Je možné tímto čerpadlem čerpat vodu z hloubky větší než 10 a 3 m?

V této lekci se podíváme na několik zařízení, která se stala součástí našich životů a jsou lidstvem neustále používána. Činnost těchto zařízení souvisí s Pascalovým zákonem, s rozložením tlaku v kapalinách a plynech a s působením atmosférického tlaku.

Navíc si připomeňme definici komunikujících nádob. Mají společnou část spojující je naplněnou kapalinou.

Zařízení, která budou probrána v této lekci, jsou čerpadla. Vynález prvního čerpadla se datuje do starověku. Ke zvedání vody ze studny byla použita jednoduchá dřevěná čerpadla (obrázek 1). První čerpadlo na hašení požárů vynalezl starořecký mechanik Ctesibius. Bylo popsáno již v XNUMX. století. před naším letopočtem E. Ale aktivní vývoj pístových čerpadel začal na konci XNUMX. století, kdy se k jejich výrobě začal používat kov.

Pojďme se podívat na modernější možnosti.

Pístové čerpadlo kapaliny

Jaký jev se využívá při konstrukci pístového vodního čerpadla?
Dříve jsme zvažovali experimenty, kde byla kapalina pod atmosférický tlak růže ve skleněné trubici. Na tomto principu fungují injekční stříkačky, pipety a vlastně i pumpy (obrázek 2).

Schematické znázornění běžného pístového kapalinového čerpadla je znázorněno na obrázku 3. Jak takové čerpadlo funguje a funguje?

Vidíme válcovou nádobu, uvnitř které se může vertikálně pohybovat těleso těsně přiléhající ke stěnám nádoby. píst 1.

Na dně nádoby a v pístu jsou ventily 2. Mohou se otevřít pouze směrem nahoru. Začneme-li zvedat píst, uvidíme, že voda zvedne spodní ventil a nechá jej otevřený. Pod atmosférickým tlakem kapalina naplní nádobu.

Když spustíme píst dolů, tlak vody pod pístem bude působit na spodní ventil. Ventil se uzavře.

Když se píst začne opět pohybovat nahoru, voda pod ním začne stoupat spolu s ním. Při každém dalším zvednutí pístu za ním stoupá nová část vody, která je vylévána kohoutkem/výtokovou trubkou.

Rukojeť výtah (Obrázek 4, a):

  • Rukojeť 5 zvedne píst 1 nahoru, ventil 3 se pod tíhou vody uzavře;
  • Atmosférický tlak tlačí na vodu ve spodní nádobě, otevře ventil 2, kterým je nádoba naplněna vodou.

Takové čerpadlo díky vzduchové komoře dokáže vytvořit nepřetržitý proud vody. Ke kohoutku můžete připojit například zavlažovací hadici.

READ
Jakou půdu má rád vřes?

Spuštění rukojeti (Obrázek 4, b):

  • Pomocí rukojeti 5 zatlačíme na píst 1 a spustíme jej dolů. Nyní je tlak převeden na dva ventily: 2 a 3;
  • Ventil 2 se pod tlakem vody uzavře a ventil 3 se naopak otevře. Přes ventil 3 vytéká voda trubicí.

Cvičení

Cvičení č. 1

Do jaké výšky může být voda zvednuta běžným pístovým čerpadlem (obrázek 2) při normálním atmosférickém tlaku?

Je důležité pochopit, že to nejsme my, kdo táhne vodu nahoru, ale atmosférický tlak tlačí kapalinu. Zvednutím pístu rukama vytvoříme bezvzduchový prostor, který způsobí zvýšení tlaku vně pístu a vytlačení kapaliny.

A stejně jako člověk nemůže zvednout rukama náklaďák, tak atmosférický tlak není nekonečný a zvedne sloupec kapaliny o určité výšce.

Kapalina bude stoupat, dokud bude její tlak nižší než atmosférický. to znamená, když se tlak kapalinového sloupce rovná atmosférickému tlaku, bude výška sloupce největší.

Vzhledem k:
$p = 101 mezera 300 mezera Pa$
$rho = 1000 frac$
$g = 9.8 frac$

Podívejte se na řešení a odpověď

řešení:

Tlak sloupce kapaliny můžeme vypočítat pomocí vzorce:
$p = rho gh$, kde:

  • $p$ je tlak sloupce kapaliny a hodnota normálního atmosférického tlaku ($760 prostor mm space Hg space art.$ nebo $101 space 300 space Pa$);
  • $rho$ je hustota vody ($1000 frac$);
  • $g$ je zrychlení volného pádu.

To znamená, že můžeme z tohoto vzorce vyjádřit výšku $h$ a vypočítat ji:
$h = frac

$,
$h = frac cdot 9.8 frac> přibližně 10.3 prostoru m$.

Stejným způsobem můžeme vypočítat maximální výšku zdvihu pro jiné kapaliny, pokud známe jejich hustotu.

Odpověď: $h přibližně 10.3 m$ prostoru.

Cvičení č. 2

Jaká je nejvyšší výška, do které lze ručně zvednout alkohol nebo rtuť pomocí pístového čerpadla (obrázek 2) při normálním atmosférickém tlaku?

Vzhledem k:
$rho_1 = 800 frac$
$rho_2 = 13 mezera 600 frac$
$p = 101 mezera 300 mezera Pa$
$g = 9.8 frac$

Podívejte se na řešení a odpověď

řešení:

Maximální výšky sloupce kapaliny bude dosaženo v okamžiku, kdy je tlak kapaliny roven atmosférickému tlaku. Vypočítejme tyto výšky pro alkohol a rtuť pomocí vzorce:
$p = rho gh$.

READ
Kdy můžete na podzim přesadit růži na jiné místo?

Maximální výška sloupce alkoholu:
$h_1 = frac

$,
$h_1 = frac cdot 9.8 frac> přibližně 12.9 prostoru m$.

Odpověď: $h_1 přibližně 12.9 m$ prostoru, $h_2 přibližně 0.76 m$ prostoru.

Cvičení č. 3

Vysvětlete činnost pístového čerpadla se vzduchovou komorou (obrázek 4), kde 1 je píst; 2 – sací ventil; 3 – vypouštěcí ventil; 4 – vzduchová komora; 5 – rukojeť.
Jakou roli hraje v tomto čerpadle vzduchová komora? Je možné čerpat vodu tímto čerpadlem z hloubky větší než 10.3 $ prostoru m$?

Odpověď:

Zvedneme rukojeť. Píst se zvedne, vypouštěcí ventil se uzavře. Sací ventil se otevře a voda je vystavena atmosférický tlak vstupuje do čerpadla.

Dále spustíme rukojeť – píst jde dolů. Sací ventil se pod tlakem vody uzavře a výtlačný ventil se v tomto okamžiku otevře. Voda vstupuje do vzduchové komory a je vystavena tlak vzduchu vyjde.

Vzduchová komora nám umožňuje získat nepřetržitý průtok vody díky stlačenému vzduchu v komoře.

S takovým čerpadlem nemůžeme zvednout vodu z hloubky větší než 10.3 $ prostoru m$. To je nemožné, protože voda stoupá pod vlivem atmosférického tlaku, který se rovná tlaku sloupce vody o výšce 10.3 $ prostoru m $.

Rating
( No ratings yet )
Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: