1 бар и температуре 20°С вода имеет теплопроводность, равную 0,603 Вт/(м·град). При росте давления до 500 бар теплопроводность воды становится равной 0,64 Вт/(м·град) при этой же температуре.

Источник