Манометры. Насосы

На этом уроке вы:

• узнаете, какую физическую величину измеряют манометры;
• узнаете назначение и принцип действия манометров и нагнетательных насосов.

Ключевые слова: манометр, нагнетательный насос.

Во всех сферах деятельности человека часто встречаются процессы, происходящие в условиях давления, которое больше или меньше атмосферного.

Поэтому на практике возникает необходимость контролировать разность давлений. Для этих целей используются приборы, называемые манометрами (произошло от двух греч. слов: манос — «неплотный», метрео — «измеряю»). Существуют различные типы манометров. Рассмотрим подробнее два из них.

Жидкостный манометр. Принято считать, что первые жидкостные манометры были созданы в 1643 г. итальянским ученым Торричелли. Устройство этого манометра показано на рисунке 29.1.

На плоской вертикальной панели укрепляется U-образная трубка, которая заполняется жидкостью (водой или ртутью). Оба колена трубки открыты, поэтому жидкость в них устанавливается на одном уровне. Одно колено трубки соединяют с помощью резинового шланга с сосудом, в котором необходимо измерить давление, а другое оставляют открытым. Жидкостный манометр покажет, на сколько давление в сосуде больше или меньше атмосферного.

Рис. 29.1

Рис. 29.2

Трубчатый металлический манометр. Его изобрел в 1848 г. французский ученый Э. Бурдон (рис. 29.2). Основные составные части: согнутая в дугу полая трубка (1), стрелка (2), зубчатка (3), кран (4), рычаг (5) (рис. 29.3). Один конец трубки запаян. Другой конец с помощью крана соединяется с сосудом, в котором необходимо измерить давление. Если давление начнет увеличиваться, трубка будет разгибаться, воздействуя при этом на рычаг. Через зубчатку рычаг связан со стрелкой, поэтому при увеличении давления стрелка будет отклоняться, указывая давление. Если же давление будет уменьшаться, то трубка будет сгибаться, а стрелка двигаться в обратном направлении.

Рис. 29.3

Насосы. В населенных пунктах для подвода воды в здания строят специальные водонапорные башни. А для того чтобы заполнить емкость в башне водой, необходимо устройство, которое нагнетало бы воду в нее. Подобные устройства называются нагнетательными насосами. Ими качают воду из подземных горизонтов, если воды залегают не ниже 8 м. Упрощенный вид нагнетательного насоса приведен на рисунке 29.4.

1 — цилиндр; 2 — поршень в цилиндре с отверстием в центральной части; 3 — шток, соединяющий вал двигателя с поршнем; 4 и 5 — клапаны Герона, пропускающие воду только в одну сторону; 6 — труба, по которой вода подается в насос; 7 — труба, по которой вода нагнетается насосом в резервуар.

При движении штока (3) вниз клапан (4) закрывается, а клапан (5) открывается, что позволяет поршню нагнетать воду по трубе (7) в верхний резервуар. Одновременно с ходом поршня вниз по трубе (6) вода поступает в верхнюю часть цилиндра (1), находящуюся над поршнем. При движении поршня вверх закрывается клапан (5) и открывается клапан (4), что позволяет воде из верхней части цилиндра (1) проходить в нижнюю часть цилиндра (1) и т. д.

Рис. 29.4

Знаете ли вы? В городской водопроводной сети давление холодной воды может быть в 5 раз больше, а горячей воды — в 10 раз больше атмосферного давления.

Вам хорошо известен принцип инъекций. Когда оттягивают поршень шприца назад, давление внутри цилиндра уменьшается, а под действием атмосферного давления лекарство входит в него. При перемещении поршня вниз жидкость под ним сжимается и выталкивается под большим давлением через узкое отверстие.

Вопросы

1. Как устроен и как работает жидкостный манометр?
2. Как работает металлический манометр?
3. Как устроен и как работает нагнетательный насос?
4. Почему нагнетательный насос не может поднять воду на высоту более 10 м?

Творческая мастерская

Экспериментируйте. Попробуйте самостоятельно спроектировать ручной насос для подъема подземных вод на поверхность. Рассчитайте, с какой максимальной глубины можно поднять воду с помощью ручного насоса.

Анализируйте. Открытые жидкостные манометры соединены с сосудами A, B и C (рис. 29.5). В каком сосуде давление равно атмосферному, в каком оно больше атмосферного, а в каком меньше?

Рис. 29.5

Исследуйте. На рисунке 29.6 а, б показаны сифон для газированной воды и насос для накачивания велосипедных камер. Спроектируйте схему и объясните самостоятельно принцип их действия.

Рис. 29.6

Решите.

1. Можно ли уравновесить нормальное атмосферное давление давлением столба керосина высотой 8 м? Ответ: нет.
2. Атмосферное давление поднимает ртуть на высоту около 760 мм, а вода легче ртути в 13,6 раза. На какую высоту можно поднять воду из водоемов с помощью водяных насосов? Ответ: 10 м.
3. На какую высоту можно поднять спирт с помощью всасывающих насосов с воздушной камерой? А нефть? Плотность спирта 0,78 г/см³, а нефти 0,82 г/см³. Ответ: 12,82 м и 12,2 м.