Правила техники безопасности

При выполнении лабораторных работ студенты должны помнить о следующих основных положениях техники безопасности:

1. Приступая к опыту, следует тщательно проверить состояние своей одежды, помня о том, что свешивающийся шарф, галстук или какая-либо развевающаяся часть одежды могут быть зацеплены и затянуты вращающимся ротором машины.

Перед пуском в ход насосной установки необходимо проверить исправное состояние всех доступных для досмотра частей, а также предохранительных и ограждающих устройств. Об обнаруженных дефектах и неисправностях студенты должны немедленно сообщать лаборанту или преподавателю.

2. Участникам эксперимента категорически воспрещается проводить на ходу чистку, ремонт, подтягивание гаек электродвигателя или насоса.

3. Воспрещается касаться всех вращающихся частей установок, оголенных контактов щита управления. Необходимо помнить, что всякое переключение в электросхеме и закрепление контактов щита можно выполнять только при отключенной от контактной сети установки.

4. Смазку частей насосных агрегатов на ходу допускается производить лишь при наличии специальных приспособлений, обеспечивающих безопасное ее проведение.

5. Разлитые вода или масло должны бать немедленно и тщательно убраны с пола с тем, чтобы в помещении не было скользких мест.

6. В процессе проведения опытов следует избегать излишней суетливости, категорически запрещается какое бы то ни было нарушение дисциплины.

7. При работах, связанных с насосной установкой, необходимо соблюдать последовательность выполнения отдельных операций.

Лабораторная работа №1

Тема: Изучение физических свойств жидкости

Цель работы. Освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей и приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами.

Задача работы. Уяснить:

- понятие плотности жидкости;

- понятие теплового расширения;

- понятие вязкости;

- понятие поверхностного натяжения жидкостей;

- принцип работы жидкостных приборов.

Общие сведения

Жидкостью называют мало сжимаемое тело, изменяющее свою форму под действием весьма малых сил. Основные характеристики жидкости - плотность, сжимаемость, тепловое расширение, вязкость и поверхностное натяжение.

Плотность - отношение массы m жидкости к её объему V:  = m/V.

Сжимаемость - свойство жидкости уменьшать объем под действием давления. Она оценивается коэффициентом сжимаемости _Р, показывающим относительное уменьшение объема жидкости W при повышении давления р на единицу: _Р = (V/V) / р.

Тепловое расширение - свойство жидкости изменять объем при нагревании - характеризуется коэффициентом теплового расширения _Т, равным относительному приращению объема V с изменением температуры Т на один градус при постоянном давлении: _Т = (V/V) / T. Как правило, при нагревании объем жидкости увеличивается.

Вязкость - свойство жидкости сопротивляться относительному скольжению ее слоев. Ее оценивают динамическим коэффициентом вязкости , который измеряется в паскаль-секундах (Пас) и равен касательному напряжению между соседними слоями, если их относительная скорость перемещения численно совпадает с толщиной слоя. Кинематический коэффициент вязкости  определяют из формулы  =  /  и измеряют квадратными метрами на секунду (м²/с) или стоксами (1 Ст = 1 см²/с). Эти коэффициенты определяются видом жидкости, не зависят от скорости течения, существенно уменьшаются с возрастанием температуры.

Поверхностное натяжение – свойство жидкости образовывать поверхностный слой взаимно притягивающихся молекул - характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения , равным силе на единице длины контура свободной поверхности. Значения , _Р, _Т,  и  при 20 ^оС указаны в табл.1.1.

Таблица 1.1

Жидкость	, кг/м3	Р103, МПа-1	Т103, ОС -1	106, м2/с	 , Н/м
Вода пресная	998	0,49	0,15	1,01	73
Спирт этиловый	790	0,78	1,10	1,52	23
Моторное масло М-10	900	0,60	0,64	800	25
Индустриальное масло 20	900	0,72	0,73	110	25
Трансформаторное масло	890	0,60	0,70	30	25
АМГ - 10	850	0,76	0,83	20	25

Описание устройства № 1

Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит 5 приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (рис. 1.1), на котором указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3-5 начинают действовать при перевертывании устройства № 1. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех устройствах.

Рис. 1.1 Схема устройства №1:

1 - термометр; 2 - ареометр; 3 - вискозиметр Стокса;

4 - капиллярный вискозиметр; 5 - сталагмометр

Порядок выполнения работы

Определение коэффициента теплового расширения жидкости

Термометр 1 имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненные термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Варьирование температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объема термометрической жидкости и ее уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.

Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется в следующем порядке на основе мысленного эксперимента, т.е. предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельных значений термометра и уровень жидкости в капилляре возрос на величину l.

1. Подсчитать общее число градусных делений Т в шкале термометра и измерить расстояние l между крайними штрихами шкалы.

2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости V = r²l, где r - радиус капилляра термометра.

3. С учетом начального (при 0 ^ОС) объема термометрической жидкости V найти значение коэффициента теплового расширения _Т= (V/V) / T и сравнить его со справочным значением ^*_Т (табл. 1.1). Значения используемых величин занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Вид жидкости	r, см	V, см3	Т, ОС	l, см	V, см3	Т, ОС -1	*Т, ОС -1
Спирт

Измерение плотности жидкости ареометром

Ареометр 2 служит для определения плотности жидкости поплавковым методом. Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части. Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована сразу по плотности.

В ходе работы выполнить следующие операции.

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле  = 4m/(d²h), где m и d – масса и диаметр ареометра. Эта формула получена путем приравнивания силы тяжести ареометра G=mg и выталкивающей (архимедовой) силы P_A=gV, где объем погруженной части ареометра V=(d²/4)h.

3. Сравнить опытное значение плотности  со справочным значением ^* (см. табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 3.

Таблица 1.3

Вид жидкости	m, г	d, см	h, см	, /см3	*, г/см3
Вода

Определение вязкости вискозиметром Стокса

Вискозиметр Стокса 3 достаточно прост, содержит цилиндрическую емкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик. Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика в ней следующим образом.

1. Повернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости на 180^о и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе 3. Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости

 = g d² t (_ш/ -1) / [18l + 43.2l (d/D)],

где g – ускорение свободного падения; d, D – диаметры шарика и цилиндрической емкости; , _ш - плотности жидкости и материала шарика.

3. Сравнить опытное значение коэффициента вязкости  с табличным значением ^* (см. табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Вид жидкости	, кг/м3	t, сек	l, м	d, м	D, м	ш, кг/м3	, м2/с	*, м2/с
М-10					0,02

Измерение вязкости капиллярным вискозиметром

Капиллярный вискозиметр 4 включает емкость с капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из емкости через капилляр.

1. Перевернуть устройство № 1 (см. рис. 1.1) в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S) из емкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

2. Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости =М t (М - постоянная прибора) и сравнить его с табличным значением ^* (см. табл. 1.1). Данные свести в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

Вид жидкости	М, м2/с2	t, с	, м2/с	T, ОС	*, м2/с
М-10

Измерение поверхностного натяжения сталагмометром

Сталагмометр 5 служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит емкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении емкости с заданным объемом.

1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель n.

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения  = К/n (К - постоянная сталагмометра) и сравнить его с табличным значением  ^* (см. табл.1.1). Данные свести в таблицу 1.6.

Таблица 6

Вид жидкости	К, м3/с	, кг/м3	n	, Н/м	*, Н/м
M-10