Что ты хочешь узнать?
Ответ
Проверено экспертом
При всасывании сверху можно поднять максимум на такую высоту, которая соответствует атмосферному давлению:
p — плотность воды (1000кг/кубических метров),
g — ускорение свободного падения(9.8 Н/кг),
1013 гПа — атм. давление,
откуда h = около 10,3 м.
При «подталкивании» снизу можно поднять на любую высоту.
Ежедневные вопросы по поводу того, почему же насосы не могут всасывать жидкость с глубины более 9 метров сподвигли меня написать статью об этом.
Для начала немного истории:
В 1640 г. в Италии герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца. Для подачи воды из озера был построен трубопровод и насос большой длины, каких до этого еще не строили. Но оказалось, что система не работает — вода в ней поднималась только до 10,3 м над уровнем водоёма.
Никто не мог объяснить, в чем тут дело, пока ученик Галилея — Э. Торичелли не высказал мысль, что вода в системе поднимается под действием тяжести атмосферы, которая давит на поверхность озера. Столб воды высотой в 10,3 м в точности уравновешивает это давление, и поэтому выше вода не поднимается. Торичелли взял стеклянную трубку с одним запаянным концом и другим открытым и заполнил ее ртутью. Потом он зажал отверстие пальцем и, перевернув трубку, опустил ее открытым концом в сосуд, наполненный ртутью. Ртуть не вылилась из трубки, а только немного опустилась.
Столб ртути в трубке установился на высоте 760 мм над поверхностью ртути в сосуде. Вес столба ртути сечением в 1 см2 равен 1,033 кг, т. е. в точности равен весу столба воды такого же сечения высотой 10,3 м. Именно с такой силой атмосфера давит на каждый квадратный сантиметр любой поверхности, в том числе и на поверхность нашего тела.
Точно также, если в опыте с ртутью вместо неё в трубку налить воды, то столб воды будет высотой 10,3 метра. Именно поэтому и не делают водяных барометров, т.к. они были бы слишком громоздкими.
Давление столба жидкости (Р) равно произведению ускорения свободного падения (g), плотности жидкости (ρ) и высоты столба жидкости:
Атмосферное давление на уровне моря (Р) принять считать равным 1 кг/см2 (100 кПа).
Примечание: на самом деле давление равно 1,033 кг/см2.
Плотность воды при температуре 20°С равна 1000 кг/м3.
Ускорение свободного падения – 9,8 м/с2.
Из этой формулы видно, что чем меньше атмосферное давление (P), тем на меньшую высоту может подняться жидкость (т.е. чем выше над уровнем моря, например в горах, тем с меньшей глубины может всасывать насос).
Также из этой формулы видно, что чем меньше плотность жидкости, тем с большей глубины можно её выкачивать, и наоборот, при большей плотности глубина всасывания уменьшится.
Например, ту же ртуть, при идеальных условиях, можно поднять с высоты не более 760 мм.
Предвижу вопрос: почему в расчетах получился столб жидкости высотой 10,3 м, а насосы всасывают только с 9 метров?
Ответ достаточно простой:
— во-первых, расчет выполнен при идеальных условиях,
— во-вторых, любая теория не дает абсолютно точных значений, т.к. формулы эмпирические.
— и в-третьих, всегда существуют потери: во всасывающей линии, в насосе, в соединениях.
Т.е. не возможно в обычных водяных насосах создать разряжение, достаточное для того, чтобы вода поднялась выше.
Итак, какие выводы из всего этого можно сделать:
1. Насос не всасывает жидкость, а лишь создает разряжение на своём входе (т.е. уменьшает атмосферное давление во всасывающей магистрали). Вода выдавливается в насос атмосферным давлением.
2. Чем больше плотность жидкости (например, при большом содержании в ней песка), тем меньше высота всасывания.
3. Рассчитать высоту всасывания (h) можно, зная, какое разряжение создает насос и плотность жидкости по формуле:
h = P / ( ρ* g) — x,
где P – атмосферное давление, — плотность жидкости. g – ускорение свободного падения, x – величина потерь (м).
Примечание: формула может использоваться для расчета высоты всасывания при нормальных условиях и температуре до +30°С.
Также хочется добавить, что высота всасывания (в общем случае) зависит от вязкости жидкости, длины и диаметра трубопровода и температуры жидкости.
Например при увеличении температуры жидкости до +60°С, высота всасывания уменьшается почти в два раза.
Это происходит потому, что возрастает давление насыщенных паров в жидкости.
В любой жидкости всегда присутствуют пузырьки воздуха.
Думаю, все видели, как при закипании сначала появляются маленькие пузырьки, которые затем увеличиваются, и происходит кипение. Т.е. при кипении, давление в пузырьках воздуха становится больше, чем атмосферное.
Давление насыщенных паров и есть давление в пузырьках.
Увеличение давления насыщенных паров приводит к тому, что жидкость закипает при более низком давлении. А насос, как раз и создает в магистрали пониженное атмосферное давление.
Т.е. при всасывании жидкости при высокой температуре, существует возможность её закипания в трубопроводе. А никакие насосы не могут всасывать кипящую жидкость.
Вот, в общем, и всё.
А самое интересное, что все это мы все проходили на уроке физики при изучении темы «атмосферное давление».
Но раз вы читаете эту статью, и почерпнули что-то новое, то именно «проходили» 😉
— устранены старые ошибки, позволившие вычислить плагиата как текстовой информации, расположенной на данной странице, так и содержащейся на ней защищенной паролем анимации с последующей публикацией дизассемблированного и переработанного содержимого кода, под своим копирайтом без указания на первоисточник.
Как и чем можно измерить силу осмоса и на какую высоту он может поднять воду
Д авайте выясним, какая сила кроется за этим удивительным явлением — осмос. В технике силу обычно сравнивают с лошадиной. Одна лошадь — одна лошадиная сила, 10 лошадей имеют 10 лошадиных сил и т.д., а чем можно измерить «силу осмоса» и как сравнить ее с «силой вакуумного насоса».
В ы конечно знаете, как работает одно из уникальных изобретений современного человека — вакуумный насос. Если нет, то посмотрите на анимацию справа.
После того как поршень с помощью рычага поднимают вверх, под ним образуется вакуум и в этот момент со стороны поршня на поверхность воды ни что не действует.
Но на поверхность жидкости вне насоса с большой силой давит атмосфера, создавая так называемое атмосферное давление.
Е ще Паскаль установил, что если на жидкость или газ произвести давление, то оно передается внутри жидкости во все стороны одинаково. В результате этого давления вода и начинает подниматься за поршнем. Дальше вступают в работу клапаны. Когда мы опускаем поршень вниз, нижний клапан закрывается и не дает воде вернуться назад, но зато открывается верхний клапан, и вода (жидкость) перекачивается из под поршня на его поверхность. При следующем подъеме, которого закрывается верхний клапан, не позволяя жидкости сбежать вниз, а под поршнем снова создается разреженное пространство — вакуум и все повторяется сначала.
Н а первый взгляд может показаться, что так будет продолжаться до бесконечности, но не тут — то было. Дело в том, что чем выше столбик воды мы имеем, тем большее давление она производит и в какой — то момент времени вода, находящаяся под поршнем станет давить с такой же силой как и атмосфера. А раз давления сравняются, то жидкость не станет больше подниматься за поршнем, как бы нам этого ни хотелось. Известно, что давление жидкости, производимое на дно сосуда P прямо пропорционально произведению плотности p жидкости на ускорение свободного падения g и на высоту столба жидкости h. Нормальное атмосферное давление = 760 мм. рт. ст., что соответствует примерно 100 000 Па. или 0.1 МПа. что и показывает манометр на анимации. g можно принять за 9,8 м/с 2 ., а плотность чистой воды (без примесей) равна 1 000 кг/м.куб. Простой подсчет показывает, что столб воды высотой 10 метров (а если быть более точным то получим что-то около 10,34 м) оказывает такое же давление, как и атмосфера. Отсюда следует, что нам не удастся вакуумным насосом поднять чистую воду на высоту более чем 10 м. А что же осмос, он на какую высоту может поднять воду, оказывается ни как не меньше чем на 115 метров. Откуда это известно?
«>