Главная
Сосуд Мариотта (сифон Мариотта) — устройство, позволяющее добиться равномерного вытекания струи жидкости за счёт постоянного давления. Было изобретено французским физиком XVII века Эдмом Мариоттом (1620—1684).
Принцип работы
Сифон Мариотта представляет собой герметично закрытый сосуд, в крышку которого вставлена открытая с обоих концов трубка, одним концом погружённая в жидкость, а другим — сообщающаяся с атмосферой.
Первоначально, когда все клапаны и сообщающееся с атмосферой отверстие в трубке закрыты, уровень жидкости в трубке совпадает с уровнем жидкости в сосуде. Если наполнить сосуд жидкостью не полностью, над её поверхностью будет некоторое количество воздуха, и давление P {displaystyle P;} в нижней части трубки вычисляется по формуле:
P = ρ g h 0 + p 0 {displaystyle P= ho gh_{0}+p_{0}} , где:- ρ {displaystyle ho } — плотность жидкости;
- g {displaystyle g} — ускорение свободного падения;
- h 0 {displaystyle h_{0}} — расстояние между поверхностью жидкости и нижней частью трубки;
- p 0 {displaystyle p_{0}} — давление в пространстве над водой (атмосферное давление).
Если открыть клапан 3, то трубку, вытеснив жидкость в ней, заполнит воздух, а давление над поверхностью станет равным p 0 − ρ g h 0 {displaystyle p_{0}- ho gh_{0}} . На уровне конца трубки установится атмосферное давление p 0 {displaystyle p_{0}} . Жидкость из отверстия начнёт вытекать только под давлением столба жидкости между клапанами 2 и 3 (на рис.), которое останется постоянным всё время, пока конец трубки остаётся погружённым в жидкость. Через трубку в верхнюю часть сосуда будет поступать воздух.
Скорость истечения жидкости можно определить, воспользовавшись формулой Торричелли:
v = 2 g h {displaystyle v={sqrt {2gh}}} , где h {displaystyle h} — расстояние между нижним концом трубки и клапаном (или между клапанами 2 и 3 на рис.).Если при открытом клапане 3 открыть клапан 2, находящийся на уровне нижнего конца трубки, жидкость из него вытекать не будет из-за равенства давления по обе стороны клапана. Если при открытом клапане 3 открыть клапан 1, жидкость из него также не потечёт - вместо этого через клапан 1 в сосуд будет поступать воздух, а давление на уровне клапана 3 и скорость истечения струи из него увеличатся.
Применение
Основное свойство сосуда Мариотта состоит в том, что он позволяет регулировать скорость потока жидкости. Это используется в системах непрерывной подачи чернил (СНПЧ), при дозировке жидкостей в лабораторных условиях, в топливных баках для мазутных горелок испарительного типа (в небольших котельных).