hevert

Av /Store norske leksikon ※.

Artikkelstart

En hevert er et hjelpemiddel for å tappe væske fra en beholder. Heverten var kjent allerede i antikken, og blir også i dag brukt til å flytte væsker uten bruk av motoriserte pumper. Det finnes forskjellige typer heverter.

Faktaboks

Også kjent som

gresk σίφων (síphōn)

engelsk siphon

Stikkhevert

En stikkhevert er et glassrør eller plastrør, for eksempel en pipette, som er noe utvidet på midten for å kunne holde på eller måle væske. Røret stikkes ned i væsken, som suges opp i røret på grunn av kapillaritet. Væsken renner ikke ut igjen når man tetter røret øverst med en finger. Dette kalles noen ganger en stikkhevert, i det den «hever» væsken uten bruk av andre hjelpemiddel.

Vinkelhevert

En vinkelhevert er et rør eller en slange som brukes til å tappe væske fra en åpen beholder eller et vannmagasin. Slangens ene ende føres ned i væsken og slangen fylles med væske ved suging i den andre enden. Så lenge den andre, frie enden befinner seg under væskeoverflaten i beholderen, vil væske strømme ut gjennom røret. Vinkelheverten er antageligvis den typen de fleste forbinder med ordet «hevert», og som daterer tilbake til antikken. I det følgende vil prinsippet for en vinkelhevert forklares.

Prinsipp

Prinsippskisse av hevert i bruk (se også teksten).

En slange settes ned i et kar fylt med væske. Slangen er fylt med væske slik at væsken henger sammen inne i slangen. Væsken vil da renne fra punkt A til punkt D så lenge tyngdekraften drar den nedover. Dersom det kommer gassbobler i slangen vil væskestrømmen påvirkes eller stoppe opp.

Trykket ved vannoverflaten (punkt A) er lik det atmosfæriske trykket PA. Det betyr at det statiske trykket inne i slangen ved punktet B er PB=PA-ρg(hB-hA), der ρ er væskens massetetthet. Her kommer minustegnet fram fordi vi beveger oss oppover i væsken i forhold til referansenivået (punkt A), som betyr at trykket avtar. På tilsvarende måte kan vi argumentere med at trykket ved punkt D er lik atmosfæretrykket PA, slik at trykket ved punkt C må være PC=PA-ρg(hC-hD). Siden hB=hC, vet vi at forskjellen i det statiske trykket mellom punkt B og C må være PB-PC=ρg(hA-hD). Dette uttrykket viser at det statiske trykket ved B er større enn det ved C, og dessuten at denne trykkforskjellen tilsvarer høydeforskjellen mellom vannflaten og den nederste enden av slangen. En slik trykkforskjell vil ha en tendens til å prøve å presse væsken ut av slangen. Siden væskemolekylene har en tendens til henge sammen på grunn av kohesjon, vil trykkforskjellen dra med seg væske fra karet, som dermed gradvis tømmes.

La oss nå finne farten til væsken ved slangens utløp (punkt D). Vi tenker oss da at væsken har hastighet null ved punkt A, som er et godt utgangspunkt dersom tverrsnittsarealet til karet er mye større enn tverrsnittsarealet til slangen. Da kan vi stille opp Bernoulliligningen for en strømlinje som passerer punktene A og D som

\[P_{A} + \frac{1}{2}\rho v_{D}^{2} + \rho g h_{D} =P_{A}+\rho g h_{A} \, ,\]

og dette gir hastigheten ved slangens utløp som

\[v_{D} =\sqrt{2g(h_{A}-h_{D})} \, .\]

Vi ser nå at så lenge utløpet på slangen er under vannoverflaten, vil vannet strømme ut med en hastighet gitt av ligningen. For eksempel vil hA-hD = 0.1 m gi vD=1.4 m/s, mens hA-hD = 1 m gir vD=4.4 m/s.

Et annet interessant spørsmål er hvor høyt opp man kan tenke seg at toppen av slangen kan være før heverten slutter å virke. For å få et svar på dette, kan man nok en gang anvende Bernoulliligningen, men nå på et strømrør som går fra punkt A til toppunktet. Vi tenker oss at hastigheten i toppunktet er null, fordi væsken kan akkurat nå toppunktet øverst i sin bane. Trykket her er PT. Det betyr at

\[P_{T} + \rho g h_{T} =P_{A}+\rho g h_{A} \, , \]

slik at den maksimale høyden som heverten kan løfte vannet er

\[\Delta h_{max} =h_{T}-h_{A} = \frac{P_{A}-P_{T}}{\rho g} \, . \]

Man kan tenke seg at jo høyere vannet løftes i røret, jo mindre blir trykket. Kommer vannet høyt nok opp, vil trykket bli mindre enn damptrykket, og kavitasjon oppstår fordi vannmolekylene fjernes fra hverandre. Dette fører til at vannet starter å danne gassbobler, som igjen fører til at den kontinuerlige vannsøylen inne i slangen brytes. For å få et rimelig overslag kan vi videre sette PT=0. For vann med massetetthet ρ=998 kg/m3 ved atmosfærisk trykk PA=1.013×105 Pa får vi Δhmax≈10 m. Det vil si at vannet kan maksimalt løftes 10 m over vannoverflaten.

Nå må man likevel være forsiktig ved bruk av ligningen for maksimal høyde gitt ovenfor. Nyere forskning har nemlig vist at dersom man kan bli kvitt mest mulig gass i vannet, kan dette løftes til Δhmax >15 m i slangen. Slike forsøker tyder på at kavitasjon forårsaket av oppløst gass er med på å sette begrensinger for hvor høyt vannet kan løftes. Videre har eksperimenter vist at heverten også kan benyttes i vakuum der PA=0, noe som tyder på at det er spenningen i vannsøylen som bestemmer hvor høyt vannet kan løftes, og at man ikke trenger atmosfæretrykk for å få heverten til å virke. Til tross for en historie på over 3000 år, så er heverten fortsatt ikke godt nok forstått på mikroskopisk nivå.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne linker

Kommentarer (7)

skrev Knut A Rosvold

Så lenge den andre, frie enden befinner seg under væskeoverflaten i beholderen, vil væske strømme ut gjennom røret pga. lufttrykket. pga. tyngdekraften ?

svarte Bjørn Pedersen

Heverten virker pga tyngdekraften ikke pga lufttrykket som det nettopp er gjort oppmerksom på av en australsk forsker,

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg