Гидрогазодинамика

Давление на опору и выдавливание от опоры. Сила Архимеда и сила тяжести (вес).
Упругость воздуха как сопротивление изменению объема при сжатии и разряжении;
Предел сжатия и разряжения воздуха.
Ошибки в переводе трудов Паскаля; Вес столба воды, процесс образования давления. Условия удержания столба воды на весу в трубке;
Абсолютное и относительное давление воздуха;
Магдебургские полушария. Эффект Казламира;
Насос Ломоносова и гидрозатвор (сифон)
Поверхностное натяжение и поверхностное вдавливание;
Принцип действия воздушного насоса.
Принцип действия водного насоса;
Принцип действия струйного насоса.
Эффект Вернулли (нагревание и охлаждение)
Принцип действия крионасоса и термонасоса;
Принцип действия космического насоса;
Принцип действия гидравлического рычага
Принцип действия дистиллятора воды и воздуха. Процесс очищения воды и воздуха, процесс получения воды из воздуха и воздуха из воды
Принцип действия гироскафа (батискафа вращения)
Принцип действия центробежного насоса
Принцип действия термосов и криосов (инерция температуры)
Ограничения подъема воды на высоту;
Измерение давления и температуры с помощью трубки с водой.
Устройство манометров и вакуумметров. Динамометр на основе трубки Бурдона, Динамометр измеряющий давление внешней среды. Градация давлений. Парадокс массы и объема
Баротравма, ДКБ, гипероксия и гипоксия;
Вакуум в плевральной области. Пневмотаракс;
Эффект Мпембы (Горячая вода замерзает быстрее холодной).
Таблица упругости.
Старение воздуха, спертость (пыль), старение воды (затхлость)
Плотность льда
Всплытие пузыря процесс симметризации давлений. Вакуумный насос
Электролиз воды и воздуха в вакууме.
Формулы веса столба воды и давления воды
Системы жизнеобеспечения корабля. Вода, воздух, давление

1. Давление на опору и выдавливание от опоры.

Сила Архимеда: "На тело, погружённое в воду, действует выдавливающая сила, равная весу погруженного объема воды". Если вместо воды будет другая жидкость имеющая большую плотность чем вода, то и сила Архимеда будет больше, так как вес такой жидкости будет больше, чем вес воды того же объема. И наоборот, если плотность жидкости будет меньше плотности воды, то и сила Архимеда будет меньше, так как вес такой жидкости будет меньше чем вес воды того же объема. Сила Архимеда это сила, действующая со стороны внешней среды на тело без учета плотности самого тела. Тела любой плотности одинаково выдавливаются водой на поверхность, но если плотность тела будет меньше плотности воды, тело будет всплывать на поверхность, если плотность тела будет больше плотности воды оно будет тонуть.

Представьте себе сферу из металла глубоко под водой. Плотность металла больше плотности воды и следовательно сфера лежит на дне удерживаясь силой тяжести действующей на опору самой земли. Далее представьте, что плотность сферы начинает уменьшаться, и вместе с уменьшением плотности сферы будет уменьшаться и ее вес. Когда плотность сферы достигнет плотности воды, сфера будет в состоянии нулевой плавучести. Если мы начнем продолжать уменьшать плотность сферы сила тяжести сменится на силу Архимеда действующей от опоры самой Земли и теперь сфера будет выдавливаться более плотной средой всплывая на поверхность. Сфера вынырнув на поверхность оказалась в среде с меньшей плотностью, чем вода и на поверхности сила Архимеда вновь сменилась силой тяжести, действующей на опору самой Земли, теперь сфера плавает на поверхности воды в среде воздуха. Но мы не сдаемся и продолжаем уменьшать плотность сферы, делая меньше и ее вес. При достижении плотности сферы плотности воздуха, сила тяжести сменится на силу Архимеда и сфера начнет выдавливаться более плотной средой на поверхность орбиты нашей планеты. В самом же космосе у нас нет ни силы тяжести ни силы Архимеда, потому что нет плотности среды, есть только количество вещества - плотность распределенные в ее объеме.

Следовательно в зависимости от плотности тела и плотности среды, силу мы будем называть силой тяжести или силой Архимеда, действующими на или от опоры самой Земли в вертикальной плоскости.

Когда одна из сил встречает сопротивление, возникает реакция в горизонтальной плоскости: шарик с водой который лежит на земле стремится расплющиться на опоре силами действующими в стороны, как и пузырь с воздухом расплющится об опору если его резко остановить при всплытии.

Следовательно для тела однородной плотности имеем формулировку:

Если плотность тела больше плотности среды это сила тяжести тела, которая давит вертикально вниз на опору самой Земли.

Если плотность тела меньше плотности среды это сила Архимеда, которая выдавливает вертикально вверх от опоры самой Земли.

Относительно воды в которой всплывает пузырь воздуха мы скажем "сила выдавливания среды" или сила Архимеда, но относительно тонущего камня в воде мы скажем "сила тяжести камня".

Следовательно для тела однородной плотности справедлива формула:

F = ( p тела - р среды ) * V

Совершенно очевидно, что если результат больше нуля это сила тяжести, а если меньше нуля это сила Архимеда.

2. Упругость воздуха, сопротивление изменению объема при сжатии и разряжении

Упругость воздуха это свойство, при котором воздух сопротивляется изменению своего объема при сжатии, разряжении, изменении температуры или давления. Упругость в широком смысле это мера сжимаемости и разжимаемости материи. Упругость воздуха подобна упругости пружины, которая сопротивляется внешней силе ее сжать или растянуть за исключением того что воздух сопротивляется в замкнутом объеме.

Возьмем велосипедный насос и закроем патрубок. Нажмем на ручку насоса она надавит поршень, воздух внутри сожмется, давление станет выше атмосферного, отпустим поршень и видим как поршень возвращается обратно, потому что сжатый воздух стремится прийти к начальному объему. Следовательно воздух сопротивляется сжатию.

Возьмем велосипедный насос, нажмем на ручку насоса она надавит поршень и выдавит весь воздух внутри. Заткнем патрубок. Вытянем поршень, внутри насоса будет создано разряжение, вакуум, давление станет ниже атмосферного, отпустим поршень и видим как поршень возвращается обратно, потому что разряженный воздух стремится прийти к начальному объему. Следовательно воздух сопротивляется разряжению.

Таким образом воздух сопротивляется изменению своего объема при сжатии и разряжении благодаря свойству упругости.

Сопротивление воздуха сжатию и разряжению

Воздух можно сжать, то есть уменьшить объем емкости в которой он заключен при приложении давления выше атмосферного. Если высокое давление убрать, воздух расширится до первоначального объема, благодаря своей упругости.

Воздух можно разрядить (расширить), то есть увеличить объем емкости в которой он заключен при приложении давления ниже атмосферного (вакуума). Если низкое давление убрать, воздух сожмется до первоначального объема, благодаря своей упругости.

Накачивая воздух в шарик мы говорим "расширяется шарик", понимая, что расширяется только объем оболочки самого шарика, а сам воздух при этом не расширяется, а наоборот сжимается из-за упругости оболочки. Однако откачивая воздух из баллона, мы говорим "воздух расширяется", понимая, что объем баллона остается постоянным, а меняется только объем самого воздуха. В случае с надуванием шарика мы говорим "расширяется шарик", а в случае когда мы откачиваем воздух из баллона, уже расширяется сам воздух. Чтобы исключить эту путаницу достаточно понять, что когда говорят "расширение воздуха" под этим понимается его разряжение.

Упругость воздуха характеризует свойство воздуха сохранять свой объем при действии и после прекращения действия сил, вызвавших изменение этого объема.

При повышении давления выше атмосферного воздух сжимается, нагревается и сопротивляется сжатию.

При понижении давления ниже атмосферного воздух разряжается, охлаждается и сопротивляется разряжению.

Мы откачали из баллона воздух, создав глубокий и холодный вакуум, открыли вентиль, какой процесс начал происходить ?

Относительно разряженной среды внутри баллона, вакуум начал засасывать внешний воздух атмосферы выравнивая равновесие;

Относительно внешней атмосферы сама атмосфера начинает заталкивать воздух внутрь баллона выравнивая равновесие;

Все два высказывания абсолютно верные, разница лишь в том, относительно чего описывать происходящий процесс.

3. Предел сжатия и разряжения воздуха.

4. Ошибки в переводе трудов Паскаля. Вес столба воды. Условия удержания столба воды на весу в трубке

Закон гидростатики был открыт Паскалем в 1653 году и его суть отражена в школьном учебнике в виде этой картинки:

А теперь правильный перевод оригинального текста:

Таким образом причиной давления воды является вес самой воды, причиной давления воздуха является вес самого воздуха.

Если в бочке с водой сделать сбоку отверстие вода начнет вытекать под силой своей тяжести с боковой силой, но если сделать такое же отверстие в дне бочки вода начнет вытекать с большей силой, потому что в формировании силы будет участвовать весь столб воды над отверстием.

Вес столба воды.

Возьмите длинную стрелянную трубку 30 см длинной и 0,3 см диаметром опустите ее наполовину в воду и закройте верхнее отверстие, поднимите трубку вместе с водой.

Каким образом вода в трубке с открытым низом удерживается на весу ?

Столб воды в трубке имеет вес, который имеет вектор (тянет) воду вниз. Так как система "вода трубка" герметична, то внутри трубки под действием силы тяжести столба воды образуется разряжение воздуха, который сопротивляется изменению своего объема, в результате чего столб воды удерживается на весу в трубке с открытым снизу концом, который соединяется с относительно постоянным давлением атмосферы. Поэтому столб воды оказывается "зажат" с двух сторон: снаружи снизу атмосферным давлением, а изнутри разряженным воздухом, который сопротивляется изменению своего объема.

Давление ниже атмосферного внутри трубки уравновешивается давлением атмосферного воздуха снаружи под действием силы тяжести столба воды. Сделав вес столба воды или как на картинке справа, вес груза больше, сила тяжести создаст еще большее разряжение внутри трубки (насоса) и на вакуумметре мы увидим еще большее значение разряжения (вакуума), потому что не вес уравновешивается, а давление внутри и снаружи уравновешивается под действием веса !

Условия удержания столба воды в трубке.

Возьмем две стеклянные трубки длинной по 30 см, диаметр первой 10 см, а диаметр второй 0,5 см. При попытке удержать воду в трубке мы обнаружим, что в трубке диаметр которой 10 см вода не может удержаться на весу и сразу выливается, а трубке 0,5 см прекрасно удерживается на весу. Почему это происходит ?

Выше мы пришли к выводу, что столб воды оказывается "зажат" снаружи снизу атмосферным давлением, а изнутри разряженным воздухом, который сопротивляется изменению своего объема.

Т.е. отрицательное давление ниже атмосферного внутри и снаружи уравновешивается под действием веса столба воды. Если переформулировать это по другому можно сказать, что отрицательный вес воздуха внутри и снаружи уравновешивается под действием веса столба воды.

5. Абсолютное и относительное давление воздуха

Абсолютное давление — это давление, точка отсчета для измерения которого взято давление в глубоком космическом пространстве. Т.е. точка отсчета - нулевое давление в открытом космосе (ОК). Так как за точку отсчета взято самое наименьшее значение из возможных, то абсолютное давление всегда положительно. Если точка отсчета давление в вакууме открытого космоса это абсолютное давление.

Относительное давление — это давление, точка отсчета для измерения которого взято текущее атмосферное давление на поверхности нашей планеты, которое в среднем принято равным 760 мм ртутного столба. (101325 Паскалей).

Относительное давление может быть больше или меньше атмосферного.

Большее давление относительно атмосферного давления измеряет манометр (положительное давление), а меньшее давление относительно атмосферного измеряет вакуумметр (разряжение, вакуум, отрицательное давление).

Давление выше или ниже атмосферного измеряет прибор манометр-вакуумметр, "нулем" которого является текущее внешнее давление на поверхности нашей планеты.

Чтобы измерить величину самого атмосферного давления на поверхности нашей планеты, используют барометры, внутри которых имеется жесткий мешок с откачанным воздухом, давление в котором является точкой отсчета для измерения внешнего атмосферного давления. Барометр по своей сути просто более чувствительный манометр-вакуумметр.

Если точка отсчета текущее давление на поверхности нашей планеты это относительное давление, если точка отсчета давление внешнего космоса это абсолютное давление.

В зависимости от точки отсчета измерения давления, само давление мы будем называть абсолютным, относительным, атмосферным, артериальным или венозным.

Не существует градации, при которой мы уверенно можем сказать "это давление еще не вакуум, а вот это давление уже является вакуумом", потому что любое давление ниже давления отсчета уже является вакуумом по отношению к давлению отсчета.

Из этой картинки становится понятно каким образом точка приложения силы тяжести может менять знак давления - делать его выше или ниже атмосферного. Если тяжесть действует на опору мы будем получать давление выше атмосферного, если тяжесть действует от опоры, мы будем получать давление ниже атмосферного.

Нажимаем на поршень насоса (картинка слева), объем цилиндра уменьшается и воздух сопротивляется сжатию, при этом воздух сжимается и нагревается, а давление на манометре становится выше атмосферного.

И наоборот

Выпускаем воздух из насоса, закрываем патрубок и оттягиваем поршень насоса вниз (картинка справа), объем цилиндра увеличивается и воздух сопротивляется изменению объема, при этом воздух разряжается и охлаждается, а давление на вакуумметре становится ниже атмосферного (вакуум).

Давление атмосферы в официальной науке принято равным 1 атмосфере. Текущее давление атмосферы это точка отсчета для измерения относительного давления. Поэтому давление выше атмосферного может принимать значения от 1 атмосферы и выше вплоть до 1000 атмосфер в природе (Марианская впадина, глубина 11 км) и до 9 млн. атмосфер в техническом смысле, а вот давление ниже атмосферного вмещается в позорный интервал значений от 1 до 0.

Значения давлений выше и ниже атмосферного абсолютно симметричны, однако давлению ниже атмосферного выделили ущербный интервал значений от 1 до 0. Следовательно оптимальным значением давления, которое необходимо принять за "ноль" давления должно быть выбрано значение, которое обеспечивает идеальную симметрию значений или по крайней мере к ней стремиться.

Обратите внимание, что давление 760 мм ртутного столба это среднее давление на самой поверхности Земли, по мере увеличения высоты вес воздуха уменьшается и следовательно давление воздуха начинает понижаться, воздух становится разряженным, но по мере погружения под воду давление (вес) на каждые 10 метров глубины увеличивается на 1 атмосферу согласно ниже приведенной таблицы:

6. Магдебургские полушария. Эффект казламира.

Магдебургские полушария — эксперимент немецкого физика Отто фон Герике для демонстрации всасывающей силы давления ниже атмосферного и изобретенного им воздушного насоса

В эксперименте использовались «два медных полушария около 14 дюймов (35,5 см) в диаметре, полые внутри и прижатые друг к другу прокладкой напоминающей резину». Из собранной сферы выкачивался воздух, и полушария удерживались силой вакуума созданного внутри.

Магдебургские полусферы это две стальные полусферы с резиновой прокладкой между ними, из которых откачивают воздух создавая давление ниже атмосферного вакуумным насосом. Полушария прижимает (присасывает) вакуум который создается внутри полусфер, чем глубже вакуум тем сильнее притяжение. После того как насос отключают, вентиль закрывают, а сферы пытаются растянуть, растяжение сфер создает еще больший вакуум, а значит еще большую силу притяжения сфер ! Полусферы удерживаются за счет разницы давлений: Первое из них снаружи атмосферное и оно на поверхности земли для условий проведения данного эксперимента практически постоянное, а второе низкое вакуум внутри полусфер и его мера будет определять степень притяжения полусфер.

Возьмите жестяную банку и откачивайте из нее воздух, в какой то момент банка сожмется внутрь... за счет разницы давлений снаружи и внутри.

Вместо мягкой банки представьте две жесткие конструкции в виде полусфер между которыми резиновая прокладка и которые сжимаются внутрь притягиваясь таким образом друг к другу.

Эффект Казимира

Из пустой банки из-под пива постоянно откачивают воздух, внутри банки будет создаваться отрицательное давление т.е. вакуум и одновременно понижаться температура. Разница давлений снаружи и внутри будет стремиться вогнуть банку внутрь, не одно только давление снаружи расплющит банку по полу, а разница давлений внутри и снаружи вогнет банку в центр самой банки. Силу которая всасывает внутрь банки называют эффектом Казламира.

Возьмите жестяную банку и откачивайте из нее воздух, в какой то момент времени банка сожмется внутрь за счет разницы давлений: атмосферного снаружи и давления ниже атмосферного вакуума внутри.

Относительно атмосферного давления банку сжимает атмосферное давление снаружи;

Относительно низкого давления внутри банки уже само низкое давление стягивает стенки банки внутрь самой банки;

Относительно высокого давления снаружи и низкого давления внутри сжатие банки было вызвано разницей давлений снаружи и внутри

Мы откачали из жестяной банки воздух, банка сжалась за счет разницы низкого давления внутри (вакуума) и внешним атмосферным давлением. Внешнее давление остается постоянным и не меняется, а меняется именно давление вакуума внутри. Так какое давление сжимает банку ? Давление которое остается постоянным или давление которое изменяется ? Конечно то которое изменяется т.е. давление ниже атмосферного.

7. Принцип работы насоса Ломоносова и сифона (гидрозатвора)

Вес воды в левой части "весов" меньше, чем вес воды в правой части "весов", поэтому столб воды в правой части "весов" перевешивает вес воды в левой части, и поэтому вода сливается в банку 2 под действием большего веса столба воды, под действием большей силы тяжести столба воды.

Насос Михаила Ломоносова

На картинке я предусмотрительно нарисовал весы и красную точку - центр равновесия весов. Это естественно проецирует единственно правильное понимание в голове того кто смотрит на эту картинку.

Если насос Ломоносова перевернуть мы получим устройство которое называется гидрозатвор или простой сифон.

Гидрозатвор

В создании веса столба воды участвует только вес столба воды с открытым внизу концом, именно поэтому могут сказать что "вес столба воды зависит только от высоты столба воды." Ведь если вес по определению это сила действующая вертикально вниз, то она и давит на сектор площади, а не всего объема. Но большая высота значит больший вес воды. От высоты вес самого столба зависит если емкость имеет форму как на картинке слева, если емкость имеет пологие стенки как на картинке справа, то в создании веса столба воды с открытым снизу концом участвует вся вода в емкости, а не только "красный сектор" как на картинке слева.

Имеется вода в правой части "весов" и в левой части. Центр весов точка равновесия весов красным кружком. Очевидно что если воды в правой части весов больше, сила веса столба воды правой части будет перевешивать воду в левой части весов и вода начнет вытекать из крана в правой части весов, что немедленно создаст разряжение (вакуум) в начале трубы которая соединяется с источником воды. Т.е. в левую часть "весов" будет засасываться ровно столько воды сколько вытекает из правой части.

8. Поверхностное натяжение и поверхностное вдавливание

Поверхностное натяжение воды снизу и поверхностное вдавливание сверху следствие того, что вода под силой своей тяжести стремится вытечь, но разница давлений этому мешает. Натяжение воды в виде выпуклости воды не может быть причиной удержания столба воды, потому что поверхностное натяжение воды это явление, которое происходит в следствии силы тяжести столба воды.

Таким образом поверхностное натяжение воды не сила, но явление, возникающее под действием силы тяжести.

9. Принцип действия воздушного насоса

Все насосы и гидравлические системы работают по одному и тому же принципу и благодаря уникальному свойству воздуха упругости - сопротивляться изменению своего объема при сжатии и разряжении.

Принцип действия воздушного поршневого насоса заключается в том, что поршень, совершая периодические движения "туда сюда", создает в цилиндре попеременно низкое и высокое давление, а специальный клапан золотник (ниппель) позволяет воздуху двигаться только в одном направлении.

Воздушный клапан - золотник (ниппель) это элемент, через который воздух может двигаться только в одном направлении, а в обратном направлении движение воздуха герметично блокируется. В системах жизнеобеспечения будущего, когда планета станет непригодной для дальнейшего издевательства, Вы его будете делать из золота, поэтому он и называется "золотник".

На картинке показан принцип действия поршневого воздушного насоса в вакуумном режиме работы с двумя перевернутыми клапанами (ниппелями).

В первом полупериоде поршень движется вверх, правый клапан закрывается, воздух внутри насоса сжимается и открывает левый клапан и воздух выходит в атмосферу;

Во втором полупериоде поршень движется вниз, левый клапан закрывается, воздух разряжается и открывает правый клапан и воздух откачивается из емкости;

Принцип действия воздушного насоса

В зависимости от того какой клапан мы будем "нагружать", насос будет создавать давление выше атмосферного или давление ниже атмосферного. Если подключение произведено к правому клапану как показано на картинке, насос будет создавать в емкости разряжение, если нагрузить левый клапан, насос будет наоборот нагнетающим. Как видно из схемы нижний объем воздуха не участвует в процессе, а бесполезно входит и выходит (замечательно выходит) в атмосферу. Если мы задействуем его, у нас получится насос с четырьмя клапанами:

Теперь воздух будет откачиваться из емкости и при движении поршня вверх и при движении поршня вниз.

Данный принцип очень легко проецируется на способ получения вакуума путем "накачивания атмосферы", когда любой насос который создает высокое давление очень легко применить для получения низкого давления используя его наоборот.

Внутрь колбы помещаем автомобильный насос, напорный шланг соединяем с выходом наружу через патрубок.

В металлической подставке сверлим отверстие, продеваем провод для питания компрессора, герметизируем герметиком. Чтобы ничего не сверлить можно сам аккумулятор разместить внутри самой колбы. При включении компрессора он начинает "накачивать" атмосферу, но воздух он берет из самой колбы, внутри которой понижается давление ниже атмосферного (вакуум), что мы фиксируем на вакуумметре.

9. Принцип действия водного насоса.

Принцип действия водного поршневого насоса по своей сути тот же самый воздушный насос, но который теперь перемещает вместо воздуха воду. Поэтому система предварительно должна быть заполнена водой чтобы исключить завоздушенность системы

Тот же вариант в другом исполнении:

Принцип действия поршневого насоса

Обратите внимание, что вода не "вталкивается в насос при отходе поршня" одним только атмосферным давлением, а вода именно всасывается в насос за счет разницы давлений внутри насоса и снаружи. Внутри вакуум, а снаружи атмосферное давление.

Различные вариации и подключения могут применяться для того, чтобы насос качал и нагнетал одновременно воздух и воду, а в главе "Дистиллятор воды и воздуха" мы рассмотрим способ очистки имеющегося объема воды и воздуха, а также получение воды из атмосферного воздуха или получение воздуха из водного источника. Данный способ мы более детально рассмотрим в главе "Системы жизнеобеспечения".

12. Ограничения подъема воды на высоту

Вакуумный насос создает давление ниже атмосферного внутри трубы в следствии чего воздух начинает разряжаться всасывая и поднимая столб воды на высоту. Разряженный воздух сопротивляется изменению своего объема в виде разряжения и играет таким образом роль "присоски" для воды. Чем выше поднимается столб воды тем больше над ним создается вакуум под силой своей тяжести. Таким образом вакуум создается насосом с одной стороны и под весом тяжести столба воды с другой. Следовательно величина вакуума на вакуумметре будет увеличиваться пропорционально квадрату увеличения веса поднимаемой воды.

При длине трубы 10 метров и диаметре трубы 10 см вес воды внутри трубы составит почти 80 литров. Если мы увеличим вес поднимаемой воды увеличив длину или диаметр трубы мы увеличим и разряжение которое будет создаваться над столбом воды под силой тяжести столба воды и при давлении 0,015 Атмосфер воздух играющий роль "присоски" внутри трубы начнет конденсироваться в воду при температуре 10 градусов по Цельсию. В итоге весь воздух будет сконденсирован в воду и "воздушная присоска" исчезнет, в результате чего вода не будет подниматься по трубе.

Если мы проведем такой простой эксперимент мы увидим, что уровень воды в емкости в которой "кипит" вода из-за низкого давления начинает повышаться !

Потому что фактически в этом эксперименте не вода кипит, а конденсируется воздух в воду, прибавляя уровень воды. Но в сознание людей плотно загружена ошибочная формулировка "при низком давлении кипит вода". Поэтому уровень воды в трубе будет увеличиваться до тех пор пока не сконденсирует весь воздух и следовательно подъемная сила вакуума исчезнет остановив процесс подъема воды на высоту.

Высота подъема воды

Эти 80 литров воды мы можем запихнуть в трубу длиной 10 метров и диаметром 10 см, а можем уменьшить диаметр до 7 см но и увеличить высоту до 20 метров ! Уменьшая диаметр трубы мы будем увеличить и высоту.

Следовательно параметр, который ограничивает работу вакуумного насоса по подъему воды является не только высота подъема воды, но вес всего столба воды и конечно мощность самого насоса. Вес столба воды складывается из высоты трубы, ее диаметра и плотности самой воды, сообразно простой формулы:

Труба — цилиндр.

Формула объёма цилиндра: V = π * r² * h
Радиус r = d / 2 = 10 см = 0,1 м / 2 = 0,05 м.
Высота (длина) h = 10 м.
Объём: V = 3,14 * (0,05)² * 10 = 3,14 * 0,0025 * 10 ≈ 0,08 м³.
Находим массу воды
Масса = плотность × объём.

Плотность пресной воды ρ ≈ 1000 кг/м
m = 1000 кг/м³ * 0,08 м³ = 78,54 кг.

Округляем: = 79 кг.

Ограничение подъема воды на высоту

Вес столба воды определяется диаметром, высотой и плотностью воды, которая удерживается. Мы можем взять трубу шириной метр и конечно по такой трубе насос не поднимет воду и на 5 метров, так как большой вес воды будет образовывать глубокий вакуум и следовательно паразитную конденсацию воздуха. Обратите внимание Юные Техники, что паразитная конденсация воздуха она только в этом конкретном случае, в случае где мы будем рассматривать системы жизнеобеспечения на космическом корабле данный процесс будет играть ключевую роль.

Теперь задачка на размятие ума и закрепление пройденной темы

Труба длиной 20 метров, диаметром 10 см вертикально опущена в пресную воду температура которой 10 градусов по Цельсию до конца. Теперь верхняя крышка на которой стоит вакуумметр закрывается и труба медленно начинает подниматься из воды. Какое давление на вакуумметре будет при подъеме трубы на 10 метров ?

Вес поднимаемой воды ограничивает мощность насоса или же мощность насоса ограничена высотой подъема воды ??

Конечно первое. Без вариантов. Насос это устройство которое прокачивает через себя рабочую среду, например воду или воздух, с одной стороны входит, а с другой стороны выходит и в зависимости от того какую дырку заткнуть насос будет всасывать создавая отрицательное давление вакуума или наоборот накачивать создавая высокое давление.

Измерение давления внешней среды воздуха и температуры с помощью трубки с водой.

Вода или ртуть практически не сжимаются и не расширяются, а воздух расширяется и сжимается в объеме 20 раз больше чем вода при изменении на одинаковую температуру. Поэтому в барометре и термометре сжимается и разряжается не рабочая жидкость, а воздух который перемещает жидкость по измерительной трубке.

Проведем простой школьный эксперимент:

Возьмем стеклянную трубку 30 см длинной и 0,5 см диаметром, опускаем ее на треть в воду, закрываем верхнее отверстие пальцем и поднимаем трубку вместе с водой.

Столб воды в трубке удерживается на весу за счет разницы давлений - внешнего атмосферного и разряжения (вакуума) внутри трубки
Изменение внешнего давления атмосферы или давления внутри трубки изменяет разницу давлений и следовательно изменит уровень воды
Нарисуем на трубке шкалу в виде делений в миллиметрах с цифрами
При повышении внешнего атмосферного давления уровень воды в трубке поднимется
При понижении внешнего атмосферного давления - уровень воды в трубке опустится

Следовательно мы получили простой барометр - прибор для измерения внешнего атмосферного давления. Чтобы вода не вытекала при опускании уровня воды поместим саму трубку в чашку с водой, при этом принцип действия нашего барометра останется прежним.

Поместим трубку с чашкой в среду с высокой температурой, воздух внутри трубки расширится и опустит уровень воды.

Поместим трубку в среду с низкой температурой, воздух внутри трубки сожмется и поднимет уровень воды.

Следовательно мы получили простой термометр - прибор для измерения температуры окружающей среды (воздуха или воды).

Проведем простой эксперимент:

Если внутри емкости понижать давление воздуха, он начнет разряжаться и внутри емкости начнет понижаться температура. Если внутри емкости понижать температуру, воздух начнет разряжаться и уменьшать давление внутри.

То же самое будет при увеличении давления и температуры внутри емкости.

Основной вывод эксперимента: Повышение одного приводит к повышению второго и наоборот понижение одного приводит к понижению второго.

Но в нашем приборе происходит наоборот:

повышение внешнего давления поднимает уровень воды в трубке, а при повышении внешней температуры воздуха уровень воды в трубке наоборот опускается.

И наоборот.

Понижение внешнего давления опускает уровень воды в трубке, а при понижении внешней температуры воздуха уровень воды в трубке наоборот поднимается.

Почему такая не стыковка ? Ведь уровень воды в трубке должен повышаться при увеличении или давления или температуры и наоборот опускаться при уменьшении температуры или давления как в нашем описанном эксперименте ?

При увеличении температуры или внешнего давления уровень воды в трубке барометра-термометра поднимется;

При уменьшении температуры или внешнего давления уровень в трубке барометра-термометра - опустится.

Так в чем была такая техническая необходимость вводить два разных названия - давление и температуру для измерения одного и того же ?

Обратите особое внимание на тот факт, что в первом случае изменялось ВНЕШНЕЕ давление окружающей среды и его мы называем "давление", но во втором случае изменялось ВНУТРЕННЕЕ давление воздуха внутри самой трубки и его мы называем "температура".

Изменение внешнего давления среды (веса) мы называем давлением среды, а изменение внутреннего давления (веса) в следствии сжатия или разряжения мы называем температурой. Вспоминаем изменение веса баллона который мы накачивали воздухом до 200 Атмосфер.

Следовательно "давление" всегда у внешней среды, а "температура" всегда у внутренней.

Даже можно сказать что температура это локальное изменение давления, что по своей сути тоже будет верно с технической точки зрения.

Надо четко понимать что понижение давления и понижение температуры это один и тот же процесс вызывающий одинаковую реакцию системы при условии, что мы определяем температуру по истинной шкале Цельсия. Повышая давление внутри емкости внутри нее будет повышаться и температура, равно как и повышая давление в емкости внутри нее будет расти температура. И наоборот, понижая давление внутри емкости температура будет внутри падать, равно как и понижая температуру внутри емкости давление внутри нее будет падать.

Понижение температуры внутри емкости будет происходить только в течении времени понижения давления, но после того, как мы остановим работу насоса, в работу включается внешняя среда, которая постоянно будет работать как сам насос, выравнивая параметры внутри емкости и снаружи.

13. Устройство манометров и вакуумметров. Трубка Бурдона, Динамометр измеряющий давление внешней среды. Градация давлений. Парадокс массы и объема

Принцип действия манометра (вакуумметра) состоит в том, что внутри него имеется чувствительный элемент, согнутая до значения среднего атмосферного давления трубка Бурдона, которая разгибается при подаче давления выше атмосферного или наоборот згинается при подаче давления ниже атмосферного. По своей сути трубка Бурдона это простой динамометр скрученный в спираль (пружинные весы) который измеряет силу давления (веса) путем деформации самой трубки, а не путем растягивания пружины. В деформационных манометрах-вакуумметрах, где в качестве деформационного элемента используется трубка Бурдона, ноль шкалы соответствует атмосферному давлению, в среднем оно принято равным 760 мм ртутного столба.

Трубка Бурдона с одного конца закрыта, а с другого конца открыта для внешнего давления, например из баллона или насоса. Трубка будет сгинаться или разгинаться если мы будем изменять давление идущую на трубку или будет изменяться давление среды вокруг трубки но с закрытым штуцером. Если давление будет давить на штуцер трубку давление будет изменяться в одну сторону, а если давление будет изменяться снаружи трубки при закрытом штуцере давление будет изменяться в другую сторону. Как мы видели на картинке где груз давит сверху - давление в насосе выше атмосферного, но если груз тянет поршень насоса вниз давление в насосе будет уже ниже атмосферного. Не имеет значения источник давления: Подавать сжатый воздух через штуцер на прибор увеличивая давление или же это будет делать внешняя среда, делая тоже самое но с закрытым штуцером.

Таким образом самый простой манометр-вакуумметр может быть использован в качестве высотомера, глубиномера, прибора измеряющего внешнее давление или же внутреннее давление в системе. Вопрос только в чувствительности (градации) самого прибора, который может быть сделан для очень сильных давлений (разряжений) или для очень слабых колебаний атмосферного давления. Ничто не мешает создать один прибор который одинаково будет реагировать на микроскопические изменения давления диафрагмы динамика, на колебания атмосферного давления или на громадные изменения давления при тактическом взрыве.

Градация давлений

Манометр на основе динамометра — это прибор, который измеряет давление, преобразуя силу, вызванную этим давлением, в показания на шкале. В его основе лежит принцип работы динамометра, где сила, действующая на чувствительный элемент (часто это пружина или мембрана), приводит в движение стрелку или цифровой дисплей, показывающий значение давления.

Парадокс массы и объема

Килограммы это мера массы, а литры это мера объема, плотность вещества это отношение массы к объему этого вещества. Так как отношение массы к объему пресной воды равно 1, то масса 1 кг пресной воды будет равна объему пресной воды в 1 литр.

Разные вещества имеют разную плотность, следовательно и разную массу при том же объеме.

Например плотность ртути в 13 раз больше плотности воды, это значит, что масса ртути объемом 1 литр будет весить в 13 раз больше массы воды 1 кг. Т.е. литровая банка ртути будет весить 13 кг нетто без учета массы самой банки и брутто с учетом массы самой банки.

Но плотность бензина в 0,7 раз меньше плотности пресной воды, это значит, что 1 литр бензина будет весить уже 0,7 кг или 700 грамм.

Какой объем займет масса воздуха равная 1 кг, плотность которого равна плотности окружающего воздуха ?

Температура 10 °C

Атмосферное давление 1 А

Влажность воздуха 40 %

Если мы произведем расчет этой задачи по формуле V=m/р, мы выясняем, что объем воздуха массой 1 кг займет объем всего 0,8 м³ (1/1,225=0,816 м³)

Т.е. согласно наших "ученных" резиновый воздушный шарик объемом 1 м³ будет весить 1 кг. Но любой здравый человек сразу понимает, что шарик объемом куб и массой 1 кг непременно шлепнется на Землю как тяжелая гиря.

Почему же такая глупая не стыковка ?

Почему же так происходит ??

Пустой открытый алюминиевый баллон весит 15 кг. Если его заправить воздухом до 200 атмосфер давлением выше атмосферного он будет весить уже 19 кг.

Пустой открытый алюминиевый баллон весит 15 кг. Если из него откачать воздух до минус 200 атмосфер давлением ниже атмосферного он будет весить уже 11 кг.

Если воздух при давлении выше атмосферного увеличивается в весе, то воздух при давлении ниже атмосферного наоборот уменьшается в весе на величину веса вытесненного воздуха.

14. Закон Бернулли и эффект Вентури

Эффект Вентури гласит:

При движении потока воды (жидкости или газа) через трубу меньшего диаметра, скорость потока увеличивается, а давление воздуха становится ниже атмосферного, образуя всасывающий и охлаждающий эффект.

И наоборот: При движении потока воды (жидкости или газа) через трубу большего диаметра, скорость потока уменьшается, а давление воздуха становится выше атмосферного, образуя напорный и нагревательный эффект.

Закон Бернулли (тоже вернулли) все тоже самое, только изменяют саму скорость потока при постоянном диаметре трубы и закон тот звучит так:

При увеличении скорости потока через трубу постоянного диаметра, давление воздуха в патрубке становится ниже атмосферного, образуя всасывающий и охлаждающий эффект.

И наоборот: При уменьшении скорости потока через трубу постоянного диаметра, давление воздуха в патрубке становится выше атмосферного, образуя напорный и нагревательный эффект.

Таким образом в зависимости от того что изменяется, оно будет либо эффектом Вентури либо законом Бернулли. (все Вам вернули)

При движении воды в трубе, диаметр которой уменьшается, давление потока уменьшается, а сама вода охлаждается.

При движении воды в трубе, диаметр которой увеличивается, давление потока увеличивается, а сама вода нагревается.

Теперь если мы трубу с эффектом Вентури загнем в улитку то насос мы назовем центробежным или вихревым насосом:

Если вода вращается по ходу увеличения диаметра (все центробежные насосы этой планеты) то вода и сам насос будут нагреваться.

Если вода вращается по ходу уменьшения диаметра (Тот насос), то вода и сам насос будут охлаждаться.

В южном полушарии планеты будет все наоборот. Почему мы рассмотрим в главе где будем изучать процессы образования антициклонов и циклонов на планете.

Обратите внимание, что центробежная сила только движет воду, а эффект всасывания и нагнетания происходит из-за того, что диаметр трубы улитки уменьшается (увеличивается) т.е. благодаря эффекту Вентури

15. Принцип действия крионасоса и термонасоса

Термо- (от греч. thermos) означает «теплый», «горячий», «связанный с теплом».

Крио- (от греч. kryos) переводится как «холод», «лед», «мороз» и обозначает низкие или сверхнизкие температуры.

Отсюда названия насосов, которые позволяют получать высокое давление или разряжение с помощью изменения температуры.

Имеется емкость например закрытый баллон с клапаном который выпускает воздух изнутри наружу, но не пускает снаружи внутрь. Т.е. простой ниппель вкрученный наоборот. Мы нагреваем сам баллон, воздух внутри расширяется и выпускает расширенный объем воздуха. Ждем когда баллон придет к нормальной температуре, воздух опять сжимается но меньшего объема создавая внутри разряжение. Дальше повторяем эти циклы до создания необходимого вакуума внутри. Время на создание вакуума таким способом потребуется больше как если бы мы использовали простой вакуумный насос, но зато мы можем создать любой вакуум внутри вплоть до космического, главное чтобы баллон выдержал и не сжал в центр стенки самого баллона силами вакуума. Мы проигрываем во времени но выигрываем в вакууме.

16. Принцип действия космического насоса

Стальная трубка D=1 см и L= 50 км стоит вертикально. На конце манометр вакуумметр. Какое давление покажет прибор ???

Так как в трубке будет столб воздуха, который имеет какой то вес, то необходимо выдавить весь этот воздух в космос, чтобы начался постоянный процесс откачивания воздуха. Не важно закрытая емкость космоса или открытая, космос является средой низкого давления. Поэтому трубка соединенная со средой давления ниже атмосферного начнет выравнивать баланс, откачивая воздух с поверхности планеты в космос. Если мы выдавим весь воздух из трубки длиной 50 км мы увидим на вакуумметре давление 0,001 Атмосфер. Следовательно мы получили космический насос.

Проведем простой эксперимент. На глубине 10 метров трубка будет выдавать нам пузыри воздуха которые будут всплывать на поверхность. На поверхности будет перевернутая емкость вставленная наполовину в воду. Так как пузыри воздуха содержат давление ниже атмосферного они при выходе внутри банки начнут понижать давление и саму банку начнет притягивать к поверхности воды из-за понижения давления внутри. Казалось бы воздух выходит из воды и понижает при этом давление внутри банки... На этом принципе можно делать вакуумные насосы. Это как космический насос работающий наоборот.

Если из баллона откачивать воздух при этом сам баллон начинает охлаждаться, потому что воздух при разряжении охлаждается, и наоборот при повышении давления внутри баллона сам баллон начинает нагреваться, потому что воздух при сжатии начинает нагреваться. Обратите внимание, что процессы охлаждения / нагревания будут происходить при постоянной работе насоса, если работу насоса остановить, воздух внутри баллона будет приведен или более правильно сказать постоянно приводиться к параметрам внешней среды, где "насосом" будет уже сама внешняя среда.

Тоже самое будет происходить, если применим "принцип обратимости машин" и сделаем наоборот. Если внутри баллона будем повышать температуру воздух внутри начнет расширяться и увеличивать давление внутри и наоборот если будем понижать давление воздух внутри начнет сжиматься понижая давление внутри баллона.

Принцип действия гидравлического рычага

Принцип гидравлического рычага идентичен принципу действия рычага Архимеда, за исключением того, что в случае рычага Архимеда вес это сила действующая на опору, а в случае гидравлического рычага вес это сила действующая от опоры. Для начала рассмотрим явление которое возникает в сообщающихся сосудах и оценим силы которые возникают в процессе выравнивания уровней воды.

Из данной схемы становится понятна причина появления давления поршня вверх. Очевидно что если в левом сосуде установить поршень давящий с определенной величиной, то сила давления правого поршня вверх возрастет на эту величину.

Так как в гидравлическом рычаге вес это сила действующая от опоры, то расчет производится наоборот. Если в рычаге Архимеда мы добавляли вес на короткий рычаг для равновесия, то тут наоборот выигрыш в весе на длинном рычаге.

17. Баротравма, ДКБ, гипероксия и гипоксия

В крови при атмосферном давлении всегда растворен воздух в виде пузырей, размер которых равен размеру альвеол и составляет примерно 0,1 - 0,2 мм. Альвеолы это пузырьки в легких которые впитывают воздух и гонят его по тканям организма. При резком всплытии, особенно на 10 метрах от поверхности эти пузырьки в крови резко расширяются и размеры пузырей увеличиваются и этот процесс могут назвать "закипание крови", поэтому человека, который резко всплыл первым делом подвешивают за ноги, так как избыточный воздух в крови поднимается вверх, т. е. в голову. В полевых условиях могут сделать небольшой надрез в мягких тканях на ногах, чтобы "помочь" избыточному воздуху выйти в атмосферу. Если пловец вдохнув воздуха на глубине из баллона при резком всплытии задержит дыхание, то воздух расширится в легких больше объема самих легких и возникнет баротравма. Причина одна и та же - расширение воздуха, только применительно к легким говорят "баротравма", а применительно к воздуху растворенному в крови говорят "декомпрессионная болезнь", "кессонная болезнь" или просто ДКБ. Чтобы устранить ДКБ человека помещают в барокамеру, где искусственно повышают давление до уровня давления глубины с которой всплыл человек. В результате пузыри воздуха в крови опять сжимаются до "нормального" состояния, далее имитируют медленное всплытие, понижая давление, при котором размер пузырей уменьшается сообразно безопасной скорости всплытия. Когда говорят "время нужное для выхода избыточного азота из крови" подразумевается время, в течении которого размер пузырей воздуха в крови примет размер альвеол.

Проведем простой эксперимент:

Накачаем шарик простым воздухом и начнем погружать его в пресную воду

На глубине 10 метров объем воздуха в шарике и сам шарик уменьшится в 2 раза.

На глубине 20 метров объем воздуха в шарике и сам шарик уменьшится в 3 раза.

На глубине 30 метров объем воздуха в шарике и сам шарик уменьшится в 4 раза.

Тоже самое происходит с воздухом в крови человека и в его легких при погружении. Вдох который Вы делаете на глубине 30 метров по объему в 4 раза больше вдоха который Вы сделали бы на поверхности при нормальном атмосферном давлении. Поэтому на глубинах 30 метров и более, при вдохе воздухом из баллона возникает кислородное отравление или как его называют в научных кругах "гипероксия". Потому что подводный пловец на глубине 30 метров вдыхает сконцентрированный сжатый 4 кратный объем воздуха. Именно поэтому на глубинах более 30 метров используют смеси Trimix, гелиокс, нормоксический Trimix и другие, газовые смеси которые в намного меньшей мере сжимаются на больших глубинах. По сути эти смеси очень сильно сопротивляются сжатию и поэтому становятся пригодными для дыхания на больших глубинах.

Второе дыхание

Суть термина "второе дыхание" заключается в том, что в обычном ритме дыхания в легких человека всегда находится 100% резерв одного полного вдоха. Проведите простой эксперимент. Дышите ровно, спокойно, сделайте выдох. Через пару секунд начните продолжать выдыхать воздух который не принимал участия в процессе спокойного дыхания, это и есть резерв. Данный резерв активно используется подводными пловцами для получения "второго дыхания" или "второго вдоха". Когда у подводного пловца "заканчивается воздух", он делает еще один вдох из этого самого резерва. Поэтому перед погружением данный резерв обновляют, делая глубокие выдохи и вдохи. Это позволяет увеличить время прибывания под водой на задержке дыхания в 1,7 раза.

20. Вакуум в плевральной области. Пневмотаракс

Воздух из атмосферы входит через носовое или ротовое отверстие и входит в трубки которые подобно ветвям дерева разветвляются уменьшаясь в диаметре и называются бронхи, трахеи, бронхиолы и все эти трубки заканчиваются легочными альвеолами - шариками диаметр которых 0,1-0,4 мм. Альвеолы окутаны очень тонкими кровеносными сосудами и именно там происходит основной процесс снятия статического заряда с атмосферного воздуха, процесса который в науке называется "поглощение кислорода".

Человек получает 70% всей энергии из воздуха, 20% из воды и только 10% из пищи. Обратите внимание что трубки оканчиваются этими шариками, сам воздух из атмосферы не попадает внутрь легочных мешков. В самих легочных мешках давление ниже атмосферного или отрицательное давление или просто очень слабый вакуум. Вакуум который находится в легочном мешке это как потенциальная энергия вдоха. Если мы "подключим" вакуумметр к легочной полости мы увидим в среднем значения в пределах от -500 до -1000 Паскалей (венозное давление). Термин "плевральная щель" не совсем правильный, потому что вакуум может быть создан в герметичной емкости обладающей некоторой жесткостью, этой емкостью является легочный мешок который находится внутри грудной клетки. Легочный мешок в котором создан вакуум находится в состоянии потенциального сжатия и когда человек делает вдох грудная клетка расширяется а легочный мешок наоборот в той же мере сжимается "выдавливая" отработанный воздух в атмосферу.

19. Эффект Мпембы

В главе "Магнитная материя эфира" мы экспериментально установили:

В состоянии условного нуля, который определяется текущими параметрами внешней среды частицы находятся в стационарном состоянии сот.

При повышении температуры из стационарного состояния нуля соты начинают искривляться и одновременно двигаться, при этом увеличивается поступательная скорость и частота вращения визуально наблюдаемых частиц.

При понижении температуры увеличивается скорость движения частиц в том же направлении, но вращение частиц происходит в обратную сторону .

Данное направление определяется полярностью локальной системы, полушарием планеты, если процесс не стеснен никакими сторонними воздействиями.

Когда мы нагреваем воду с ее частицами происходит тот же процесс.

При нагревании увеличивается скорость и вращение.

Когда уже нагретую воду начинают резко охлаждать, меняется только вектор (направление) вращения, но скорость частиц уже "получена" от нагревания. Т. е. при охлаждении из состояния нагрева не нужно тратить энергию на скорость... она уже была... поэтому энергии, а значит и времени на замерзание воды из состояния нагретой тратится в два раза меньше. Следовательно горячая вода замерзает быстрее холодной, что и требовалось доказать.

Принцип действия батискафа для глубин более 10000 метров на принципе перераспределения веса воды.

Мы выяснили, что давление воды это сила действующая преимущественно в вертикальном направлении, когда всплывающий пузырь воздуха если резко остановить он плющится вертикальной составляющей, а не сжимается равномерно со всех сторон одинаково. Если опустить трубу с закрытым снизу концом в воду то трубу будет только выталкивать вверх а при соединении с дном сила Архимеда станет равна нулю, останутся только боковые смещения воды, которые в намного меньшей мере меньше чем вертикальный вектор. Следовательно давление действует снизу вверх расплющивая емкости которые содержат воздух. Также обратить внимание нужно на тот факт, что пузырь имеет сферическую форму но одновременно находится в движении. Т.е. сферическая форма для пузыря является состоянием нуля веса, как для падающего тела на поверхность земли состоянием невесомости.

Следовательно появляется возможность перенаправить силу Архимеда действующую вверх по сторонам подобно тому, как вес гироскопа концентрируется по периметре экватора.

Примерная конструкция будет иметь такой вид:

Снизу батискафа конус, конус имеет лопасти, конус вращается и отбрасывает воду в стороны и вместе с водой "отбрасывает" и ее вес, который будет распределяться в стороны уменьшая тем самым сдавливающую силу Архимеда. Почему конус ? Потому что конус имеет наименьшее сопротивление весу. Следовательно для создания отрицательной плавучести батискафу нужно будет веса на величину больше, чем он его перераспределяет по сторонам. Как вес гироскопа по оси вращения становится меньше, так сила Архимеда будет уменьшаться по вертикальной плоскости.

Воздух в трубе Б стремится вытолкнуть на поверхность трубу, создавая выталкивающую силу Архимеда. В трубе А дно соединяется с атмосферой, поэтому выталкивающая сила Архимеда равна нулю.

21 Правки

Если накачивать воздух в баллон воздух сжимаясь будет нагреваться, после остановки процесса накачивания через некоторое время воздух в баллоне примет температуру внешней среды, но если резко открыть вентиль, воздух выходя из баллона резко расширяясь начнет очень сильно охлаждаться.. и произойдет процесс конденсации воздуха в воду..

Сделаем наоборот, если откачивать воздух из баллона, создавая внутри вакуум, воздух начнет охлаждаться, но после остановки процесса откачивания через некоторое время воздух в баллоне примет температуру внешней среды, но если открыть вентиль вакуум внутри начнет резко заполняться и следовательно воздух в баллоне будет нагреваться.

Обратите внимание, что процессы охлаждения/нагревания будут происходить при постоянной работе насоса, если работу насоса остановить, воздух внутри баллона будет приведен или более правильно сказать постоянно приводиться к параметрам внешней среды, где "насосом" будет уже сама внешняя среда. Тоже самое будет происходить, если применим "принцип обратимости машин" и сделаем наоборот. Если внутри баллона будем повышать температуру воздух внутри начнет расширяться и увеличивать давление внутри и наоборот если будем понижать температуру воздух внутри начнет сжиматься понижая давление внутри баллона.

Раскаленная железка упала в холодную воду. Между чем и чем начнется процесс обмена энергиями ?

27. Вакуумный дистиллятор воды и воздуха

Процесс получения пресной воды и воздуха, в котором происходят два процесса:

Первый процесс:

Конденсация воздуха от низкого давления - имитация конденсации воздуха в воду в атмосфере из-за низкого давления на больших высотах, процесс, который сопровождается понижением давления и естественно температуры, такой процесс происходит сверху вниз;

Второй процесс это испарение воды - имитация процесса испарения воды с поверхности планеты и последующая фазовая трансформация (агрегация или парообразование) газообразной воды в воздух, такой процесс происходит снизу вверх;

Дистиллятор это устройство, которое копирует процесс происходящий в природе, процесс который позволяет получать чистую воду из воздуха или воздуха из воды путем испарения воды и конденсации воздуха. Одновременно данный прибор производит очистку воды и воздуха, потому что очищение воды и воздуха происходит в процессе изменения их агрегатного состояния.

По мере понижения давления в емкости воздух начинает конденсироваться в воду, но так как воздух имеет предел разряжения, то процесс конденсации остановится, несмотря на продолжение откачивания воздуха, так как весь воздух который там был перешел в состояние воды. Поэтому для продолжения конденсации необходим постоянный приток свежего воздуха, объем которого должен быть равен объему воздуха который откачивается. Роль "свежего воздуха" в нашем дистилляторе играет постоянно поступающий пар из емкости с грязной водой.

Данный принцип положен в основу работы дистиллятора воды, прибора который получает воду из воздуха. Вспомним устройство и принцип действия простого воздушного и водного насоса.

Принцип действия насоса

Если мы одновременно будем использовать два клапана и две емкости с водой, то в одной емкости давление воздуха будет повышаться, воздух будет сжиматься и следовательно испарять грязную воду, в другой емкости наоборот давление будет понижаться, температура уменьшаться и конденсировать пар в чистую воду. Также нужно добавить манометр и два крана для регулировки давления.

Поршень вверх, левый клапан открывается, а правый закрывается, в емкость с грязной водой нагнетается воздух, давление и температура повышаются, воздух нагревается, грязная вода испаряется, примеси выпадают в осадок, а пар движется в холодную емкость где конденсируется в чистую воду.

Поршень вниз, левый клапан закрывается, а правый открывается, из правой емкости откачивается воздух, давление и температура понижаются, поступающий пар охлаждается и начинается процесс конденсации воздуха в воду;

Для ускорения процесса можно подогревать грязную воду.

Регулировка давления для создания симметричного давления на приборах.

Схема

Этот метод эффективен для получения высокочистой воды, так как пары воды не контактируют с атмосферой, и примеси (соли) остаются в исходном растворе (осадке).

Принцип действия

Дистилляция морской воды в походе.

Испробованный дистиллятор отлично очищает морскую воду. Соли в полученной воде не ощущаются на вкус. По всей видимости, их там просто нет :) Процесс очистки требует достаточно большого количества топлива. Тщательное охлаждение приёмной ёмкости повышает производительность дистиллятора почти вдвое. Испробованный дистиллятор с учётом всевозможных поправок и проблем за днёвку может обеспечить чистой водой 2-3 человек на 2-3 дня. Для того чтобы снабдить чистой водой большее количество людей на дольшее время необходим либо более совершенный дистиллятор (что утяжелит его конструкцию и сделает сложной транспортировку), либо сделать испробованный дистиллятор личным снаряжением (за днёвку каждый участник очищает себе нужное количество воды).

сила тяжести неподвижной воды заключенной в объем действует своей тяжестью как твердое тело вниз к центру Земли, но без опоры стенок объема вода стремится занять всю площадь поверхности.

Плотность льда равна 917 кг/м³, и оно получено как отношение массы льда к его объему, т.е. плотность льда меньше плотности воды равная 1000 кг/м³. Лед, который замерзает в естественных условиях содержит до 20% воздуха по объему, которые выталкивают лед на поверхность воды. Воздух внутри льда создает видимость «аномальной» плавучести, потому что замороженный лед в вакууме, будет в воде тонуть, потому что в структуре замороженного льда нет воздуха. Поэтому к плотности льда необходимо добавить эти 20% воздуха, занимающие объем "в пустую". Из-за этого в голове не совсем образованных людей возникают ошибочные формулировки: "лед легче воды".

Следовательно плотность льда 917 кг/м³ + 20% = 1100 кг/м³ - это и будет истинной плотностью льда. Таким образом истинную плотность веществ нужно определять в вакууме, чтобы исключить "паразитное" влияние воздуха на плотность.

Пример влияния воздуха на общий вес.

Пустой открытый стальной баллон весит 15 кг.

Если его заправить воздухом до 200 атмосфер давлением выше атмосферного он будет весить 19 кг.

Если из него откачать воздух до минус 200 атмосфер давлением ниже атмосферного он будет весить 11 кг.

Данный пример показан для понимания того каким образом давление воздуха внутри герметичной сферы может изменять ее вес. Конечно 0,26% веса это не так много, но для точных расчетов все же имеет значение.

Представьте себе пузырь воздуха который начал всплытие с глубины 100 метров. Плотность воздуха меньше чем плотность воды в 800 раз, поэтому пузырь с воздухом всплывает на поверхность. По мере всплытия пузыря давление воды начинает уменьшаться, а сам пузырь начинает увеличиваться в объеме, как воздушный шарик начинает расширяться по мере увеличения высоты из-за уменьшения внешнего давления. Но воздух имеет предел разряжения и сжатия, который подобен пределу сжатия и растяжения пружины. По мере всплытия пузыря на поверхность будет увеличиваться размер оболочки пузыря при постоянном объеме самого воздуха в пузыре, следовательно внутри пузыря по мере всплытия будет понижаться давление ниже атмосферного до определенного предела "растяжения пружины". Поэтому пузырь расширится до определенного размера и дальше будет всплывать с постоянным размером до самой поверхности.

В процессе всплытия пузыря с воздухом мы будем наблюдать симметрию давлений, когда внутри пузыря давление ниже атмосферного, а снаружи пузыря давление в той же мере выше атмосферного и по мере приближения пузыря к поверхности оба давления стремятся к равновесию и на самой поверхности они сольются в одно.

123

Давление воды и вес столба воды.

Вся разница между этими терминами заключается в том, что "вес" действует вертикально вниз, а давление это тот же вес но действующий во все стороны.

Вес столба воды в трубке без дна (основания) имеет вес как и любое тело, но когда дно у сосуда в наличии, вес распределяется по всему объему - "во все стороны одинаково".. Именно поэтому добавив в формулу "веса столба воды" площадь мы получим формулу для расчета давления воды.

Почему ВЕС кирпича измеряется в ньютонах - в единицах измерения веса, а вес столба воды измеряется в Паскалях - в единицах измерения давления, если и в том и в другом случае измеряется ВЕС ТЕЛА ??? Разве вода не является "телом" ?

Жидкая вода это текучее тело, но заключенная в объем сосуда вода действует на весы также как и твердое тело. Таким образом вес столба воды действует только на основание сосуда - вертикально вниз, а давление воды это тот же вес, но действующий во все стороны. Иными словами вес столба воды это составная часть полного веса давления воды. Однако вес кирпича на весах наука измеряет в Ньютонах, а вес столба воды уже измеряется в мере давления - Паскалях.

Р = ρ*g*V - формула для расчета давления воды, веса действующего во все стороны, на весь внутренний объем сосуда, где V рассчитывается как произведение площади основания сосуда на его высоту V=S*h;

полная формула выглядит так: Р = ρ*g*h*S

P = ρ*g*h - формула для расчета веса столба воды, веса действующего БЕЗ учета площади основания сосуда (S в формуле нет)

Таким образом вес столба воды действует только на основание сосуда, а давление воды это тот же вес, но действующий во все стороны.

Вес столба воды давит только на площадь дна стакана, а давление воды давит на всю внутреннюю поверхность стакана - и на дно и на стенки стакана. Но давление на стенки (по бокам) это тот же самый вес воды действующий в бок.

Давление воды — это сила, с которой вода действует на всю внутреннюю поверхность, на которую она давит. Это сила возникает под действием силы тяжести воды и измеряется в паскалях (Па) или атмосферах (атм). Когда Вы говорите "давление воды", Вы подразумеваете под этим вес самой воды, который оказывает давление (силу) на определенный сектор объема. Но когда Вы говорите "вес воды" Вы уже подразумеваете вес воды, который оказывает давление на определенный сектор площади. Поэтому размерность давления в размерности объема (Паскали), а размерность веса в размерности площади (ньютоны).

Научные записки Владимира Стогова

Список научных записок

Гидрогазодинамика