Понятие об удельной энергии

Удельная энергия - энергия, приходящаяся на единицу силы тяжести. Обозначая энергию буквой Е, силу тяжести буквой G, для удельной энергии е получим

(32)

Размерность удельной энергии [ м ], т. е. удельная энергия измеряется единицами длины.

Энергия жидкости разделяется на энергию положения, энергию давления и кинетическую энергию.

Подсчитаем удельную энергию для частицы жидкости.

Удельная энергия положения. Возь­мем сосуд, наполненный жидкостью (рис. 21). Определим энергию положения жидкой частицы в точке А с коор­динатой z. Если сила тяжести частицы G=mg, то ее энергия положения над плоскостью X-X будет Е_пол = Gz, а удельная энергия положения

Рис. 21.

Удельная энергия положения равна геометрической высоте точки над координатной плоскостью.

Удельная энергия давления. Частица жидкости в точке А (рис. 21) находится под давлением окружающей жидкости, поэтому если от уровня этой точки вывести пьезометр, то частица может в нем под­няться на высоту [см. формулу (16)]. Следовательно, энергия давления

Соответственно, удельная энергия давления

Сумма удельной энергии давления и удельной энергии положения называется удельной потенциальной энергией

(33)

Из рис.21 следует, что для любой частицы жидкости удельная потенциальная энергия равна расстоя­нию от плоскости сравнения X-X до уровня жидкости в пьезометре.

Удельная кинетическая энергия. Подсчитаем величину удельной кинетической энергии жид­кой частицы массой т. Кинетическая энергия, как из­вестно, может быть выражена формулой

где u - скорость частицы. Удельная кинетическая энергия

(34)

Величину можно измерить, если опустить в движущуюся жидкость (рис. 22) трубку, изогнутую в направлении, противоположном движе­нию. Тогда уровень жидкости в трубке поднимется выше уровня свободной по­верхности потока на ( ), так как движущаяся жидкость будет оказы­вать дополнительное давление, равное ( ).

Рис.22

Такая трубка называется трубкой Пито (1695-1771 гг.), предложившего ее в 1732 г. для измерения скорости жидкости.

Вместо термина «удельная энергия» очень часто употребляют термин «напор». Удельную кинетическую энергию называют скоростным напором, а удельную потенциальную энергию - пьезометрическим или гидро­статическим напором.