Л. Прандтль - Гидроаэромеханика (1123861), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Рис. 11. Гидростатичес- кое измерение давления 111-образная трубка) Рис. 12, Жидкостный манометр Примерами манометра с наклонной трубкой могут служить манометрический уровень Теллера 1рис.13 и 15) и микроманометр Крелля (рис. 14). В обоих этих приборах перемещению столба жидкости в трубке на расстояние х соответствует изменение высоты уровня на величину Й = хз1пой следовательно, разность давлений будет равна рг — рг — — ухз1п а. Однако точное измерение малого наклона а трубки представляет некоторые трудности; кроме того, без тщатегьной проверки нельзя быть уверенным в там, что трубка совершешю прямая.
Поэтому длл точных Рис. 13. Манометрический уро- Рис. 14. Микроманометр Крепла вень Теллера Рис. 15. Манометрический уровень Теплера измерений при помощи таких приборов производится их предварительнан тарнровка. Тариравка микроманометра Креллл пронзводитсн следующим образом. Измеряют диаметр 4 широкого цилиндрического сосуда (этот сосуд должен быть выточеп очень точно). Затем, пользуясь уровнем, тщательно выравнивают прибор, после чего начинают подливать в широкий сосуд взвешенные порции жидкости и каждый раз отсчитывают по шкале положение жидкости в узкой трубке.
Каждая порцин жидкости., напитал в широкий сосуд, нагружает первоначальный уровень и приводит к увеличению давления на величину, равную несу порции, деленной на плошадь поперечного сеченнл шиМ~ рокоте сосуда †. При этом равновесие первоначальной системы жидкости 4 получаетсл совершенно таким же, как если бы соответствующее увеличение давлеинл было вызвано воздухом.
То обстолтельство, что допитая в сосуд жидкость в действительности смешивается с остальной жидкостью, для наших рассуждений значенил не имеет. Полученные соответственные значения давленил и положения жидкости в узкой трубке позволлют построить необходимую для отсчетов шкалу или составить таблицу. Манометрический уровень Теллера лвллетсл в высшей степени чувствительным прибором для измеренил самых небольших разностей давлений, если только при работе с ним соблюдать тшатсльные меры предосторожности, указанные самим Тендером'. Основнал часть прибора представляет собой изогнутую посредине стеклянную трубку 1рис. 13). внутри которой находитсн столбик нелетучей, легко подвижной жидкости (ксплол). Длина ~ЪЧ!енсюо.
Апс., т. 84 (1888), стр. г90: т. 56 (1896), стр. 609. этого столбика равна около 25 ель Трубка проходит через наполненный водой сосуд ь> !рис. 15) со стекллнными стенками, причем непосредственно позади трубки укрепллетсл шкала с миллиметровыми делениями (иа рис. 15 изгиб трубки не показан). Сосуд с водой стоит на металлической доске р, наклон которой может регулироваться при помощи винта з. Угол поворота винта отсчитывается по лимбу. Так как шаг винта известен, то, знал угол его поворота, можно определить наклон доски р. Микроскоп М, укрепленный на доске р, позволяет наблюдать перемещение мениска жидкости в правом конце трубки гг'.
Одинаковому давлению на обоих концах трубки гг' соответствует определенное нулевое положение манометрнческого уровня. Зная это положение, можно определить наблюдаемую разность давлений либо по перемещению мениска жидкости в трубке гг', либо по углу, на который надо повернуть винт з, чтобы вернуть мениск в прежнее положепяе. Для тарнровапия, необходимого при первом способе, наблюда>от перемещение мениска, пронсходлщее только вследствие вращения винта з, т.
е. при отсутствии разности давлений на обоих концах трубки гг', и строят кривую или таблицу, связывающую это перемещение с углом поворота 9> винта. Чем меньше угол перелома о трубки гг', тем, очевидно, чувствительнее маиометрпческий уровень. При очень малом угле о Тендеру удавалось измерлть разности давлений порядка 10 еле/сл>~ — 10 ляг/л>з. Длл измерения очень малых разностей давлеиил существуют также манометры без жидкости. Один из О К таких приборов, сконструированный Рейхардтом>, обладает особешю большой чувствительностью: он позволлет измерять разности давлений в 10 л л>л> водняого Р> Р! столба н даже меньшие.
Он представллет собой короб- Т ку !рнс. 16), разделенную на две полости Г и 11. Эти полости соединены резиновыми трубками с теми про- ! страпствами, в которых надо измерить разность давлений. В перегородке между полостлми нмеетсл щель, г через которую проходит с зазором в 0,1л>л! изогнутый по дуге круга легкий поршень К.
Этот поршень вместе с присоединенной к нему стрелкой Я подвешен в точке Т на платиновой проволоке наподобие гальваиометра. Резиновые трубки, подводлщие в прибор давле- Рис. 16. Прецизионния Р> и рз, должны быть широкими, так как иначе ный манометр Рейнензбе>кное течение газа или воздуха через зазор меж- хардта ду стенками щели и поршнем, молгет вызвать в трубках заметное понижение давлешш. Применение жидкостных манометров привело к установлению особого рода единиц для давления., широко распространившихся в практике. В самом деле, давление жидкости можно условиться измерить гйе!с>ьощ>, В, Ее!сес>>г.
6 !па!го>пепгепхппбе, 55 (!935) стр. 24; т. 79 (!935), стр. 1503 непосредственно высотой того столба жидкости, который уравновешивается этим давлением. Так как жидкостные манометры могут наполнятьсл разными жидкостями с разными удельными весамн, то при таком способе измерения давления необходима каждый раз указывать название жидкости. Так, например, говорят о миллиметрах водяного столба, ртутного столба (сокращенно: вод. ст., рт. ст.). Как легко подсчитать, 1 э»л» вод.
ст. =1 кг/мз = 10 4»»г/сэ»з (в самом деле, столб воды с площадью основания в 1 э»з и высотой 1 мл» имеет объем в 1 л и весит 1 кг). Первое соотношение (1 э»л» вод. ст. =1 кг/кз) особенно легко запоминается. Это привело к тому, что единица давления 1 кг/л»з получила очень широкое распространение в технике (в авиационной, вентиляционной и т.д.).
В тех случаях, когда требуется высокая точность отсчета высоты столба жидкости, вода как жидкость для измерения давления мало пригодна, так как она легко и неравномерно прилипает к стенкам стеклянной трубки. Значительно удобнее жидкости, растворяющие жир (алкоголь, толуол, ксилол и т.д.). Для измерения значительных разностей давлений удобнее всего применлть ртуть, которая в чистом виде даст в не слишком узких трубках очень удобный для отсчета мениск.
Удельный вес ртути равен 13,6 г/сэ»з (точнее 13,595 г/сл»з при 0'С), поэтому 1 ль»» рт. ст. =13,6 кг/из =0,00136 кг/сиз. Обратно, 1 кг/сл»э=735,5 л»э» рт. ст. Единицей давления в 1 э»м рт. ст. обычно пользуются в физике. В последнее время для нее предложено название тор (в честь Торичелли, см. э 9). 39.
Давление, меньшее атмосферного. Барометр. Если из сосуда, изображенного на рис. 11, выкачать немного воздуха, то давление в нем станет меньше атмосферного, вследствие чего уровень жидкости в колене А П-образной трубки поднимется выше уровня жидкости в колене В. Произойдет, иак говорят, всасыиание жидкости на высоту. На рис. 17 изображен такой же опыт в несколько измененном виде. Возникает вопрос, до какой высоты возможно всасывание жидкости.
В старину всасывание объясняли тем, что жидкость «боится пустеть»э и поэтому поднимается, если давление иад пею уменьшается. В действительности эти слова, конечно, ничего не объясняли, а только устанавливали определенный факт. Является ли «боязнь пустеть»э безграничной или же имеет какие-та пределы — об этом пе знали. Этим вопросом впервые занялся Галилей (СвИе1). К этому его побудила неудача флорентийских мастеров, поставивших в одном из водяных насосов всасывающий клапан на высоте свыше 10 э» пад уровнем воды.
Не- смотри на все старания мастеров, насос не мог поднять воду на такую высоту. Причину этого впервые объяснил только ученик Галилея Торичелли (Тот!се111) на основе опытов с ртутью, произведенных в 1643 г. по его побуждению его другом Вивиани (Н1ч1ап1). Правильное объяснение всасывания в настоящее время не представляет никаких затруднений. Всасывание возникает всегда в том случае, когда на столб жидкости действует давление, меньшее атмосферного. Но давление р> в сосуде, изображенном на рис. 17, нельзя сделать меныпе нулевого значении, которое получается при полном выкачивании воздуха.
Следовательно,жидкость в трубке может подняться самое большее на такую высоту Ь, которан соответствует полному давлению воздуха ре, т. е. на высоту, равную 1> = —. Ро Рис. 17. ВсасыУпомянутый выше опыт Вивиани состоял в следую- ванне жидкости щсм. Стеклянная трубка длиной в два локтя (120 сж) на высоту со стеклянным шаром на одном конце целиком наполнялась через открытый конец до верху ртутью и закрывалась пальцем. Затем трубка перевертывалась шаром вверх и опускалась другим концом, оставаясь закрытой пальцем, в чашку со ртутью. Как только палец отнимался, ртуть сейчас же опускалась до высоты 1 >/4 локтя (75 сж) над уровнем ртути в чашке.
Таричелли правильно заключил отсюда, что получающийся столб ртути уравновешивается давлением наружного воздуха или, как можно сказать, весом столба воздуха, простирающегося до границ атмосферы и имеющего такое же поперечное сечение, как и столб ртути. Торичелли заметил также, что столб ртути имеет не всегда одинаковую высоту, и вывел отсюда, что давление воздуха подвержено определенным колебаниям.
Этот факт оказался чрезвычайно важным для развития метеорологии. Наконец, Торичелли указал, что давление воздуха на вершине горы должно быть меньше, чем у подно>кия, и поэтому на вершине горы столб ртути должен быть ниже, чем у подножия. Это было доказано спустя несколько лет Перрье (Регг1ег), который по предложению Паскаля (Разса1) измерил высоту столба ртути у подножия и на вершине горы П>ои-де-дом, имеющей высоту 975 лс Оказалось, что высота столба ртути иа вершине горы была меньше, чем у подколзин, на 3 дюйма. По предложению >ке Паскаля прибор, впервые примененный Вивиани, был назван бароиетрож. Это название (от гре- ческого Ьвгпа — тял«елый) означает, что прибор измеряет вес столба воздуха, расположенного над местом наблюдения. Па применении барометра основана единица давления, называемая физической атмосферой.
Средняя высота столба ртути в барометре на уровне моря составляет круглым числом 760 л«м. Давление воздуха, соответствующее этому показанию барометра при температуре ртути в 0'С, условились считать нормальным и дали ему название физической атмосферы. Прилагательное «физическаяь добавлено длн того, чтобы устранить смешивание с технической атмосферой, равной 1 кг/смз и обычно применяемой в технике. Удельный вес ртути при 0'С равен 13,595 г/смз, следовательно, 1 смз ртути весит 13,595 г. Поэтому столбу . ртути высотой 76 см соответствует давление воздуха, равное 76 13,595 = 1033,2 г/смз = 1,0332 кг/смг. Если наполнить барометр вместо ртути водой, то высота столба, уравновешивающего давление, равное 1,0332 кг/смг, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
