自动喂水器也就是连通器,连通器的原理可用液体压强来解释。若在U形玻璃管中装有同一种液体,在连通器的底部正中设想有一个小液片AB。假如液体是静止不流动的。左管中之液体对液片AB向右侧的压强,一定等于右管中之液体对液片AB向左侧的压强。
因为连通器内装的是同一种液体,左右两个液柱的密度相同,根据液体压强的公式P=ρgh可知,只有当两边液柱的高度相等时,两边液柱对液片AB的压强才能相等。所以,在液体不流动的情况下,连通器各容器中的液面应保持相平。
连通器原理的证明
先来看特殊情况,当连通器为U形管时,在g≠0且其相对于U形管内的各个部分的值相等的情况下,向U形管内注入同一种密度均匀的液体,当液体相对于U形管静止时,在U形管内的液体中假想有一片薄膜将其两侧的液体完全隔离。
显然,此时薄膜是平的,即薄膜一侧的液体(设为a)对薄膜的压强等于薄膜另一侧的液体(设为b)对薄膜的压强,即pa=pb,又因为液体压强的公式为p=ρgh,且已知ρa=ρb,g≠0且其为定值,所以ha=hb,即U形管的两个容器内的液面保持相平。一般情况同理。
(注:g≠0且其相对于连通器内的各个部分的值都相等⇒g≠0且其为定值,同一种密度均匀的液体⇒ρa=ρb。)
连通器在生产实践中有着广泛的应用,例如,水渠的过路涵洞、牲畜的自动饮水器、锅炉水位计,以及日常生活中所用的茶壶、洒水壶等都是连通器。世界上最大的人造连通器是三峡船闸。
所谓连通器,是液面以下相互连通的两个或几个容器。盛有相同液体、液面上压力相等的连通器,其液面高度相等。
(1) 连通器盛有相同液体,但液面上压力不等,则液面的压力差等于连通器两容器液面高差所产生的压差。
(2) 连通器液面上压力相等,但两侧有互不相混的不同液体,自分界面起两液面之高度与液体密度成反比。
连通器原理在工程上有着广泛的应用。如各种液面计(水位计、油位计等),水银真空计,液柱式风压表,差压计,煤气漏气的检测装置等,都是应用连通器原理制成的。