Основные понятия о жидкости и сжатом воздухе
Жидкости являются телами, которые имеют почти постоянный объем, но не имеют постоянной формы.
Жидкости разделяются на вязкие и невязкие. К вязким жидкостям относятся: глицерин, машинное масло, олифа и др. Невязкими и текучими жидкостями являются: вода, бензин, спирт и др. При нагревании жидкости расширяются в объеме: например, вода расширяется на 0,0006, глицерин на 0,0003, керосин на 0,001 своего первоначального объема при повышении температуры на Г. С увеличением давления жидкость незначительно сжимается, т. е. уменьшается в объеме. При давлении в 1 атмосферу вода сжимается на 0,00005 своего первоначального объема. Величина эта так незначительна, что практически можно считать жидкости несжимаемыми.
Сжатый воздух, которым пользуются в качестве механической движущей силы для приведения в действие машин, вырабатывается из атмосферного воздуха.
Как все газы, так и атмосферный воздух обладает способностью сжиматься. На этом важном свойстве — способности к сжатию атмосферного воздуха — и основан способ получения сжатого воздуха и его применение в промышленности.
Сжатие атмосферного воздуха производится особыми машинами, называемыми компрессорами.
Существуют компрессоры поршневые и турбинные, резко отличающиеся по своему устройству и принципу работы. Поршневые компрессоры строят одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми.
Одноступенчатыми они называются потому, что воздух сжимается в них до рабочего давления в 6—7 ат за один прием — одну ступень. В двухступенчатых компрессорах воздух до рабочего давления сжимается в два приема — две ступени. Процесс сжатия воздуха в двухступенчатом компрессоре производится сначала в первом цилиндре до 4 от, а потом через промежуточный охладитель переходит во второй, в котором он подвергается вторичному сжатию до 7 ат.
При потреблении сжатого воздуха, превышающего давление 6—7 ат, применяют многоступенчатые компрессоры. Давление в них может быть доведено до 150 ат.
Для получения сжатого воздуха высокого давления применяются турбинные компрессоры. Турбинные компрессоры имеют ряд преимуществ перед поршневыми компрессорами, они конструктивно более совершенны, надежны в действии и более компактны. Но турбинные компрессоры более дорогие как по стоимости, так и по эксплуатационным расходам, поэтому они применяются обычно при большом потреблении сжатого воздуха.
Атмосферный воздух в компрессорах подвергается сжатию. Степень сжатия зависит исключительно от количества затраченной для этого энергии. Чем больше будет затрачено энергии, тем сильнее будет сжат атмосферный воздух.
При сжатии воздух уменьшается в объеме и занимает меньше места: объем сжатого воздуха много меньше объема атмосферного воздуха. Сжатый до определенного давления воздух обладает большой упругостью. Эта упругость сжатого воздуха есть не что иное, как запасенная частицами воздуха энергия давления. Чем больше будет сжат воздух, тем больше, в силу своей упругости, он будет стремиться к расширению. Воздух, освобождаясь от сжатия, стремится к быстрому расширению и этим производит определенную работу. Энергия при превращении в работу широко используется в пневматических инструментах и машинах. Подача сжатого воздуха от компрессоров к необходимым местам производится по трубопроводам.
Источник
Что расширяется сильнее воздух или вода
НАГРЕВАНИЕ ВОЗДУХА
Что происходит с воздухом при нагревании?
Почему при нагревании воздух становится легче?
Куда девается его вес?
Возьми бутылку из белого стекла, по возможности с тонкими стенками. Подбери к ней плотную пробку. Если корковой пробки нет, годится свежая морковка. Подбери стеклянную или пластиковую трубочку и плотно вставь ее в отверстие пробки. Налей в бутылку немного подкрашенной воды. Нижний конец трубки должен быть погружен в воду.
Когда ты обхватишь бутылку руками, вода начнет подниматься по трубке. Значит, что-то вытесняет из бутылки воду, раз она полезла в трубку!
Что же это такое?
Ты, наверное, уже сообразил, что это опять он, невидимка-воздух. Тепла твоих рук оказалось достаточно, чтобы воздух нагрелся, расширился и потеснил воду!
Наш опыт не очень интересен на первый взгляд. В нем ничто не вертится и не крутится, не летит и не взрывается, не подпрыгивает и не бьет фонтаном. Но результат получился очень важный: при нагревании воздух расширяется. И расширяется сильно, если даже теплота твоих рук дала заметное действие.
А теперь о весе!
Скажем, был у тебя один литр воздуха. И весил этот воздух 1,2 г (одну целую и две десятых грамма). Столько примерно он и весит. А потом ты этот воздух нагрел, да так сильно, что он расширился вдвое и стал занимать уже не 1 л, а 2. Сколько же он теперь весит? Да те же самые 1,2 г. Воздух ведь ниоткуда не прибыл и никуда не убыл. Просто он расширился, сделался более редким. Значит, общий вес нагретого воздуха не изменился.
Что же тогда изменилось?
Изменился вес 1 л. Если литр холодного воздуха весил 1,2 г, то 2 л горячего воздуха весят те же самые 1,2 г. Значит, 1 л теперь весит 1,2:2 = 0,6 г. Горячий воздух стал как бы легче потому, что он стал реже.
В действительности, для того чтобы воздух расширился вдвое, его нужно нагреть очень сильно, примерно до 300°. В наших опытах он нагревается гораздо слабее. Но все равно: даже и при небольшом нагревании воздух на сколько-то расширяется. Значит, каждый литр, даже каждый кубический сантиметр его становится хоть немного легче.
И он теперь всплывет, поднимется в более холодном, более плотном окружающем воздухе. Он сможет крутить вертушку. Он сможет поднять легонькую оболочку мыльного пузыря. А если его будет очень много, разница в весе окажется достаточной, чтобы поднять целый воздушный шар-монгольфьер!
Ну, а если воздух снова охладить?
Отними ладони от бутылки, через некоторое время вода в трубке опустится и все придет в прежнее положение. Значит, при охлаждении воздух занимает меньше места, он сжимается.
ЗВУЧАЩАЯ МОНЕТА
Понаблюдаем, как расширяется газ. Для этого нам понадобится двухлитровая бутылка из-под газировки, монета размером с диаметр горлышка и стакан воды.
Положите пустую незакрытую бутылку минут на пять в морозильник. Затем выньте бутылку из морозильника и сразу же закройте ее мокрой монетой. Монету перед этим смочите, окунув ее в стакан с водой.
Через несколько секунд монета начнет издавать звуки, напоминающие пощелкивание, подскакивая и ударяясь о горлышко бутылки.
Почему?
Вещества от охлаждения сжимаются. Охлажденный воздух в бутылке сжимается, занимая меньший объем. Благодаря этому в бутылку входит дополнительное количество воздуха. Когда мы вынимаем бутылку из морозилки, воздух нагревается и начинает расширяться.
Расширяющийся воздух отрывает монету от горлышка и приподнимает ее с одной стороны. Когда излишек воздуха вышел наружу, монета падает на прежнее место. Этот процесс продолжается, пока температура внутри бутылки не сравняется с температурой воздуха снаружи.
Внимание!
Монета может перестать звучать, если она сдвинется с места идущим снизу воздухом и не будет Полностью накрывать горлышко бутылки. В этом случае передвиньте ее на место.
ВОДОПРОВОДНАЯ ТРУБА И ГРИБЫ
Сколько аварий бывает зимой, когда замезают водопроводные трубы!
Английский изобретатель Рональд Рейбоун предложил изготавливать их с пластмассовыми вкладышами, внутри которых находится воздух. Расширяющаяся при замерзании вода вместо того, чтобы давить на стенки трубы, сдавливает воздух в мягком пластмассовом вкладыше. Так коварный закон температурного расширения находит новую, безобидную точку приложения, и трубы остаются целыми.
Опыт
То, что замерзающая вода любит рвать трубы, можно удобно использовать… для сушки грибов и фруктов!
Быстро заморозьте их в морозильном холодильнике, а потом высушите.
Длительность сушки заметно сократится, а качество улучшится, потому что замерзающая вода рвет стенки растительных клеток и делает ткань пористой. По этим капиллярным ходам влага намного быстрее выделяется наружу и испаряется.
НАГРЕВАНИЕ ВОДЫ
Берем тот же аппарат, в котором мы нагревали воздух: бутылка с пробкой и трубочкой.
Будем нагревать воду.
На этот раз наполни бутылку водой до самого верха, до краев горлышка. Трубку выдвини повыше и заткни бутылку пробкой. Вытесненный пробкой излишек воды поднимется по трубке. Пусть он там установится на высоте 1—2 см над пробкой. Если будет больше, отлей. Хорошо было бы и здесь подкрасить воду чернилами.
Теперь воду в бутылке надо нагреть. Но здесь уже тепла твоих рук не хватит. Придется установить бутылку в кастрюлю с водой, подложив две палочки, чтобы под дном бутылки тоже была водяная прослойка, и все это сооружение поставить на огонь. Это называется «нагревать на водяной бане». Прямо ставить бутылку на огонь нельзя: она лопнет.
Следи внимательно за уровнем воды в трубке!
Смотри-ка: уровень немного опустился…
Что же это, неужели вода при нагревании сжимается?
Не спеши с выводами!
Уровень воды в трубке снова пополз вверх и поднимается все дальше и дальше, Он теперь выше, чем был с самого начала.
Значит, вода при нагревании все-таки расширяется. Ну, а почему же сначала уровень шел вниз? Не догадываешься? Да потому, что первой нагрелась бутылка и тоже расширилась. А потом уже тепло дошло до воды!
НАГРЕВАНИЕ СНЕГА
Как его нагреть?
Да набери в большую кастрюлю и принеси в кухню. В кухне тепло, и снег начнет таять. Налей немного воды на табуретку и поставь кастрюлю в эту лужицу. Через некоторое время попробуй кастрюлю приподнять.
Примерзла?
Конечно, нет. Ведь в кухне тепло, и снег даже в самой кастрюле тает.
Ну, а если помешивать снег в кастрюле палочкой? Хоть скалкой, хоть оглоблей. Все равно не примерзнет.
Но все-таки есть способ приморозить кастрюлю!
Брось в нее полную горсть соли. Теперь, если ты хорошо помешаешь да при этом не будешь сдвигать кастрюлю с места, она примерзнет!
Снег в кастрюле будет таять по-прежнему, но под ее дном образуется лед.
Не правда ли, таинственный опыт?
Тайну этого опыта легко разъяснится, если у тебя есть уличный термометр, который показывает плюсовые и минусовые температуры.
Опусти его в кастрюлю так, чтобы шарик касался снега. До прибавления соли термометр стоит на нуле. Так и должно быть, ведь именно температуру тающего снега и льда условились считать нулевой. А вот после прибавления соли термометр покажет уже минусовую температуру. Если, например, к тремстам граммам снега добавить сто граммов соли, смесь будет таять при 18° ниже нуля! Ясно, что при такой температуре чистая вода под кастрюлей замерзнет.
Ты, может быть, видел, как в больших городах в гололед тротуары посыпают солью. На улице мороз, но лед на тротуаре начинает таять!
А то еще золой посыпают. В ней тоже содержатся различные соли. И лед превращается в мокрую, грязную кашу.
СУХИМ ИЗ ВОДЫ
Положи на плоскую тарелку монету и налей немного воды. Монета очутится под водой. Теперь предложи товарищу взять монету голой рукой, не замочив пальцев и не выливая воду из тарелки. Едва ли он сообразит, как это сделать. А фокус в том, что воду надо отсосать.
Возьми тонкий стакан, ополосни его кипятком и опрокинь на тарелку рядом с монетой. Теперь смотри, что будет.
Воздух в стакане начнет остывать. А ты, наверное, уже слышал, что холодный воздух занимает меньше места, чем горячий. Мы об этом еще поговорим в свое время подробнее. Так или иначе, стакан, словно медицинская кровососная банка, начнет всасывать воду, и вскоре вся она соберется под ним. Теперь подожди, пока монета высохнет, и бери ее, не боясь замочить пальцы.
СТАКАН ПОЛЗЕТ
Воздух при нагревании расширяется. Ну, а при чем здесь какой-то ползущий стакан? Сейчас увидишь. Возьми кусок плоского стекла длиной около 40 см. Чисто вымой это стекло и под один его край подложи два спичечных коробка. Поставь на стекло стакан вверх дном. Только обязательно тонкий стакан. Толстый, граненый, стакан здесь не годится: он может лопнуть, да и слишком тяжел для нашего опыта. Стакан, конечно, будет стоять на месте: ведь наклон стекла очень мал.
Хорошенько смочи края стакана водой. Нет, и водяная «смазка» не помогает. Стакан все равно стоит на месте. Ничего, сейчас мы заставим лентяя двинуться в путь! А ну-ка, поднеси к нему горящую свечу или лучинку. Ближе, ближе, пусть почувствует жар.
Стакан все еще стоит. Смотри-ка: двинулся! Быстрее, быстрее ползет вниз, словно спасаясь от огня.
Что же здесь произошло? Воздух в стакане нагрелся и немного расширился. Он чуть-чуть приподнял стакан и вышел бы наружу, да мешает вода, которой смочены края. Стакан словно «повис» на водяной прослойке. Трение резко уменьшилось, и он пополз, вернее, поплыл вниз!
Источник: «Здравствуй, физика» Л. Гальперштейн; «Физика для любознательных или о чем не узнаешь на уроке» А.Майоров
Источник
Рассуждения о будущих системах охлаждения или вода против умирающего воздуха
Просматривая в очередной раз предложения по разным кулерам, меня вдруг осенило, а ведь многое поменялось за последние 5-7 лет. Когда я писал свою версию долгоиграющих комплектующих, то процессорный кулер представлялся этаким долгожителем, на котором можно было отсидеть 7 и даже 10 лет и затем, при финальном апгрейде всего компьютера, сменить его на такой же, но современный. А что происходит сейчас?
реклама
Сокеты меняются как карты в колоде, не успел вытянуть туза, как сверху прилетает джокер и все насмарку. Нужна новая колода. Вот через месяц выйдет что-то по-настоящему новое, новая платформа на топовом чипсете Intel Z690. О плюсах и минусах новой платформы Intel Z690 можно прочитать вот тут. Один из минусов — новое крепление для кулеров, но, если бы только это было бедой!
Маркетинг уже с головой накрыл привычный всем термин “TDP”. Аббревиатура TDP (Thermal Design Power) обозначает требования по теплоотводу для системы охлаждения. Или проще, TDP служит ориентиром для выбора системы охлаждения и отражает то количество тепла, которое выделяет процессор во время среднестатистической своей активной нагрузки.
реклама
Раньше TDP было «жестким», и производители этим термином не злоупотребляли. Если на процессоре было указано, что его TDP = 95 или 125 Вт, значит и систему охлаждения пользователь подбирал соответствующую. А оверклокеры брали естественно еще и с запасом. А с введением всяческих хитрых состояний процессоров, таких как Power Limit или сокращенно PL1, 2 и т.д., TDP может выходить далеко за эти пределы.
В качестве примера приведу современный процессор — Intel i9 11900K. У него параметр PL2 равен 251 Вт. По спецификации Intel, период действия периода PL2 равен 56 секундам. Но, что делают, не до конца образованные в этих вопросах пользователи?
реклама
Тут есть несколько вариантов: I. Смотрят на TDP такого процессора и экономя на системе охлаждения выбирают кулер впритык к 125 Вт или используют простой боксовый кулер, а потом гневаются, что очень уж горячо в системном блоке. II. Другие юзеры заходят в биос и отключают время действия параметра PL2, тем самым получают в нагрузке 251 Вт гораздо дольше, чем рекомендованные 56 секунд.
III. Третья категория еще и разгоняет процессор и реальный TDP уходит за 300 Вт, а то и еще больше. А у AMD Ryzen Threadripper TDP вообще значится на уровне 280 Вт, у HEDT праформы Intel в районе 250 Вт. И вот мы подошли к основополагающему вопросу этой статьи — чем все это охлаждать?
Раньше было как, взял супер-кулер весом с килограмм и будь спокоен, а сейчас все изменилось, воздух уже не может справиться с такими TDP, а о разгоне на 100-200 МГц можно вообще забыть. Тут, правда есть две причины, из Pl1 с TDP = 50 Вт, в PL2 с 250 Вт процессор переходит за секунду, и воздух не в состоянии быстро отвести такое количество тепла. И второе, кулера весом больше 1 кг уже нецелесообразно производить производителям, так как стоимость будет уже на уровне AIO или выше.
реклама
И вот сейчас что же мы имеем? Массово, хотим мы этого или нет, пойдет мода на чиплеты. Каждый чиплет — это 8 ядер, дальше – больше. TDP будет продолжать расти и может случиться так, что место для воздуха совсем не останется в мейнстрим сегменте, а затем и в middle. Воздушные кулеры будут уделом офисных машин с небольшим количеством ядер и низкой частотой.
Пройдёмся по каталогизаторам. Для примера возьму E-katalog. Хороший и высокопроизводительный воздух стоит более 7 тысяч рублей, а то и все 8, в зависимости от места приобретения.
По описанию на фото видно, что эти супер-кулеры способны отвести 180-220 Вт тепла, а у Thermalright SilverArrow IB-E Extreme Rev. B заявлен вообще максимальный TDP = 320 Вт. Но вот, только если дать эти 320 Вт сразу, то температуры будут в районе 90С, что явно превышает все допустимые нормы.
А если взять AIO, то тут можно за половину стоимости топового воздушного кулера приобрести так называемую водянку, способную отвести столько же тепла, но при этом шума будет меньше и температуры ниже.
Есть, конечно, и подешевле варианты, и подороже. Но плюс AIO в том, что он может погасить более плавно тот пик выброса тепла, которое образуется при переходе процессора в PL2 активную фазу и при этом температуры ядер будут ниже, а значит можно рассчитывать на поднятие частоты.
Тема эта, на самом деле, очень актуальная и процесс выбора воды или воздуха стоит сейчас очень остро. Но из моих знакомых, например, большинство перешло на такие AIO, кто-то вообще вложился в 30 тысяч и собрал себе кастомную воду, ну а кто-то придерживается ретроградских настроений и ни за что не перейдет на воду, а будет использовать топовое воздушное охлаждение пока это вообще возможно. (Как правило, самый жуткий страх — это возможность протечки)
А что используете вы и почему сделали именно такой выбор? Как, по-вашему, какую максимальную сумму не жалко отдать на позицию – охлаждения процессора? И как, по-вашему, когда случится момент, когда вода полностью вытеснит воздух?
Источник
