Vedelik

Allikas: Vikipeedia

Vedelik on üks neljast aine agregaatolekust. Vedelikuna on aine voolav ja selle kuju on tavaliselt piiritletud anuma kujuga, mida ta täidab. Tema ruumala on rangelt määratletud temperatuuri ja rõhuga. Vedelik avaldab survet nii anuma külgedele, kui ka tema sisse asetatud objektidele. Selline rõhk kandub üle igasse suunda, olenemata kaugusest ja suurendes sügavuses.

Vedeliku rõhku p saab arvutada valemi järgi p = ρ * g * z, kus

  • ρ = vedeliku tihedus,
  • g = gravitatsioonikonstant
  • z = kaugus pinnast

Valemis ei ole arvestatud pinnale avaldatavat rõhku ega pinna ebakorrapärasusi.

Vedelike füüsikalised omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Vedelike füüsikalised omadused

Vedelikust saab aine keemistemperatuuril gaas ja külmumispunktis tahkis. Murdosalise destillatsiooni abil on võimalik eraldada kahte vedelikku, kui neil on erinev aurustumispunkt. Kokkukuuluvus kahe molekuli vahel vedelikus on ebapiisav, takistamaks ühel kahest vedelikust ära aurustumast.

Vedelik on kindla ruumalaga, kuid kujuta aine. Mõnes suhtes sarnaneb vedelik gaasiga, näiteks võtab ta selle anuma kuju, milles asub. Teisalt on vedelikku raske kokku suruda ja selle poolest on ta tahke aine moodi. jahtumisel vedelik tahkub, kuumenemisel aga läheb üle gaasilisse olekusse.

Tänapäeval avaldatakse füüsikaliste suuruste mõõtühikud eranditult rahvusvahelises süsteemis (SI). Et Insener võib kokku puutuda ka varasema, tehnilise mõõtühikusüsteemiga, antakse mõningail juhtudel ka süsteemidevaheline seos.

Vedelike peamisteks füüsikalisteks omadusteks on:

  • Tihedus, mille ühikuks on \frac {kg}{m^3}. Tihedus näitab vedeliku ruumalaühiku massi. Põhivalemiks on \rho= \frac{m}{V}, kus \rho \frac{}{} on vedeliku tihedus, m \frac{}{} vedeliku mass ja V \frac{}{} vedeliku ruumala.
  • Erikaal on vedeliku ruumalaühiku kaal. Ühikuks on \frac{N}{m^3} ning põhivalemiks \gamma= \rho g= \frac{F_g}{V}, kus \gamma \frac{}{} on vedeliku erikaal, \rho \frac{}{} vedeliku tihedus, g \frac{}{} raskuskiirendus, F_g=mg \frac{}{} on raskusjõud ja V \frac{}{} vedeliku ruumala. Tihedus ning erikaal olenevad vedeliku liigist,temperatuurist ja vedelikule mõjuvast rõhust.
  • Kokkusurutavus. Nii nagu muidki aineid, saab vedelikku kokku suruda, kuid gaasiga võrreldes vaid tühisel määral. Kokkusurutavust iseloomustab mahtkokkusurutavustegur \beta_v \frac{}{}, mille pöördväärtust nimetatakse mahtelastsusmooduliks tähisega K( Pa-1)

\beta_v =\frac{1}{K}= \frac{-1dV}{V_0dp}, kus V_0 \frac{}{} on vedeliku algruumala ning dV \frac{}{} ruumala muutus, kui rõhk muutup dp \frac{}{} võrra. Miinusmärk tuleneb sellest, et rõhu suurenedes vedeliku maht väheneb.

Temperatuurivahemikus 0...30 °C on vee elastsusmoodul K=1980...2250 MPA, see tähendab, et rõhu suurenedes 0,1 Mpa võrra väheneb vee maht ligi \frac{1}{20000} algmahu võrra ning seda üsna suures rõhuvahemikus. Ka teiste vedelike kokkusurutavus on samas suurusjärgus. Kuna vedelike kokkusurutavus on üsna vähene loetakse arvutustes tavaliselt vedelik mittekokkusurutavaks. Erandiks on vaid hüdrauliline löök.

  • Soojuspaisumine on vedeliku ruumala ja seega ka tiheduse muutumine sõltuvalt temperatuurist jääva rõhu all. Seda iseloomustab ruumpaisumistegur, mille tähis on \beta_t \frac{}{} ja ühik on

K-1.

\beta_t= \frac{1dV}{V_0dt}, kus V_0 \frac{}{} on algmaht ja dV \frac{}{} vedeliku ruumala muutus temperatuuri muutumisel dt \frac{}{} võrra eeldusel, et rõhk ei muutu. Vee ruumpaisumisteguri väärtused on allolevas tabelis.

Vee ruumpaisumisteguri β t • 106 väärtusi K-1
Rõhk p Mpa Temperatuur °C
1...10 10...20 40...50 90...100
0,1 (õhurõhk) 14 150 422 719
9,8 43 165 422 714
19,6 72 183 426 -

Sellest tabelist on ka näha millal tuleb vee paisumist inseneriarvutustes arvestada. Nagu näha muutub tihedus temperatuurivahemikus 0...30°C tühiselt vähe, alla 0,5%. Kõrgematel temperatuuridel peab aga paisumist arvestama, sest vahemikus 0...100°C muutub vee tihedus ning seega ka maht ligikaudu 5%.

  • Viskkoossus on vedeliku omadus takistada oma osakeste liikumist üksteise suhtes. Laminaarselt liikuva vedeliku kihtide vahel tekib viskkoossusest põhjustatud hõõrdejõud, mida kirjeldab Isaac Newtoni valem F_{\nu}= \mu A \frac{du}{dz}, kus μ on vedelikku iseloomustav dünaamiline viskkoossus (Pa • s), A-naaberkihtide kokkupuutepindala (m2) ning \frac{du}{dz} on kihtidevaheline kiirusgradient (s-1), millekohaselt naaberkihid saavad omavahel hõõrduda vaid siis, kui nad liiguvad erineva kiirusega.

Kui hõõrdejõud Fμ jagada hõõrdepinnaga A, saadakse hõõrdepinge ehk tankentsiaalpinge τ.

\tau = \mu \frac{du}{dz}

Hüdraulikaarvutustes eelistatakse dünaamilisele sageli kinemaatilist viskkoossust \nu \frac{}{} ( \frac{m^2}{s}).

\nu = \frac{ \mu }{rho},kus \rho \frac{}{} on vedeliku tihedus. Kinemaatilist viskkoossust avaldati varemCGS- süsteemi ühikutes- stooksides (St).1St=1 \frac{m^2}{s}=10^{-4} \frac{m^2}{s}.

Mõlemad viskkoossused olenevad vedeliku liigist, temperatuurist ja rõhust ning määratakse katseliselt viskosimeetrite abil. Vedeliku soojenedes viskkoossus väheneb, rõhu tõustes suureneb. Kuivõrd rõhu toime avaldub ainult väga suurte rõhumuutuste puhul, siis seda tavaliselt ei arvestata.

Vee kinemaatilist viskkoossust saab arvutada J. Poiseulle' valemist \nu = \frac{0,0178 \cdot 10^{-4}}{1+0,0337t+0,000221t^2}, kus t on temperatuur Celsiuse kraadides.

Kui olmereovee heljumisisaldus B_h \le 600 \frac{mg}{l} ja temperatuur t=2...50 °C saab selle kinemaatilise viskkoossuse \frac{m^2}{s} arvutada N. Fjodorovi valemiga \nu_{reovesi}= \nu+ \frac{2 \cdot 10^{-8} B_h}{t^2}, kus ν on sama temperatuuriga puhta vee viskoossus.

Mineraalõli viskkoossuse olenevust rõhust vahemikus 0...50 Mpa kirjeldab valem \nu_{ap}= \nu_a(1+kp) \frac{}{}, kus k=(2...3) \cdot 10^{-2} ja \nu_a \frac{}{} on mineraalõli viskkoossus normaalsel atmosfäärirõhul.

Newtoni sisehõõrdeseadus kehtib homogeensete vedelike kohta, mida nimetatakse ka njuutonivedelikeks. Suspensioonide,mörtide, betooni- ja söödasegude jms. sisehõõrde arvutamiseks on vaja kasutada erikäsiraamatuid.

  • Küllastunud auru rõhk on rõhk, millel vedelik antud temperatuuril aurustub, see tähendab hakkab keema. Rõhu väärtus oleneb vedelikust ja selle temperatuurist. Temperatuuri tõustes küllastunud auru rõhk suureneb ja vastupidi.

Kui vedelik liigub kiirelt, võib rõhk mingis süsteemiosas langeda alla küllastunud auru rõhu ja kuigi vedelik pole kuum hakkab ta keema. Vedelik seguneb aurumullidega, ta homogeensus kaob ning tavalised hüdraulikaseadused tema kohta enam ei kehti. Tekib kavitatsioon.

Võttes eelõeldu kokku, saab teha järelduse, et vedeliku tihedust ja erikaalu võib enamasti lugeda püsivaks ning temperatuurist sõltumatuks.

Teoreetilistes mõttekäikudes rakendatakse sageli ideaalvedeliku mudelit kus vedelik loetakse täiesti kokkusurumatuks ning liikumine hõõrdevabaks.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]