Columna líquida "retrocesos" en un cilindro sellado cuando golpeado por un pistón, ¿es posible?

Question

Considere la posibilidad de un cilindro lleno parcialmente con un líquido (como el agua). El cilindro está cerrado, y es mantenidas a temperatura ambiente (e.g 298K). En equilibrio (o cuando no hay perturbación externa se imparte en el sistema), el líquido en el cilindro que está en equilibrio con su vapor a la presión de vapor del líquido, aplicable a temperatura ambiente.

Supongamos que la parte inferior del cilindro está equipado con un pistón. Tenga en cuenta que el sistema es todavía sellado. Ahora imagine que el pistón se mueve hacia arriba. La columna de líquido se mueve hacia arriba, el volumen del vapor ocupa disminuye, pero el vapor que todavía existe en la presión de vapor del líquido (suponiendo que el equilibrio termodinámico se puede lograr lo suficientemente rápido).

Lo interesante es que cuando el pistón se mueve hacia abajo. Si el pistón se mueve a una velocidad lenta, la columna de líquido debe permanecer "en la parte superior de" el pistón (sin ningún tipo de "brecha" entre la columna y el pistón). Ahora, si el pistón se mueve hacia abajo lo suficientemente rápido (o cuando la aceleración descendente es lo suficientemente alto), la columna de líquido deberá "dejar" el pistón, y un "paquete" de vapor estará formada entre el pistón y la columna de líquido. (Por favor refutar la antigua reclamación si usted piensa que es incorrecto.) Por qué? si la "fricción" entre las paredes del cilindro y la columna de líquido es despreciable, y la columna de líquido ya está en un estado de caída libre, no hay ningún mecanismo para "tirar" hacia abajo aún más más.

Ahora, imagina que el pistón se mueve hacia arriba de nuevo. A continuación, la columna de líquido se "chocan" con el pistón. Se "pegue" a la del pistón, como en una colisión inelástica, o el retroceso, como en una colisión elástica?

P. S. Después de pensar un rato, creo que no es una pregunta fácil de responder. Ahora bien, si el líquido se "retroceso" (no "cubrir", lo que implica que el líquido cambia de forma) depende de cómo el impulso es transferido desde el pistón a la columna de líquido. Por favor, consulte el vídeo de youtube de la "botella de cerveza truco". Si la cavidad formada en la parte inferior hay un "vacío", que es probablemente el caso, entonces cuando el líquido "romper la espalda", la presión atmosférica, pulse en la columna de líquido, y lo más probable es que no va a "retroceso". Por otro lado, si la cavidad formada está lleno de gas, entonces la energía cinética del líquido (que está tratando de "romper la espalda" en la botella de vidrio) puede ser disipado para el gas (en el original lleno de gas de la cavidad), a través de la formación de muchas pequeñas cavitaciones (reclamación: la segunda afirmación no es sonido; yo soy sólo una suposición). Mientras que el impacto es "amortiguado", un retroceso no va a suceder.
De hecho, hay muchas maneras en que un líquido puede disipar la energía, porque es amorfa/sin forma, y no de la viscosidad en la imagen. El más "flexible" que es la disipación de energía, menor es la probabilidad de que el retroceso.

Answer 1

Tu pregunta es algo más "general" de lo que está implícito. Básicamente se está hablando de la cavitación (o muy cerca a hablar sobre ello). La cavitación no requiere babosas de líquido viajando hacia abajo. De hecho, no son fotos de internet mostrando hélice de barco diseños en los que los ingenieros no tenía en cuenta la caída de presión en el lado de aguas abajo de la hélice. Si la presión baja por debajo de la presión de vapor del líquido, el líquido "hierve" durante un intervalo muy corto de tiempo, y cuando la presión se eleva sustancialmente, el asociado de pequeñas burbujas de vapor al instante colapso. Cuando el colapso ocurre, el vapor de burbuja temperatura se eleva dramáticamente y una pequeña onda de choque se formó. Si este colapso ocurre a ocurrir en la superficie del metal, la onda de choque VA a extraer pequeños trozos de metal. Si esta condición persiste, la hélice se llevará lejos.

Si usted se está preguntando lo alto de la burbuja de la temperatura puede llegar, hay experimentos mediante el cual se utiliza el ultrasonido para crear deliberadamente la cavitación en líquidos a granel. Cuando las burbujas colapsan, la temperatura es lo suficientemente alta como para emitir un pequeño destello de luz, y el proceso se llama sonoluminescence. Las mediciones indican que las temperaturas que producen este pequeño destello de luz son más altas que la temperatura en la superficie del sol, así que mientras el proceso dentro de una de estas burbujas es muy pequeño, es también extremadamente violento.

Answer 2

Debido a las fuerzas gravitacionales que el líquido está en la parte inferior de ambas fases.

Un gradiente de presión, debido a las fuerzas que existen en ambas fases; la presión aumenta linealmente a través de bot líquido, con una discontinua de la rampa en la interfase líquido/gas.

Así que si usted empuja el émbolo hacia abajo, aumentando el volumen que va a modificar el punto de equilibrio y así disminuir el equilibrio de la presión. La única manera que usted puede crear un extra de gaz volumen es la cavitación del líquido, la cual sólo puede ocurrir en el mínimo punto de presión del líquido i.e el líquido/gas de la interfaz. Así que yo creo que en realidad no puede crear algún tipo de "brecha" entre el pistón y el líquido, tan lejos como el pistón de la velocidad es inferior a la velocidad del sonido (la información de la presión será más rápido que el pistón, y crear así la evaporación en la interfaz para equilibrar el volumen de la modificación).

Si el pistón es más rápido que la velocidad del sonido sobre el agua líquida (de verdad?) Creo que en realidad se puede crear una dilatación local y lo que las burbujas en el fondo del líquido. Esto no estacionaria evolución es sin duda muy difícil de modelar.