Vedelike füüsikalised omadused

Vedelikel on hulk füüsikalisi omadusi, mille arvväärtused erinevad gaaside ja tahkete kehade omast. Vedelik on kindla ruumalaga, kuid kindla kujuta aine. Selles suhtes sarnaneb vedelik gaasiga, et ta võtab selle anuma kuju, milles asub. Teisalt on vedelikku raske kokku suruda ja selle poolest on ta tahke aine moodi. Jahtumisel vedelik tahkub, piisaval kuumenemisel aga läheb üle gaasilisse olekusse.

Teoreetilistes mõttekäikudes rakendatakse sageli ideaalse vedeliku mudelit, kus vedelik loetakse täiesti kokkusurutamatuks ja liikumine hõõrdevabaks.

 Vedelike peamised füüsikalised omadused 
 Tihedus ja erikaal
Tiheduse ühikuks on kg/m³. Tihedus näitab vedeliku ruumalaühiku massi. Põhivalem on , kus  on vedeliku tihedus,  vedeliku mass ja  vedeliku ruumala.

Erikaal on vedeliku ruumalaühiku kaal. Selle ühik on N/m³ ning põhivalem on , kus  on vedeliku erikaal,  vedeliku tihedus,  raskuskiirendus,  raskusjõud ja  vedeliku ruumala. Tihedus ja erikaal olenevad vedeliku liigist, temperatuurist ja vedelikule mõjuvast rõhust.

 Kokkusurutavus 
Nagu muidki aineid, saab vedelikku kokku suruda, kuid gaasiga võrreldes vaid tühisel määral. Kokkusurutavust iseloomustab kokkusurutavustegur , mille pöördväärtust nimetatakse mahtelastsusmooduliks tähisega K( Pa−1).

, kus  on vedeliku algruumala ning  ruumala muutus, kui rõhk muutub  võrra. Miinusmärk tuleneb sellest, et rõhu suurenedes vedeliku maht väheneb.

Temperatuurivahemikus 0–30 °C on vee elastsusmoodul K = 1980–2250 MPa. See tähendab, et rõhu suurenedes 0,1 MPa võrra väheneb vee maht ligi 1/20 000 võrra üsna suures rõhuvahemikus. Ka teiste vedelike kokkusurutavus on samas suurusjärgus. Et see on üsna vähene, loetakse arvutustes tavaliselt vedelik kokkusurutamatuks. Erandiks on vaid hüdrauliline löök.

 Soojuspaisumine 
Rõhk MPa   Vee ruumpaisumistegur 10–6·K–1 temperatuuril  1–10  °C 10–20 °C  40–50 °C  90–100 °C  0,1 (õhurõhk)  14  150  422  719 9,8  43  165  422  714 19,6  72  183  426  –
Soojuspaisumine on vedeliku ruumala ja seega tiheduse muutumine sõltuvalt temperatuurist jääva rõhu all. Seda iseloomustab ruumpaisumistegur, mille tähis on   ja ühik on K−1. , kus  on algmaht ja  vedeliku ruumala muutus temperatuuri muutumisel  võrra eeldusel, et rõhk ei muutu. Vee ruumpaisumisteguri väärtused on kõrvalolevas tabelis, mis kujutab vee ruumpaisumisteguri  väärtuse sõltuvust rõhust ja temperatuurist.

Sellest tabelist on ka näha, et temperatuurivahemikus 0–20 °C muutub tihedus tühiselt vähe, alla 0,5%. Seevastu kuuma vee paisumist peab arvestama, sest vahemikus 0–100 °C muutub vee tihedus ja seega maht ligikaudu 5%.

 Viskoossus 
Viskoossus on vedeliku omadus takistada oma osakeste liikumist üksteise suhtes. Laminaarselt liikuva vedeliku kihtide vahel tekib viskoossusest põhjustatud hõõrdejõud, mida kirjeldab Isaac Newtoni valem , kus  on vedelikku iseloomustav dünaamiline viskoossus (Pa),  naaberkihtide kokkupuutepindala ja  kihtidevaheline kiiruse gradient, sest naaberkihid saavad omavahel hõõrduda vaid siis, kui nad liiguvad eri kiirusega.

Kui hõõrdejõud  jagada hõõrdepinnaga A, saadakse hõõrdepinge ehk tangentsiaalpinge τ: .

Hüdraulikaarvutustes eelistatakse dünaamilisele viskoossusele sageli kinemaatilist viskoossust  (m²/s).

, kus  on vedeliku tihedus. Kinemaatilist viskoossust avaldati varem CGS- süsteemi ühikutes: stooksides (St): 1 St = 1 cm²/s = 10−4 m²/s.

Mõlemad viskoossused olenevad vedeliku liigist, temperatuurist ja rõhust ning määratakse katseliselt viskosimeetri abil. Vedeliku soojenedes viskoossus väheneb, rõhu tõustes suureneb. Kuna rõhu toime avaldub ainult väga suurte rõhumuutuste puhul, siis seda tavaliselt ei arvestata.

Vee kinemaatilist viskoossust saab arvutada J. Poiseulle'i valemist , kus t on temperatuur Celsiuse kraadides.

Kui näiteks olmereovee heljumisisaldus  ≤ 600 mg/l ja temperatuur t = 2–50 °C, saab selle kinemaatilise viskoossuse (m²/s) arvutada N. Fjodorovi valemiga , kus  on sama temperatuuriga puhta vee viskoossus.

Mineraalõli viskoossuse olenevust rõhust vahemikus 0–50 MPa kirjeldab valem , kus k = 0,02–0,03 ja  on mineraalõli viskoossus normaalsel atmosfäärirõhul.

Kategooria:Füüsika