الحرارة الكامنة


الحرارة الكامنة
تعريف:
الحرارة الكامنة هي مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل وحدة الكتلة من المادة من حالة إلى حالة أخرى دون تغير في درجة الحرارة.
        الحرارة الكامنة للانصهار:  Latent Heat of Fusion
وهى مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل جرام واحد من المادة من حالتها الصلبة إلى حالتها السائلة دون تغير في درجة الحرارة.
        الحرارة الكامنة للتبخير أو التصعيد: Latent Heat of Evaporation
وهى كمية الحرارة اللازمة لتحويل جرام واحد من المادة في صورتها السائلة إلى غاز مع ثبوت درجة الحرارة ووحدة قياس الحرارة الكامنة هي سعر/جم.
تعيين الحرارة الكامنة لانصهار الجليد:
مسعر بنزن الجليدي: Bunsen's Ice Calorimeter
يتركب مسعر بنزن الجليدي من أنبوبة A يلتحم بها أنبوبة أخرى أوسع B يتصل بنهاية الأخيرة أنبوبة ملتوية كما في الشكل (36) . الجزء الافقى من الأنبوبة الملتوية ضيق وموضوع أمام تدريجي ملليمتري S.
تملأ ما بين الأنبوبتين B،A بماء خال من فقاعات الهواء حتى المستوى C حيث يكون الجزء الأسفل من B مملوء بالزئبق يدخل كل الجهاز في إناء محتوى على جليد مجروش ويترك الجهاز فترة زمنية كافية لان تصبح درجة حرارته صفر مئويا ويكون الماء في درجة الصفر ولم يتجمد بعد .
نضع قليلا من الأثير في الأنبوبة A فعندما يتبخر الأثير فأنة يحتاج إلى كمية من الحرارة يأخذها من الماء المحيط فيتحول جزء من الماء إلى جليد يترسب على جدار الأنبوبة .
نلقى بجسم ساخن كتلته M ودرجة حرارته Q في الأنبوبة A فيفقد الجسم الساخن حرارته في إذابة جزء من الجليد المتجمد حول الأنبوبة A ، ويستمر الجسم الساخن فى فقد حرارته حتى تصل درجة حرارته الصفر المئوي ، وهى حالة الاتزان الحراري عندما تصبح كمية الحرارة المفقودة من الجسم الساخن مساوية لكمية الحرارة التي اكتسبها الجليد وانصهر وبقى بعد انصهاره في درجة الصفر المئوي .
m s t = m L
ونقيس التغير في الحجم بمعرفة مدى التراجع في شريط الزئبق في الأنبوبة S وليكن 1 وان نصف قطر الأنبوبة الشعرية r فيكون التغير في الحجم =   ومن ذلك فان :

طريقة برثلوت لتعيين الحرارة الكامنة للتصعيد: Berthelot's Method 
يستخدم جهاز برثلوت (شكل 37) لإيجاد الحرارة الكامنة للتصعيد لأي سائل والجهاز المستخدم يتكون من انتفاخ زجاجي A مسدود من اعلي وتنفذ منة أنبوبة راسية T ويوضع من الانتفاخ كمية من السائل المراد إيجاد الحرارة الكامنة لتصعيده وبحيث يكون مستوى سطح السائل به دون فتحة الأنبوبة T. يسخن السائل حتى يغلى فيمر البخار المتصاعد منه خلال الأنبوبة T ثم يمر بالأنبوبة الملتوية التي تنتهي بمكثف تبريد معلوم مكافئة المائى. يوضع الأنبوبة الحلزونية والمكثف C في إناء به ماء بارد ومغطى هذا الإناء بغطاء عازل يمنع وصول الحرارة من السائل الساخن إلى الماء البارد.
يترك البخار التصاعد ليمر في الجهاز لمدة تكفى لرفع درجة حرارة الماء بضع درجات مئوية بعدها يوقف تسخين السائل عندئذ يكون كمية الحرارة التي فقدها البخار ليتحول إلى سائل في درجة الغليان قد اكتسبها الماء المكثف إن:
m1 L + m1 s ( θ - θ2 ) = m2 + w ) ( θ2 - θ1 )
حيث m1 كتلة السائل المكثف, L الحرارة الكامنة للتصعيد, S الحرارة النوعية للسائل, θ درجة عليان السائل, θ 2 درجة الحرارة النهائية للماء والمكثف، m2 كتلة الماء , w المكافئ المائى للمكثف وبمعلومية كتلة السائل المكثفm1 يمكن إيجاد L .
الحرارة النوعية:  Specific heat
تعرف الحرارة النوعية لمادة ما بأنها كمية الحرارة اللازمة لرفع وحدة الكتلة من المادة درجة واحدة.
وهذه الكمية متوقفة علي نوع المادة .وتقاس الحرارة النوعية في النظام الفرنسي بوحدة سعر /جم/م.ووحدتها في النظام البريطاني وحدة حرارية بريطانية/باوند/ف وقد وجد أن الحرارة  النوعية للماء تساوى 1سعر/جم/م.
السعه الحرارية:
 تعرف السعه الحرارية للجسم بأنها كميه الحرارة اللازمة لرفع درجه حرارة الجسم كله درجه واحدة، فإذا كانت كتله الجسم m كتله ، s حرارته النوعية فان:
  السعه الحرارية = m × s سعر/م
وتسمى  السعه الحرارية في بعض الحالات باسم المكافئ المائي  water equivalent
طرق تعيين الحرارة النوعية
        الحرارة النوعية للسائل
       تتوقف الحرارة التي يفقدها الجسم ساخن إذا وضع في وسط بارد على عاملين أساسيين : (1) الفرق بين درجه حرارة الجسم والوسط، (2) طبيعة سعه ومساحه السطح المشبع من الجسم. وهذه الطريقة تطبيقا عمليا على قانون نيوتن للتبريد، وتتلخص الطريقة العملية فيما يلي :- نأخذ مسعرين متشابهين من نفس المادة ونضع في احدهما حجما معينا من السائل المراد إيجاد حرارته النوعية ونضع بالمسعر الأخر نفس الحجم من الماء ونضع في كلا منهما ترمومتر في حمام مائي ونضعهما بعد ذلك داخل إناء درجة حرارته ثابتة واقل من درجه حرارة السائل والماء ويغطى الإناء من الخارج بغطاء لمنع فقد حرارته بالتبخر ثم يترك السائل والماء ليبردا. نرسم منحنى التبريد لكل من السائل والماء (شكل 35) ومن منحنى التبريد يمكن تعيين الحرارة النوعية للسائل وذلك بتعيين الزمن t1 اللازم لكي يبرد منة السائل من درجة الحرارة θ1 إلى درجه الحرارة θ2 ونوجد الزمن t2 الذي يستغرقه الماء لكي تهبط درجه حرارته بين θ2 ،1 θ وعلية فحسب قانون نيوتن للتبريد يكون معدل فقد الحرارة لكل من السائل والماء متساوي . اى ان :

 حيث m1  كتله السائل s  حرارته النوعية، m كتلة الماء ،  wالمكافى  لكل من المسعرين فارغ.
ب – الحرارة النوعية لجسم صلب
طريقه الخلط:
 وفى هذه الطريقة يمكن تعيين الحرارة النوعية لجسم صلب وذلك  بتسخين الجسم إلى درجة حرارة ولتكن ثم نلقي به في مسعر به كمية من الماء  ويترك الجميع حتى تثبت درجة الخليط فتكون كمية الحرارة التي فقدها الجسم الساخن مساوية لكمية الحرارة التي اكتسبها الماء و المسعر0
نفرض أن كتلة المسعرm1   وحرارته النوعيةs1 و كتلة ما به من ماءm2 ودرجة الحرارة الابتدائية θ1 وان الجسم الساخن كتلته m  وحرارته النوعيةs ودرجة حرارته θ وبعد إلقائه في الماء أصبحت درجة الحرارة النهائية للجميع θ2
كمية الحرارة المفقودة من الجسم الساخن = (ms(θ- θ2
وكمية الحرارة المكتسبة بالماء والمسعر =((m1s1 +m2 ) (θ2 - θ1
= (m1s1 +m2) (θ2- θ1) (ms(θ- θ2
ومنها يمكن تعيين قيمه s  للجسم الصلب
الحرارة النوعية ونقطة الذوبان والغليان
لبعض المواد
المادة  الحرارة النوعية على 20 ْم سعر/جم م      نقطة الذوبان ْم        نقطة الغليان ْم المادة  الحرارة النوعية على 20 ْم سعر/جم م      نقطة الذوبان ْم        نقطة الغليان ْم
زئبق
أستون
ماء
جلسرين
كحول ايثانول
بنزين  0.033
0.52
0.5
0.58
0.58
0.407        -38.9
-94.3
صفر
-20.0
-114
5.5   356.7
56.7
100.0
290.0
78.3
80.2  الومنيوم
حديد
نحاس
ذهب
رصاص
زيت   0.21
0.12
0.094
0.032
0.03
0.055        658.7
1100.0
1083.0
1063.0
327.0
231.9        2000
-
2300

أهم التطبيقات الفيزياء العامة في المجالات الزراعية
الحركة الدائرية Rotation Movement
إذا تصورنا نقطة مادية كتلتها (m) تتحرك على محيط دائرة حول نقطة ثابتة (o) بسرعة قيمتها ثانية (v) فان السرعة تتغير اتجاهها فقط دون أن تغير من قيمتها. لذلك لا بد من وجود قوة لتغير اتجاه السرعة وهذه القوة يجب أن تكون عمودية على اتجاه الحركة دائما ( أى الاتجاه المماس لمدار الحركة في النقط التي يوجد فيها الجسم).
عند نقطة  (A) يكون اتجاه القوة هو (OA) أى اتجاه نصف قطر المدار إلى المركز أما اتجاه الكتلة فهو العمود علية (A ) . وعند نقطة (B) يكون اتجاه حركة الكتلة هو الاتجاه (BB) وتكون القوة في الاتجاه (OB) وبذلك نجد آن القمة متجهة دائما نحو مركز الدوران وتسمى هذه القوة بالقوة المركزية الرابطة وهى تستخدم لإجبار الجسم على تغيير اتجاه سرعة الجسم الدائر فقط.
هذه القوة لها رد فعل مساو لها في المقدار ومخالف لها في الاتجاه ويسمى بالقوة المركزية الطاردة.
السرعة الزاوية (W) : هي مقدار الزاوية التي يدورها الجسم في وحدة الزمن
                                                                       w =    
في لحظة زمنية معينة كان الجسم عند النقطة (A) وسرعته المنتظمة هي (A ) وبعد فترة زمنية مقدارها (t) أصبح الجسم عند النقطة (B) وسرعته المنتظمة هي (B ) وهى :
v= AA'
نفرض أن الزاوية التي يدورها الجسم في الزمن                     
السرعة المنتظمة (V) :
= r       =   V = 
                           V = r w
العجلة (g): الموجة (A'B') هو العجلة واتجاه سيكون نحو المركز (O) أى أن العجلة اتجاهها دائما نحو المركز أى مثل القوة المركزية الرابطة
                                             = v w = (r w) w = r w2   = v  g = 
                                                        r w                   - w =   
                                                     ) =     v w           = v (  
                                                                             r w2 =  
القوة الطاردة المركزية :
                                         = m r w2                                     F= m g = m
وهذه القوة تتجه إلى المركز, وهى أيضا قيمة القوة المركزية الطاردة ولكن الأخيرة اتجاهها من المركز إلى الخارج.
ودراسة القوة الطاردة المركزية تستخدم الجهاز (الموضح فى الشكل التالى) :
عمود (AB) علية كرتان أحداهما كبيرة كتلتها (M) والأخرى صغيرة كتلتها (m) والكرتان تستطيعان الانزلاق على العمود (AB) هذا العمود مثبت في جهاز يستطيع الدوران حول محور (X) يمر في منتصفة أذا أدير الجهاز بسرعة زاوية صغيرة مقدارها (W)
                            F= m g w2 = r w2                                       
أى أن الكرة الصغيرة تطرد بعيدا عن المحور بينما تطرد الكرة الكبيرة قريبا من المحور
طاقة الجسم المتحرك  مع محيط دائرة (K.E.)
                                                       m r2  w2     mv2 =    K . E. = 
والمقدار m r2  يسمى بعزم القصور الذاتي لكتلة ((m بالنسبة لمحور الدوران ويرمز له بالرمز (1)                                                                   I  W2 K. E. =  
فصل المعادن عن طريق أنبوبة جهاز الطرد المركزي:
قد أجريت عملية تكامل Integration لقانون ستوكس Stock's law السابق دراسته وعلية أمكن حساب الزمن اللازم لرسوم ب حبيبة بقطر ووزن نوعى معلومتين وذلك تحت تأثير قوة الطرد المركزي.       
                                                    Centrifugal force (dyne) = (2 π N s) 2 R
حيث N sec = عدد اللفات في الثانية R, rps  = نصف قطر الدوران بالسم وعلى ذلك فتصبح قوة الطرد النسبية وعدد مرات الجاذبية  times gravity 
                                                                                  RC F =  
الحساب الزمن اللازم يمكن تطبيق المعادلة التالية
    = 
  = اللزوجة poise  
S  = الفرق بين كثافتي مادة الحبيبات ووسط الانتشار
R  = نصف قطر الحبيبات بالسم
جـ - الحركة البراونية والانتشار: Brownian motion and Diffusion
تتبع العالم برون تحت الميكروسكوب حركة الجسيمات الصغيرة المعلقة في السوائل فوجد أنها تتحرك في خطوط مستقيمة منكسرة. وهذه الحركة نتيجة اختلال التوازن في توزيع العدسات الجزيئية على جميع الاتجاهات بالتساوي لذلك يظهر هنا الاختلال أو الحركة المنكسرة – وهــذا يثبت حركة الجزيئات وتصادمها مع الجسيمات الصغيرة المعلقة وتسمى هذه بالحركة البراونية.
في حقل الالتراميكروسكوب نجد أن الحبيبات الفردية التي توجد في حركة مستمرة وسريعة في جميع الاتجاهات تعرف بالحركة البراونية وترجع هذه الظاهرة إلى الصدمات المستمرة للحبيبات المعلقة عن طريق جزيئات وسط الانتشار dispersion medium , وتتوقف أساسا على حجم الحبيبات ودرجة الحرارة ولزوجة الوسط.
ونفرض انه لا يوجد توزيع متماثل للحبيبات في المحاليل الغروية ومحفوظة في درجة حرارة وضغط ثابتين كنتيجة للحركة البراونية فالحبيبات تنتقل من المناطق العالية التركيز إلى الأخرى المنخفضة التركيز حتى الوصول إلى توزيع متماثل في النظام كله. وهذه الظاهرة تعرف بالانتشار diffusion . ولقد أوضح جراهام graham أن الحبيبات الفردية تنتشر أكثر بطئا من المواد المذابة في كمحاليل حقيقية . ولذلك راجعا إلى الحجم الكبير للحبيبات الغروية , ومعامل الانتشار (D) diffusion coefficient يعرف بعدد المولات من المادة المذابة أو الغروي المنتشر في وحدة الزمن خلال وحدة المساحات تحت وحدة تدرج تركيز. وعلى حسب ما واضحة اينشتين Einstein من أن هناك ارتباط بين معامل الانتشار ومعامل الاحتكاك (f) frictional coefficient  ( والذي يعرف بان القوة اللازمة تجعل الحبيبة تتحرك في وسط سائل fluid medium بسرعة ثابتة 1سم/ث. ويتضح بالمعادلة الآتية:
……  (1)                      D = 
حيث R ثابت الغازات ارج مول -1 درجة -1                                                                                              
       T درجة الحرارة المطلقة
       N رقم افوجادرو           Avogadro's number
وللحبيبات الكروية ذات نصف القطر r فان الحركة في وسط ذات لزوجة η أوضح ستوك stokes  أن              
r η F = 6 
……. ( 2 )     D = 
وإحلال الحبيبات نتيجة للحركة البراونية يموت عشوائي Random  كما هو واضح فى الشكل فالخط المستقيم الذي يصل ما بين الوضع الأول والأخير للحبيبة لفترة زمنية معينة بمقدار بالتغير في الإزاحة ( the displacement) لتوضيح هذه الإزاحة على خط ثابت أى المحور x يسمى بالإزاحة الأفقية وقد وجد Einstein أن متوسط مربع القيمة بالإزاحات الآتية هي 2(x) في الفترة الزمنية (t) ترتبط مع معامل الانتشار(d) عن طريق معادلة
(   )2 = 2 D t =   ………. ( 3 )
المعادلة 2 أو 3 يمكن استخدامها في حساب r ولو عرف نصف قطر الحبيبة (r) تصبح كتلة الحبيبة كالأتى:
m = 4/3 π r3 d …………….( 4 )
ثالثا : ميكانيكية الموانع الساكنة Hydrostatic     
الايدروستاتيكا تختص بدراسة حالات وخواص الموانع الساكنة , وفى هذا المجال سنهتم بدراسة استاتيكا السوائل.
الضغط في السوائل الساكنة:
القوة والضغط:  عندما يوضع سائل في أناء فأنة يؤثر بقوة ما على جدران الإناء وقاعدته عندئذ يقال أنة بضغط الهواء علية. ولكلمة متوسط الضغط تعنى مقدار القوة الواقعة على وحدة المساحات أى أنة يشبه الإجهاد في الأجسام المرنة.
اتجاه الضغط:  عندما يوضع السائل في الإناء فأنة يضغط على جدرانه وهذا الضغط يقابله ضغط من الجدران على السائل. وهذا الضغط يجب أن يكون عموديا على السطح الملامس للجدران حيث يكون السائل ساكنا.
الضغط عند نقطة في بطن السائل:
لا تواجد سائل موضوع في أناء مفتوح وفى حالة سيكون فالضغوط الأفقية سوف تتعادل ويلغى بعضها بعضا ما دام السائل متزنا كما ذكرنا, ولا يبقى غير ضغطة على القاعدة وهذا يعادل رد فعل القاعدة كشرط للاتزان.
القوة التي يؤثر بها السائل على القاعدة 
                 F = w = m x g
                        M = v x                        h   
                        = A x H
                   F = Ah ρ g                                                     
حيث F = القوة بالداين, A مساحة المقطع (سم2) , h ارتفاع السائل سم , p كثافة السائل جم/سم3 ,g  = عجلة الجاذبية سم/ث2
وحيث أن الضغط P (داين/سم2) =   
                               P = ρ g h
هذا على فرض إهمال الضغط الجوى إذا انه يؤثر على النظام كله . ويلاحظ عمليا انه أذا وضع سائل في أناء به ثقوب مختلفة الارتفاع عن القاعدة يشاهد إن السائل يندفع بقوة متزايدة كلما انخفض الثقب مما يدل على أن الضغط يزداد مع العمق.
ويمكن من هذا الطريق حساب ضغط الماء الموجود في خزان أو الضغط على السدود, وذلك لما له من أهمية في حساب تصرفات المياه للري وذلك عن طريق معرفة خط عمل القوة الكلية على الخزان.
قاعدة أرشميدس وقانون الطفو
عندما يغمر جسم صلب كليا أو جزئيا في سائل فان هذا الجسم سيتعرض لفعل قوة تدفعه إلى اعلي, ويمكننا أدراك ذلك بسهولة أذا حولنا غمر مكعب صغير من الخشب تحت سطح حوض من الماء. وقوه الدفع التي تؤثر بها الماء على المكعب مندفعة إلى اعلي محسوسة نشعر بها نظرا لان كثافة الخشب اقل من كثافة الماء. وهذا الدفع إلى اعلي الذي يتعرض له جسم صلب يغمر كليا أو جزئيا في سائل (أو غاز) يساوى وزن كتلة السائل (أو الغاز) المزاح, أى كتلة السائل الذي له نفس حجم الجسم الصلب. وقوة الدفع هذه تؤثر راسيا على الجسم خلال مركز ثقل السائل المزاح وهذه هي قاعدة أرشميدس. 
ولكي تقدر عمليا قوه الدفع على الجسم حجمه v مغمورا في سائل كثافته ρ فما علينا إلا أن نزن الجسم أولا في الهواء ثم نزنه ثانية بعد أن يغمر تماما في السائل, ويعطينا الفرق بين الوزنين قوة الدفع التي سنجدها تساوى v ρ  أى وزن السائل المزاح وإذا كانت (v) هي حجم الصلب المنغمر تماما في السائل (أو الغاز) فان كتلة السائل المزاح تساوى ρ v ووزنه v ρ g وهى تمثل قوة الدفع التي تؤثر على الجسم وتدفعه لأعلى فإذا كان وزن الجسم الصلب (w=mg) اكبر من قوة الدفع فان الجسم سيهبط داخل السائل. إما أذا كان وزن الجسم الصلب اقل من قوة الدفع فان الجسم سيطفو على سطح السائل. أما إذا تساوى الوزن وقوة الدفع فان الجسم سيبقى معلقا داخل السائل.
وعندما يطفو جسم على سطح السائل فأنة يكون فى حالة اتزان تحت تأثير القوتين الأولى وهى وزنة والثانية قوة الدفع التي تساوى وزن السائل المزاح . فإذا كان vs = حجم الجسم الصلب, ρS = كثافته, vL = حجم السائل المزاح ( أى حجم الجزء المنغمر فى الجسم الصلب, = كثافة السائل فان حالة الاتزان تستلزم.
وزن الجسم الطافي = قوة الدفع
أى أنة                  vL ρL g = vS  ρS g                    
                              ρs / ρL vL/vS =

أى أنة فى حالة الأجسام الطافية تكون نسبة الحجم المنغمر إلى الحجم الكلى مقياسا للنسبة بين كثافة الجسم الصلب, وكثافة السائل.
 (الهيدرومترات    Hydrometers)
الهيدروميتر جهاز لقياس كثافة الأجسام الصلبة والسائلة. وطريقة مبنية على قانون الطفو:
وهو نوعان: هيدرومترات ثابتة الوزن, هيدرومترات ثابتة الغمر.
        هيدرومترات ثابت الوزن أو المعتاد:
هو عبارة عن أنبوبة منتظمة ( AB ) تنتهى بانتفاخ ( C ) يحتوى الجزء الأسفل منه على كمية من الرصاص أو الزئبق كما يكون مركز ثقل الجسم منخفضا وبذا يتمكن من الطفو رأسيا بسهولة. نفرض أن وزن الهيدرومتر هو ( W ) وانه طفو حتى النقطة ( B ) . فى سائل كثافته  (ρ1 ) فيكون حجم الجزء (CB) هو : W / ρ1 .
وعند غمره فى سائل كثافته ρ2 اقل من ρ1 فانه يطفو بحذاء ( D ) فإذا كانت مساحة مقطع الأنبوبة هى a وكان ( h = DB ) فان حجم ( DB ) هو ha . وحجم الجزء المغمور الآن هو:
W / ρ1 + h a
وحيث أن : الحجم × الكثافة = W


فإذا قدرت W وعرفت قيمة a ,   أمكن معرفة قيمة   من مراقبة قيمة h . ويمكن عمل رسم بيانى بين ρ , h من المعلومات السابقة وبذا يعمل تدريج للأنبوبة ( AB ) حتى يمكن معرفة كثافة أى سائل مباشرة بعد غمر الهيدروميتر فيه .
ويجب ملاحظة أن كل هيدرومتر له مجال محدود يعمل فيه وهو المحصور بين B , A ولا يمكن عمل هيدرومتر لجميع الكثافات وألا كان طويل جدا ولذلك تستخدم مجموعة منه لهذا الغرض , كما انه صحيح فقط على درجة الحرارة التى درج فيها وعموما يلاحظ انه يوجد طريقتان لتدريج ساق الهيدروميتر وهما :
        أما أن تكون العلامات الدالة على الكثافة متساوية الفروق ولكنها غير متساوية الأبعاد وهذا يعرف باسم هيدرومتر تورال , وإما أن تكون الأبعاد متساوية ولكن الكثافات المرموقة غير متساوية الفروق وهذا النوع يعرف باسم هيدرومتر يومى.
مثال : اوجد الوزن النوعى للسائل أذا كان وزن الهيدرومتر 25 جم . وينغمر منه 30 سم3 فى السائل.
الحل : وزن الجسم الطافى = وزن السائل المزاح
                           25 = 30 × ρ
                          ρ   = 0.83 جم / سم3
                            الوزن النوعى = 0.83  عند درجة حرارة 25 ْم
هيدرومتر اللبن :
هو هيدرومتر معتاد معد خصيصا للكشف على اللبن المغشوش , نهايتا المقياس هما النقطتان اللتان يقف حذاءهما - وعثر فى اللبن والماء على الترتيب - أما النقط المتوسطة بينهما فتبين نسبة اللبن إلى الماء الموجود فى المزيج.
هيدرومتر سابك : Sapic
هو يشبه الهيدرومتر المعتاد فى تركيبه ألا أن الانتفاخ مفصول نسبيا عن الثقل فيه بواسطة عنق مخروطى ( C ) يمكن وضع أثقال مختلفة ( W ) عليه وأقسام التدريج عشرة متساوية متجهه من أعلى إلى أسفل وكل قسم مدرج إلى خمسة أجزاء. ويصحب الجهاز أثقال مختلفة مدرجو من 10 - 90 على الترتيب واصغر الأثقال 10 (كما لغمره فى العلامة ( 10 ) إلى العلامة ( صفر ) فى سائل كثافته مناسبة كما أن هناك ثقل أضافي ( A ) يمكن وضعة على قمة الهيدرومتر أذا رغب فى قياس كثافات اكبر من الماء. وعند القياس يضاف الرقم المكتوب على الوزن إلى قراءة التدريج. ومن مميزاته أن الأثقال الإضافية تمكننا من قياس الكثافات المتباينة بنفس الهيدرومتر.
        الهيدرومتر ثابت الغمر ( تكلسن ):
يتكون كما فى الشكل من جسم اسطوانى مجوف محكم القفل له كفتان ( A , D ) والأخيرة منهما ( D ) عبارة عن مخروط مثقل بالرصاص , وتوضع الأثقال دائما فوق الكفة A حتى ينغمر الهيدرومتر إلى العلامة الاختيارية ( E ) - على العنق الرفيع.
استخدامه لتعيين الوزن النوعى لسائل:
أذا كان وزن الهيدرومتر نفسه ( W ) والصنجات اللازمة لغمره فى الماء حتى العلامة هى ( W1 ) وفى السائل هى ( W2 )
ووزن الجسم الطافى = وزن السائل المزاح
W + W1 = ( للماء ) ρ × V ( للهيدرومتر )
                  1 = ( للماء ) ρ
W + W1 = ( للسائل ) ρ1 × V ( للهيدرومتر )
 
استخدامه لتعيين الوزن النوعى لجسم صلب :
بفرض أن الصنجات اللازمة لغمر العلامة فى الماء هى ( W ) أما أذا وضع الجسم فانه يلزم فقط ( W2 ) بجواره . وإذا وضع الجسم فى الكفة السفلى يلزم صنجات ( W3 ) والجسم وزنه لا يتعدى ( W1 ) ويكون أكثف من الماء.


وتعتبر هذه الطريقة أساسا لتعيين الوزن النوعى لجيم صلب باستخدام ميزان هوك.
  هيدروديناميكا Hydrodynamic 
هو العلم الخاص بدراسة السوائل تحت ظروف الحركة . ويعتبر احد العلوم الأساسية لدراسة علم الهيدروليكا وهو العلم الخاص بدراسة تطبيقات الهيدروديناميكا. وهو يبحث فى حركة السوائل - قياس كميتها - سرعتها ودراسة جميع الظواهر الهندسية المتعلقة بذلك.
وتعتبر معادلة تورشيللى هى احد النواتج التطبيقية لمعادلة برنولى الخاصة بدراسة القوى المؤثرة على حركة السائل أحد المعادلات الأساسية والمستخدمة للتطبيق عند دراسة تصرفات المجارى المائية. وتنص معادلة تورشيللى على أن :

حيث V = السرعة , h ارتفاع الضغط المائى عند الفتحة وعموما تعتبر المقدرة بهذه المعادلة سرعة نظرية وهى اكبر من سرعة السائل الحقيقية وذلك بسبب الاحتكاك بين السائل وفتحة الخروج ولذلك يؤخذ معامل تصحيح للسرعة وتساوى قيمته ( السرعة الحقيقية / السرعة النظرية ) . كذلك يجب عمل التعديلات الأخرى حيث أن لمساحة الفتحة المندفع منها السائل يقلل المسافة ويسمى معامل الانكماش , لان الماء عند خروجه يعانى انكماشا بمعنى أن مساحة مقطع الماء المندفع يكون اقل من مساحة الفتحة نفسها , وعلى ذلك فان :
فمعامل الانكماش = مساحة مقطع الماء × مساحة الفتحة
التصرف الفعلى (Q) Discharge = السرعة الحقيقية × المساحة الحقيقية
or Q = V . A
والتصرف النظرى =   حسب معادلة تورشيللى.
لذلك فان التصرف الفعلى يمكن حسابه من المعادلة :

حيث C معامل يتوقف على مجموعة التعديلات السابقة وتساوى قيمته العددية 0.6 - 0.8 ويتغير الضاغط h حسب مكان الفتحة النسبى فمثلا :

                        ( ﺟ )                           ( ب )                              ( أ )
        أذا كانت الفتحة حرة أى تصب فى الهواء , فيكون الضاغط الهيدروليكى عبارة عن المسافة بين سطح الماء الثابت وبين مجرى الفتحة ( شكل أ ).
        أذا كانت الفتحة فى أسفل المصدر فان الضاغط يساوى المسافة بين سطحى الماء على جانبى الفتحة ( شكل ب )
           
        أذا كانت الفتحة عند مستوى سطح الماء فان الضاغط المائى ( h ) يساوى فى هذه الحالة نصف العمق الكلى للماء فوق الحافة السفلية ( شكل ج ).
وبفرض أن الفتحة مستطيلة عرضها ( L ) فان مساحتها التى تصرف من خلالها الماء :
A = 2 h L


وتصبح الفتحة فى هذه الحالة كأنها هدار وهو عبارة عن فتحة ( منتظمة الشكل - مثلثى - مستطيل - شبة منحرف ) يعترض الاتجاه العمودى لمجرى الماء بغرض قياس سعته , وتستعمل المعادلة السابقة فى حساب التصرفات أذا كانت الفتحة مستطيلة أو مربعة ويكون منسوب الماء اوطى من سطحها العلوى . أما فى حالة المثلث فان قيمة المعادلة :

وعموما لضمان توفير مياه الرى خصوصا فى المناطق التى تعانى من نقص فى مصادرها المائية يتبع الوسائل الكفيلة بالحد من الإسراف فى استخدامها وأول هذه الوسائل هو قياس كميات المياه المعطاة , وتقاس هذه الكميات فى الترع أو القنوات أو المواسير : وتقسم طرق القياس :
        طرق مباشرة وتعتمد على قياس الزمن اللازم لملآ مستودع ذى سعة معينة.
        طرق قياس السرعة والمساحة. وتستنتج هذه الطريقة بتطبيق قانون معادلة الاستمرار حيث:
Q = A V
ويعتمد قياس السرعة فى هذه الحالة على تطبيقات معادلة برنولى السابق الإشارة إليها. فيمكن حساب السرعة باستعمال أنبوبة بيتوت Pitot-tube

        طرق تعتمد على التغيير فى القطاع المائى ويستعمل فيها :
        المواسير الفنشورى متر أو الأنبوبة ذات الاختناق حيث :

        الهدرات وتستعمل فى قياس تصرفات القنوات عن طريق وضع الأعتاب أو الهدرات عموديا على مجرى الماء , وتعتمد كما سبق على معادلة تورشيللى حيث: