Gęstość i lepkość wody
W gospodarstwach domowych woda jest używana do celów sanitarno-bytowych. Jest również przekaźnikiem ciepła i może je pobierać, magazynować, i oddawać.
Gęstość i lepkość wody są właściwościami wody istotnymi przy badaniu zagadnień związanych z przepływami w instalacjach i urządzeniach cieplno-przepływowych. Stanowią jedne z danych niezbędnych do obliczeń z mechaniki płynów i są wykorzystywane głównie przez projektantów instalacji i urządzeń cieplno-przepływowych do ilościowego opisu zjawisk przepływowych zachodzących w urządzeniach i instalacjach.
Gęstość wody
Gęstość to stosunek masy do objętości, jaką dana masa zajmuje.
gdzie:
- m to masa [kg]
- V to objętość [m]3
Gęstość oznaczana jest zwykle łacińską literą d lub grecką literą ρ (rho). W międzynarodowym układzie miar SI jednostką gęstości jest [kg/m3], ale może być ona również określana w [kg/l] lub [g/m3]
W przypadku wody gęstość nie ma stałej wartości, a jej wielkość zależy od temperatury i ciśnienia.
Pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym można określić gęstość wody dla danej temperatury, stosując poniższy wzór 1
gdzie:
- t to temperatura [K]
Na ogół gęstość płynów zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, ale woda zachowuje się w tym przypadku anormalnie i największą gęstość osiąga w temperaturze 4 stopni Celsjusza.
Gęstość wody w zależności od temperatury
Poniżej przedstawiamy tabelę obrazującą gęstość wody dla określonych wartości temperatury przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym o wartości 1013,25 [hPa]:
Gęstość wody w zależności od temperatury
W warunkach normalnych woda o temperaturze 4OC ma największą gęstość, która wynosi 1000 kg/m3, więc przyjmuje się, że 1 litr wody waży 1 kg.
Lepkość wody
Lepkość to kolejna, po gęstości, istotna właściwość płynów. Występuje ona tylko podczas ruchu względnego warstw płynu sąsiadujących ze sobą i zanika po jego ustaniu. Lepkość polega na powstawaniu naprężeń stycznych, które można traktować jako siły tarcia wewnętrznego, podczas przesuwania się po sobie z różnymi prędkościami warstw płynu o niewielkiej grubości. Lepkość stanowi opór przeciw płynięciu, więc im mniejsza lepkość, tym rzadsza i bardziej płynna jest ciecz. Pomiarów lepkości cieczy dokonuje się za pomocą lepkościomierzy (wiskozymetrów).
Współczynnik lepkości dynamicznej
Lepkość dynamiczna, zwana również dynamicznym współczynnikiem lepkości, to miara lepkości płynu w przepływie z występującym gradientem prędkości. Oznaczana jest grecką literą μ (mi) i wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania:
gdzie:
- τ to naprężenie ścinające [Pa],
- γ to szybkość ścinania [1/s]
Lepkość dynamiczna oznaczana jest grecką literą μ (mi), a jej jednostką w układzie SI jest [Pa·s] lub [kg /(m⋅s)].
Współczynnik lepkości kinematycznej (kinetycznej)
Lepkość kinetyczna (kinematyczna), zwana kinematycznym współczynnikiem lepkości, to iloraz lepkości dynamicznej przez gęstość:
gdzie:
- μ to lepkość dynamiczna [kg /(m⋅s)]
- ρ to gęstość [kg/m3]
Lepkość kinetyczna oznaczana jest grecką literą ν (ni), a jej jednostką w układzie SI jest [m2/s].
Lepkość płynów, w tym i wody, zależy od struktury ich cząsteczek i obrazuje wielkość sił, jakie muszą być przyłożone, aby wymusić przepływ. Wraz ze wzrostem temperatury w cieczach rośnie odległość między cząsteczkami, przez co maleje opór wewnętrzny przeciw płynięciu, a co za tym idzie, zmniejsza się ich lepkość.
Lepkość wody w zależności od temperatury
Poniżej przedstawiamy tabelę obrazującą lepkość dynamiczną wody dla określonych wartości temperatury:
Lepkośc wody w zależności od temperatury
1Krystyna Jeżowiecka-Kabsch, Henryk Szewczyk, Mechanika płynów, Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2001, s. 358
Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki
Opracowanie redakcja : (A.K.)
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.klimatyzacja.pl
