1-mavzu. Kirish. Suyuqlik haqida umumiy tushuncha. Suyuqliklarning fizik xossalari. Suyuqlikka ta’sir etuvchi kuchlar

Suyuqliklarning asosiy fizik xossalari


Zichlik va solishtirma og‘irlik
Suyuqliklarning asosiy fizik xosslaridan quyidagilar hisoblanadi: zichlik, solishtirma og‘irlik, siqiluvchanlik, qovushqoqlik.

Suyuqliklarni hajm bo‘yicha taqsimlanishi zichlik va solishtirma og‘irlik bilan xarakterlanadi.

Suyuqlikning zichligi – bu bir jinsli suyuqliklarning hajmga nisbati tushuniladi:

		m			(1.1)
	V
bu erda m – suyuqlik massasi; V – suyuqlikning hajmi.
Nisbiy zichlik tushunchasi gidravlikada keng foydalaniladi. Suyuqlikning
nisbiy zichligi 0 deb, suyuqlik zichligining t 3,98^0 C					da olingan suv zichligi с
nisbatiga aytiladi, ya’ni
0					(1.2)
	с

Nisbiy zichlik – o‘lchamga ega bo‘lmagan kattalikdir.

Zichlik haroratga bog‘liq bo‘lib, odatda, harorat ortishi bilan uning qiymati kamayadi. Bu o‘zgarish neft’ mahsulotlari uchun quyidagi munosabat orqali ifodalanadi:

t			20			(1.3)
1 t (t 20)
bu erda t – harorat (birligi ^0S),				t –		hajmiy kengayish koeffitsenti; 20 –
suyuqlikning 20^0S dagi zichligi.
Suyuqlikning solishtirma og‘irligi						– bu suyuqlik og‘irligining G uning
hajmi nisbatiga aytiladi:
		G				(1.4)

V

t 3,98⁰ C


G mg
Solishtirma og‘irlik bilan zichlik orasidagi bog‘lanish mavjud: Nyuton
qonuniga muvofiq massa va og‘irlik munosabati bilan bog‘liq, bu erda g –

erkin tushish tezlanishi, u holda

	G			mg		g		(1.5)
	V			V
Suyuqlikning nisbiy solishtirma og‘irligi 0								shu suyuqlikka ma’lum
haroratda quyidagi tenglikdan topish mumkin:
	0				t			(1.6)
					c

bu erda _t – ma’lum haroratda olingan suyuqlikning solishtir-ma og‘irligi; _с –

20. 
    3,98⁰ C da olingan suvning solishtirma og‘irligi.
    

Zichlik ham solishtima og‘irlik singari bosim va haroratga bog‘liq. Suyuqliklarning zichligi va solishtirma og‘irligi haroratning oshishi va bosimning

kamayishi bilan kamayadi. da suv va larning eng kichkina

qiymatlari xarakterlanadi, bundan tashqari suv 0 dan 3,98 ⁰S gacha bo‘lgan chegaralarda taqdim etiladi.

Solishtima hajm – zichlikka teskari bo‘lgan kattalikka aytiladi:

v	1		V	(1.7)

m

Bu erda v 1 deb yozish mumkin.

Suyuqlikning siqiluvchanligi

Suyuqlikning siqiluvchanligi – bu bosim va harorat o‘zgarishi bilan o‘zining hajmini (zichligini) o‘zgartiruvchi suyuqlik xossasiga aytiladi. Siqilish kattaligi bosimga bog‘liq holda hajmiy siqilish koeffitsienti _v bilan xarakterlanadi.

Hajmiy siqilish koeffitsienti bosim o‘zgarishi birligiga to‘g‘ri keladigan suyuqlik hajmining nisbiy o‘zgarishini ko‘rsatadi:

			v		V		1		(1.8)
					V0p
bu erda	V0	–	suyuqlikning	boshlang‘ich					hajmi (bosimning	p0 boshlanishida);
V Vp	V0	–	p p p0 kattaligiga bosim o‘zgarganidagi							suyuqlik hajmining
o‘zgarishi.

Formuladagi “-” belgisi hajmning teskari ko‘payishiga (kamayishi) mos keluvchi, bosimning ijobiy ko‘payishiga sabab bo‘lishligini bildiradi. _v ning o‘lchov birliklari: SI – m²/N, SGS – sm²/din, MKGSS – m²/kgk.


_v qiytati nihoyatda kichik, amaliy masalalarda bosim o‘zgarishida hajmning (zichlikning) o‘zgarishi e’tiborga olinmaydi. Ammo, suyuqliklarning tebranishi va gidravlik zarbada albatta hisobga olinadi.
1.2-jadval

Suyuqlik	Siqilish koeffitsienti,
	W 10 ^9 , m^2/N
Suv	0,49

Etil spirti	0,78
Simob	0,039
Glitserin	0,25
Kerosin	0,77

Siqiluvchanlikni xarakterlaydigan keyingi parametr hajmiy elastik moduli hisoblanadi.

Hajmiy elastik moduli – bu suyuqlikning hajmiy siqilish koeffitsientiga teskari bo‘lgan kattalikka aytiladi:

Е	1	(1.9)

_v

5. 
   ning o‘lchov birliklari: SI – N/m², SGS – din/sm², MKGSS – kgk/m².
   

_v va E qiymatlari bosim va haroratga bog‘liq, ya’ni _v f ( p,t) , E f ( p,t)
. Odatda, E qiymati bosim o‘sishi bilan kattalashadi, haroratning o‘sishi bilan esa

5. 
   qiymati kamayadi.
   

Haroratdan kengayish koeffitsienti

Haroratdan kengayish koeffitsienti harorat o‘zgarishi birligiga to‘g‘ri keladigan suyuqlik hajmining nisbiy o‘zgarishini ko‘rsatadi:

t	V			1		(1.10)
				t
	V0
bu erda V Vt V0 – t t t0		kattaligi				harorat o‘zgarishiga sabab bo‘ladigan
suyuqlik hajmining o‘zgarishi.

20. 
    haroratgacha isitgandagi suyuqlik hajmini quyidagi formula bo‘yicha hisolanadi
    

Vt V0 (1 t t) V0 (1 t (t t0 ))

(1.11)

Bu hajmlarning hisoblariga amal qilayotganda hisobga olinadi.

Suyuqliklar uchun haroratdan kengayish koeffitsienti ularning hajmiy siqilish koeffitsientlaridan ancha katta, shunga qaramay ularning qiymatlari ham juda kichik. SHuning uchun amaliyotda ularni ko‘pchilik muhandislik hisoblarda hisobga olinmaydi.

Siqilish va kengayish koeffitsientlari amaliyotda gazlar va bug‘larni qayta ishlash texnologiyalari masalalari bilan bog‘liq termodinamik jarayonlarni hisoblashda etarli keng qo‘llaniladi.

1.3-jadval

Suyuqlik	Haroratdan kengayish
	koeffitsienti, t
Suv	0,0006
Glitserin	0,0005
Mineral moy	0,0009
Neft	0,0006
Simob	0,00018

Suyuqlikning qovushqoqligi

Qovushqoqlik – bu qo‘shimcha tashqi kuchlar ta’sirida suyuqlikning ayrim zarrachalari yoki qatlamlariga nisbiy ko‘chishiga (siljishiga) qarshilik ko‘rsatuvchi real suyuqlik xossasiga aytiladi.

SHartli ravishda alohida qatlamlardan iborat bo‘lgan suyuqlik oqimini ko‘rib chiqamiz (1.1-rasm). Koordinata o‘qlarini to‘g‘ri burchak tizimida belgilab olamiz. Abssissa o‘qi bo‘yicha V qatlamdagi suyuqlik zarrachalarining tezligini, ordinata o‘qi bo‘yicha esa y qatlamlari orasidagi masofani qo‘yamiz.

Agar V o‘q hovuz tubida bo‘lsa, u holda tezlik 0 nuqtada nolga teng bo‘ladi. Suyuqliklar qatlamlari har xil tezliklar bilan harakat qiladi. Qatlamlar tezliklari parabolik egri ko‘rinishida o‘zgaradi.

YOpishqoq suyuqliklar oqimida suyuqlik qatlamlari orasidagi siljishlar sodir bo‘ladi, natijada urinma kuchlanishlar (ishqalanish kuchlanishi) vujudga keladi.

Siljishning solishtirma kuchi – bu yuza birligiga to‘g‘ri keladigan suyuqliklar orasidagi ichki ishqalanish kuchiga aytiladi.

1.1-rasm. Qattiq devor bo‘ylab yopishqoq suyuqliklarning oqimi

Ushbu g‘oyani 1686 yilda I. Nyuton aytib o‘tgan va shunga muvofiq siljishning solishtirma kuchi (suyuqlikdagi urinma kuchlanish ) ko‘ndalang tezlik gradientiga to‘g‘ri proporsional va suyuqlik turiga bog‘liqligini 1883 yilda prof. N.P. Petrov tomonidan eksperiment orqali asoslangan.

SHunday qilib, (Nyutonning yopishqoq siljishi qonuni) quyidagi formula bo‘yicha aniqlanadi

	V			(1.12)
	y
bu erda– dinamik qovushqoq koeffitsenti;			V	– tezlik gradienti. Tezlik
			y

gradienti y o‘qi yo‘nalishi qatlamlari orasidagi uzunlik birligiga to‘g‘ri keladigan tezlik o‘zgaruvchisi bilan xarakterlanadi.

Tezlik gradienti berilgan nuqtadagi suyuqliklar qatlamlari intensiv siljishini ko‘rsatadi.

Suyuqlik qatlamlari bilan ishqalanish kuchi orasidagi bog‘lanish quyidagi formula bo‘yicha aniqlanadi

T S S	V	(1.13)

y

bu erda S – qatlamlarning kesuvchi yuzasi.
ning o‘lchov birliklari: SI – N·k/m², SGS – din·k/sm², MKGSS – kg·k/m².

Suyuqlikning dinamik qovushqoqlik koeffitsienti doimiy haroratda, doimiy qiymatni saqlagan holda faqat uning haroratiga bog‘liq va u Puazeyl taqdim etgan empirik formula bo‘yicha aniqlanadi:

0 (1 0,0337t 0,000221t ^2 ) ^1

(1.14)

bu erda ₀ – t 0⁰ C dagi suvning dinamik qovushqoqlik koeffitsienti; t – ⁰S dagi suvning harorati.

Xususan, tez-tez amaliyotda dinamik qovushqoqlik koeffitsienti emas, aksincha, kinematik qovushqoqlik koeffitsienti deb nomlangan uning suyuqlik zichligiga nisbatidan foydalaniladi.

Kinematik qovushqoqlik koeffitsienti – bu dinamik qovushqoqlik koeffitsientini suyuqlik zichligiga nisbatiga aytiladi:

		(1.15)

Kinematik qovushqoqlik koeffitsientining o‘lchov birliklari: SI – m²/s, SGS – sm²/s = 1 St (stoks).

Stoks – katta kattalik hisoblanadi. Amaliyotda yuzdan biri – santistoksdan: 1 sSt = 10^-2 St foydalaniladi.

Suyuqlikning ma’lum haroratida (odatda +50⁰S da) qovushqoq qiymatlari, jadvallarda keltiriladi. Tomchilovchi suyuqliklar qovushqoqligi suyuqlik turi, bosim va haroratiga bog‘liq. Qovushqoq haroratga shu darajada bog‘liqki, harorat oshishi bilan qovushqoqlik kamayadi.

Faqat bosimning katta o‘zgarishi nisbatiga qarab qovushqoqlikni bosimga jiddiy bog‘liqligini ko‘rsatadi.

Qovushqoqlik indeksi harorat o‘zgarishida suyuqlik qovushqoqligini doimiylik darajasini xarakterlaydi. Qovushqoqlik indeksi qancha yuqori bo‘lsa, shuncha qovushqoqlikni haroratga bog‘liqligi egri qiyalik hisoblanadi (1.2-rasm). Ishchi haroratning hamma intervalida doimiy qovushqoqlikga ega bo‘lgan suyuqlik eng yaxshi suyuqlik hisoblanadi.

1.2-rasm. Kinematik qovushqoqlik koeffitsientini haroratga bog‘liqligi

Qovushqoqlik indeksi (QI) tadqiqot qilinayotgan moy egri (t) chizig‘i bilan t 100⁰ C da ₁₀₀ bir xil qovushqoqlikga ega ikkita etallon moylari _{1 1} (t) ,

_{2 2} (t) chiziqlari orasida aniqlanadi. Ushbu moylardan birinchisida (1 egri) qiyalik xarakteristikasi mavjud va shartli ravishda QI=100 bo‘ladi, ikkinchisida esa
(2 egri) tik xarakteristikasi mavjud va shartli ravishda QI=0 bo‘ladi. Amaliyotda QI nomogramma bo‘yicha aniqlanadi.
Suyuqliklar qovushqoqligi viskozimetrlar yordamida tajriba yo‘li bilan o‘lchanadi. Eng ko‘p tarqalganlaridan biri Engler viskozimetri hisoblanadi (1.3-rasm) va u tubda o‘rnatilgan qisqa quvur d=2,8 mm bo‘lgan d=106 mm silindr idishdan iborat.

Englerning shartli gradusidagi suyuqlikning qovushqoqligini bilgan holda kinematik qovushqoqlik koeffitsientini sm²/sek da o‘tish uchun Ubbelode empirik formulasi bo‘yicha aniqlanadi:

0,0731^0 Е	0,0631		(1.16)
	0 Е

bu erda ⁰ Е – Englerning shartli gradus soni.

1.3-rasm. Engler viskozimetrining umumiy sxemasi

Viskozimetrdagi tekshirilayotgan suyuqlikni 200 sm³ to‘lish vaqti t , t_сув

vaqtga bo‘lingan og‘irlik kuchi ta’sirida shu quvur orqali disstillangan suvning hajmi 20⁰S dagi to‘lishidagi qovushqoqlik Engler gradusida ifodalandi:

^0 E	t	(1.17)
	^tсув

bu erda t_сув 51,6 s.


Suyuqlikka ta’sir etuvchi kushlar

Suyuqlikning oquvchanligi (uning zarrachalari harakat-chanligi) natijasida ularga bir joyga to‘plangan kuchlar ta’sir qilmasligi mumkin, faqat esa uning hajmi (massasi) yoki yuzasi bo‘yicha uzluksiz taqsimlangan kuchlar ta’sir qilishi mumkin.

Tinch holatda turgan suyuqlikka ikki toifali bo‘lgan tashqi kuchlar ta’sir qiladi: massa va yuzaki kuchlar.

Massa kuchlari suyuqlik massasiga (bir jinsli suyuqliklar uchun va ularning hajmi bo‘yicha) proporsional. Bular og‘irlik va inersiya kuchlari hisoblanadi.

Yuzaki kuchlar – bu suyuqlik hajmning sirtiga ta’sir etuvchi kuchlar. Bu kuchlarga o‘sha hajmga suyuqlikning yonma-yon joylashgan hajmlar ta’siri yoki o‘sha suyuqlikka tegib turuvchi boshqa jismlar ta’siri bevosita sabab bo‘ladi. Bunga ochiq idishdagi suyuqlikning sirtiga atmosfera bosimining ta’sirini misol qilish mumkin.

Massa kuchlari yuzaki kuchlari singari birlik kuchlari ko‘rinishida ko‘rib chiqiladi. Massa kuchlari massa birligiga, yuzaki kuchlari esa maydon birligiga taalluqli.

CHunki massa kuchi massaning tezlanishga ko‘paytmasiga teng, unda yagona massa kuchi tezlanishga mos keladigan miqdorga teng.

		Misol uchun, og‘irlik kuchi G mg ga teng, yagona massa kuchi
mG		G		mg	g ga teng.
		m m