Головна ⇒ 📌Фізика ⇒ Манометри і насоси

Манометри і насоси

Розділ ІІІ ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

&38. Манометри і насоси

✓ Якими приладами можна вимірювати тиск рідини або газу, якщо він значно перевищує атмосферний?

1. Для вимірювання тисків, більших або менших, ніж атмосферний, використовують спеціальні прилади – манометри. Слово “манометр” походить від двох грецьких слів “манос” – рідкий і “метро” – вимірюю.

Манометри бувають двох основних типів: рідинні і металеві.

Будова і принцип дії рідинного манометра вже були розглянуті раніше у &35.

На рис. 114 зображена

будова металевого манометра. Основною його частиною є пружна, зігнута по дузі кола, тонка металева трубка 1, один кінець якої запаяний, а другий може з’єднуватися з посудиною, де вимірюється тиск рідини або газу. За підвищення тиску всередині трубки манометра вона випрямляється; якщо тиск у посудині (а отже, і в трубці) зменшується, трубка завдяки дії пружини намагається повернутися у початкове положення. Рух закритого кінця трубки 2 за допомогою важелів 3 і 4 передається на стрілку 5, яка відповідно переміщається по шкалі 6. Шкала проградуйована або в МПа, або в атмосферах; 1 атм = 0,1 МПа.

Таким манометром можна

вимірювати тиск пари у паровому котлі, масла у гідросистемах різних пристроїв, повітря у камерах коліс транспортних засобів.

2. Виникає запитання: як можна збільшити або зменшити тиск рідини чи газу в посудині? Для цього використовують насоси. Вони бувають різних конструкцій і призначень. Ними можна збільшити тиск рідини чи газу в резервуарі, викачати повітря з посудини тощо.

Рис. 114

Рис. 115

Розглянемо принцип дії насосів на прикладі поршневого рідинного насоса. Ще раз коротко звернімося до досліду, схема якого подана на рис. 110 (&37). Під час переміщення поршня вгору вода переміщається услід за поршнем. Як ми вже знаємо, її туди “жене” атмосферний тиск. Явище піднімання води у трубці услід за поршнем використано при побудові рідинного поршневого насоса (рис. 115). Цей насос складається з циліндра 1, поршня 2, впускного клапана 3, випускного клапана 4. Діє він так. Якщо за допомогою рукоятки 5 поршень 2 переміщати вгору, то під ним створюється розрідження і вода під дією атмосферного тиску піднімається з резервуара 6 по трубці 7, відкриває впускний клапан 3 і піднімається далі услід за поршнем. Випускний клапан 4 у цей час закритий внаслідок дії атмосферного тиску. Коли поршень 2 рухається униз, то вода в циліндрі передає створений ним тиск за законом Паскаля в усіх напрямах однаково. Внаслідок цього впускний клапан 3 закривається, а випускний клапан 4 відкривається, і вода під тиском потрапляє у випускну трубу 8. І так само процес повторюється з кожним наступним ходом поршня. Описаний насос називають всмоктувальним. За допомогою такого насоса по впускній трубі 7 воду можна підняти з глибини, не більшої за 10,3 м. Існування цього обмеження пояснюється тим, що гідростатичний тиск стовпа води такої висоти зрівноважує атмосферний тиск і вище вода за поршнем не піде.

Цікаво, що люди здавна користувалися насосами, але їхньої дії пояснити не могли. Явище піднімання води услід за поршнем вони пояснювали тим, що поршень створює розрідження, а вода піднімається тому, що “природа боїться пустоти”. І тільки Торрічеллі зміг правильно пояснити це явище.

За допомогою всмоктувального насоса, правда, дещо зміненої конструкції, можна у посудині з повітрям створити розрідження, якщо її герметично приєднати до труби 7 насоса (див. рис. 115).

Тоді за кожного ходу поршня з посудини буде забиратися деяка порція повітря і виштовхуватися через трубу 8 в атмосферу. З кожним наступним ходом поршня буде захоплюватися порція повітря все меншої маси, а тому дуже високого розрідження у посудині не досягається.

Якщо ж до посудини приєднати трубу 8, то тоді насос працюватиме як нагнітальний. Кожен раз через трубу 7 з атмосфери надходитиме порція повітря і виштовхуватиметься поршнем у посудину через трубу 8, де тиск із часом буде зростати. За таким принципом працюють велосипедний і автомобільний повітряні насоси.

У промислових масштабах для сильного стискання повітря використовують компресори (від латинського “компресус” – стиснутий). Вони, по суті, є нагнітальними повітряними насосами, які приводяться в дію двигунами. Стиснене компресором повітря використовується для роботи відбійних і заклепувальних молотків, фарбопультів для розбризкування фарби з метою фарбування стін тощо. Компресори використовують також для підвищення тиску природного газу в газопроводах.

За використання нагнітального насоса для викачування води вже не існуватиме згаданого вище обмеження 10,3 м. Цей насос слід розташувати на глибині, де є вода, зануривши трубу 7 у воду. Трубу 8 подовжити, наприклад, надіти на неї шланг і вивести на поверхню землі. Під час роботи такого насоса вдається підняти воду на значно більшу висоту, ніж всмоктувальним насосом. Ця висота залежить лише від технічних даних насоса.

Запитання для самоперевірки

1. Як називають прилади для вимірювання тисків, більших або менших від атмосферного?

2. Яка будова рідинного манометра? Як він діє?

3. Яка будова металевого манометра? Як він діє?

4. Яке явище використовується у роботі всмоктувального поршневого рідинного насоса?

5. Розкажіть про будову і дію поршневого насоса для викачування повітря з посудини.

6. На яку найбільшу висоту може піднятися вода услід за поршнем всмоктувального насоса? Чому?

7. Розкажіть про будову і дію нагнітального насоса.

Завдання 28

1. Услід за поршнем всмоктувального насоса за нормального атмосферного тиску вода піднімається на висоту 10,3 м. На яку висоту за цієї умови підніметься нафта?

2. Придумайте спосіб підняття води за допомогою поршневого насоса на висоту, значно більшу за 10,3 м.

3. Манометр, установлений на підводному човні для вимірювання тиску морської води, показує тиск 2 МПа. На якій глибині перебуває човен?

4. За накачування насосом повітря в балон його тиск збільшився вдвічі. Температура весь час кімнатна. Як за цих умов змінилася густина повітря в балоні?