Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Абсолютна температура.

Читайте также:
  1. Абсолютна температура.
  2. Абсолютная (чистая) рента
  3. Абсолютная величина
  4. АБСОЛЮТНАЯ ГЕОХРОНОЛОГИЯ
  5. Абсолютная и относительная истина
  6. Абсолютная и относительная погрешность вычислений
  7. Абсолютная и относительная хронология.
  8. Абсолютная идея и учение о духе Гегеля.
  9. Абсолютная монархия - это форма правления, при которой власть монарха не ограничена ни какими законами и учреждениями.

 

Температура, відраховується від абсолютного ноля за шкалою Кельвіна, називається абсолютною температурою.

За 0 Кельвіна (К) прийнята температура, при якій повністю припиняється рух молекул і подальше пониження температури неможливе.

Вона складає-273° за шкалою Цельсія (°С).

Якщо відома температура повітря t за шкалою Цельсія, то абсолютну температуру можна визначити за формулою:

T=t+To,

де То =-273К;

t - температура повітря за шкалою Цельсія.

Знаючи температуру повітря біля землі за шкалою Цельсія, можна знайти температуру повітря на різних висотах за формулою:

T=273K+t-6,5H,

де Т - температура на висоте Н, К;

t - температура повітря біля землі, °С;

Н - висота, км.

Задача. Температура повітря за шкалою Цельсія дорівнює - 7°. Визначити температуру повітря на висоті 4 км.

Рішення: Т=273+(-7)-6,5-4=240 К. Температура повітря на висоті4 км дорівнює 240 К.

Співвідношення між температурою за Цельсієм і температурою за Кельвіном виглядає таким чином:

Т = t° + 273.

 

1.4 Тиск повітря.

Тиск – це сила, що діє на одиницю площі перпендикулярно до неї.

Всяке тіло, що знаходиться в рухомому повітрі, зазнає з боку останього тиск, однаковий з усіх сторін (закон Паскаля).

Атмосферний тиск поясняється тим, що повітря подібно до усіх інших речовин володіє вагою і притягується землею.

Атмосферним тиском називається тиск, що викликається вагою вище розміщених шарів повітря і ударами його молекул, що хаотично рухаються.

За одиницю тиску прийнята технічна атмосфера (атм.) – тиск, рівний одному кілограму сили на один квадратний сантиметр (кгс/см2).

Тиск позначається буквою Р, на рівні моря – Р0.

По міжнародній системі СІ тиск вимірюється в Паскалях, у ньютонах на квадратний метр (Н/м2).

Барометричний тиск – це тиск, виміряний в міліметрах ртутного стовпа (мм рт.

т..). Позначається буквою В, на рівні моря – В0.

Стандартним барометричним тиском називається тиск на рівні моря в мм рт. т.. Він в залежності від температури і вологості коливається від 700 до 800 мм рт. ст.. і у середньому дорівнює 760 мм. рт. ст..

Тиск за міжнародною системою одиниць СІ визначається за формулою:

P = p/S

де Р – тиск, Па;

р – сила, з якою тисне 1 м3 повітря;

S – площа, см2.

Тиск в 1 кгс/см2 рівнозначно стовпу ртуті заввишки 735,6мм і називається технічною атмосферою.

Переведення тиску з розмірності мм рт. ст. в Па робиться за формулою:

P = B/735,6

де В - барометричний тиск.
У фізиці під барометричним тиском 1 атм. мається на увазі тиск повітря, рівний

1,0332 кгс/см2 або стандартному барометричному тиску 760 мм рт. ст.
При аеродинамічних дослідженнях часто доводиться вимірювати різницю тисків.

Для цього використовуються ртутні прилади - манометри. Для визначення дуже малих різниць тисків застосовується чутливий прилад -мікроманометр, в якому використовується рідина легша, ніж ртуть.(Мал.3)

Мал. 3. Манометр

 

Принцип роботи наступний: один кінець трубки (наприклад, правий) під'єднується до простору з атмосферним тиском, другий - до поверхні вимірюваної

ділянки (там, де тиск більше або менше за атмосферний) припустимо, що менше.

Рівень ртуті у лівому коліні підвищиться, так як на поверхню ртуті тисне менший тиск.

Різниця рівнів покаже різницю тиску:

h=P0-P1.

1.5 Густина повітря.

Густина повітря - це кількість повітря, поміщеного в 1 м3 об'єму.

В фізиці існує поняття двох видів густини - вагова (питома вага) і массова.

В аеродинаміці частіше всього користуються масовою густиною. Вагова густина (питома вага) повітря - це вага повітря в об'ємі 1 м3. Позначається буквою γ.

γ = G / v

де γ – питома вага повітря, кгс /м3;

G – вага повітря, Н;

v – об’єм повітря, м3.

Вага повітряG - величина непостійна і змінюється в залежності від географічної широти і сили інерції, яка виникає від обертання Землі навколо своєї вісі. На полюсах вага повітря на 5% більше, ніж на екваторі.

Встановлено, що 1 м3 повітря при стандартних атмосферних умовах (барометричний тиск 760 мм рт. ст., t=+15°С) важить 1,225 кгс, отже, вагова густина (питома вага) 1 м3 об'єму повітря в цьому випадку дорівнює γ =1,225 кгс/м3.

Масова густина повітря - це маса повітря поміщена в 1 м3. Позначається грецькою літерою р.

Маса тіла - величина постійна. За одиницю маси прийнята маса гирі з іридистої платины, що зберігається у Міжнародній палаті мір і ваг в Парижі.

Згідно другому закону Ньютона визначимо, що маса повітря дорівнює його вазі, поділеному на прискорення сили тяжіння.

m = G/g,

де m -маса тіла, кгс2/м.

Масова густина повітря (в кгс24) дорівнює

ρ = т/ v

Масова густина і вагова густина (питома вага) повітря пов'язані залежністю

ρ = v/g

Знаючи це співвідношення, легко визначити, що масова густина повітря при стандартних атмосферних умовах дорівнює:

 

ρ = v/g =1,225/9,8 = 0,1250 кг с 2 м 4

 

1.6 Залежність густини повітря від його температури і тиску.

 

При зміні тиску і температури змінюється густина повітря. Густина повітря (в

кгс⋅с2м4) безпосредньо не виміряється, а визначається за формулою:

ρ = 0,0473 В/Т,

де В – барометричний тиск в мм рт. ст.

Т -температура повітря за шкалою Кельвіна.

Згідно закону Бойля-Мариотта густина повітря буде тим більше, чим більший тиск, а згідно закону Гей-Люссака густина повітря тим більше, чим менше температура повітря. Об'єднавши ці эти два закони для визначення залежності між густиною, тиском і температурою повітря, отримеємо рівняння стану газу (закон Бойля-Мариотта - Гей-Люссака)

Pv=RT,

де Р - тиск, кгс/м2;

v - питомий об'єм, м/кг;

R – газова постійна, кгс м/кг град або Дж/кгК (для повітря дорівнює 27,3).

Масова густина більше стандартної, так як барометричний тиск більше стандартного, а температура нижче стандартної.

Таким чином, можна зробити висновок, що чим вищий тиск і нижче температура, тим більше густина повітря. Тому найбільша густина повітря зимою в морозну погоду, а найменша влітку у теплу погоду. Також необхідно помітити, що густина вологого повітря менше, чим сухого (при одних і тих же умовах). Тому іноді враховують і вологість, вводячи при цьому в розрахунки відповідні зміни.

З висотою густина повітря падає, так як тиск падає більше, ніж знижується

температура повітря. В стратосфері (приблизно з висоти 11 км и до 32 км) температура почти постійна, і тому густина повітря падає пропорційно зменшенню тиску.

1.7 Міжнародна стандартна атмосфера.

Щоб охарактеризувати льотні і аеродинамічні дані ЛА при однакових параметрах повітря, всіма країнами прийнята єдина Міжднародна стандартна атмосфера (МСА). Таблиця МСА складена на підставі средньорічних умов середніх широт (широта близько 45°) над рівнем моря при вологості ноль відсотків і наступних параметрах повітря:

- барометричний тиск В =760 мм рт. ст. (Ро = 10330 кгс/м2);

- температура t =+15°C (То =288 К);

- масова густина ρо =0,125 кгс см4;

- питома вага - γ =1,225 кгс/см3.

- швидкість звуку а0 = 340,2 м/с = 1224 км/год.

Згідно МСА температура повітря в тропосфері падає на 6,5°С на кожні 1000 м.

Міжднародна стандартна атмосфера використовується при градуюванні пілотажно-навігаційних і інших приладів, при інженерних і конструкторських ррозрахунках.

 

1.8 Фізичні властивості повітря.

На характер обтікання ЛА повітряним потоком і на величину сил, які виникли при взаємодії частин ЛА і повітряного потоку, впливають фізичні властивості повітря: інертність, в'язкість, стисливість.

Інертність - властивість повітря чинити опір зміні стану спокою або рівномірного прямолінійного руху (другий закон Ньютона).

Інертність повітря є причиною його опорів руху тіл. Мірою інертності може служити густина повітря. Чим вона більша, тим більша сила необхідна для того, щоб вивести частинки повітря із стану рівноваги, і тим більше буде сила, що діє з боку повітря на рухоме в ньому тіло.

Чим більше сила ЛА, яка діє на повітря, тим більше сила, яка діє з боку повітря на ЛА (третий закон Ньютона).

В'язкість - це здатність рідин і газів чинити опір взаємному зсуву (зрушенню) двох сусідніх шарів.

Фізичною причиною в'язкості рідин і газів є взаємодія їх молекул між собою. Природа в'язкості рідин і газів різна. В'язкість рідин викликана силами зчеплення (механічними зв'язками) молекул, а в'язкість газів обумовлена обміном молекулами (дифузією) між сусідніми шарами. Температура по-різному впливає на в'язкість рідин і газів. В'язкість рідин при підвищенні температури знижується, оскільки зменшуються сили зчеплення молекул, а в'язкість газів, у тому числі і повітря, зі збільшенням температури збільшується, оскільки підвищується кінетична енергія молекул і вони глибше проникають з одного шару в іншій.

Вплив в'язкості виявляється при зсуві шарів рідини (газу) щодо один одного або при взаємному переміщенні твердого тіла в рідині (газі). Із-за в'язкості рідини (газу) при русі її біля твердої поверхні з'являється дотична сила тертя.

Стисливість – властивість повітря змінювати свою густину при зміні тиску.

1.9 Стисливість повітря і швидкість звуку.

Здатність повітря стискатись пояснюється великими відстанями між молекулами. Так як у будь-кого газу міжмолекулярні сили щеплення малі, то газ, завжди прямує

розширитися, займає увесь свій об' єм.

Таким чином, повітря при зміні об' єму або стискається або розширюється. При цьому відповідно змінюється і його густина: при збільшенні об' єему вона зменшується, а при зменшенні збільшується. Кількістно стисливість оцінюється відношенням зміни густини Δρ до зміни тиску ΔР, т. е. їх відносною величиною Δρ / ΔР.

Це відношення є мірою стисливості.

Чим більше відношення Δρ / ΔΡ, тим більше стисливий цей газ (або повітря).

Зі стисливостю пов'язана швидкість поширення в повітрі звукових хвиль.

Під звуковими хвилями слід розуміти всілякі малі збурення густини і тиску, що

поширюються в повітрі, а під швидкістю звуку - швидкість поширення цих збурень

1.10 Стрибки ущільнення.

Розглянемо картину поширення звукових хвиль (малих збурень) при русі джерела

збурень (джерела звуку).

 

Мал. 4 Поширення хвиль слабких збурень і джерел збурень, які рухаються з різними швидкостями

 

Якщо джерело збурень нерухоме, то хвилі поширюватимуться з однаковою швидкістю на всі боки у вигляді концентричних сфер, в центрі яких знаходиться джерело збурення. Кожне збурення (звукова хвиля) є місцевим ущільненням молекул повітря, яке передається від одного шару молекул до іншого, віддаляючись від джерела збурення (Мал. 4, а).

При русі точкового джерела збурення зі швидкістю, меншої швидкості звуку, звукові хвилі йдуть як вперед, так і назад (Мал. 4, б). В результаті сферичні хвилі будуть зміщені убік зворотну руху джерела збурень, проте джерело залишиться усередині сфер.

Якщо швидкість руху точкового джерела збурень порівняється із швидкістю звуку, то збурення, викликані джерелом, не устигають піти від джерела і в місці знаходження джерела збурень в кожен цей момент відбувається накладення збурень один на одного. Фронтальна поверхня, що утворилася в результаті цих накладень розділяє простір на дві області: збурену (позаду джерела) і незбурену (перед джерелом), як показано на (Мал.4,в).

При русі точкового джерела збурень зі швидкістю, що перевищує швидкість руху звукової хвилі (швидкість звуку), збурення, їм створювані, повинні залишатися позаду джерела (Мал.4, г). Область, в якій поширюються малі збурення від точкового джерела збурень, називається конусом слабких збурень. Усередині конуса середовище збурене, поза конусом знаходиться область, де збурень від цього джерела немає. Поверхня конуса служить природною межею, що розділяє середовище на дві області - збурені і незбурені. Цю поверхню називають граничною хвилею слабких збурень або межею збурень. Граничні хвилі слабких збурень утворюються при русі зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку не лише матеріальної точки, але і тонких тіл з гострою передньою кромкою, а також при обтіканні надзвуковим потоком поверхонь крила, фюзеляжу і інших частин літака. Кут φ між межею збурень і напрямом руху джерела збурень називається кутом малих збурень.

 

Питання для самоперевірки

1. Яку будову має атмосфера Землі?

2. Як можна визначити температуру повітря в тропосфері на будь-якій висоті, якщо відома температура повітря біля землі?

3. Як можна визначити абсолютну температуру, якщо відома температура повітря за шкалою Цельсія?

4. Як робиться переведення тиску з розмірності мм рт. ст.

5. Як визначається густина повітря (в кгс⋅с2м4)?

6. Які параметри повітря входять до складу таблиці МСА?

7. Які фізичні властивості повітря?




Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 146 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.016 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав