Hevel

Voorbeelden van gebruik:

• het overhevelen van benzine uit de tank van een auto.
• het leegmaken van een kinderbadje met een tuinslang over de hoge zijkant van het badje.
• het legen van een waterbed door middel van een slang over de hoge zijkant van het bed.
• een zwanenhals bevat ook een deel dat werkt als een hevel. Onderin de zwanenhals zit een beetje water dat de afvoer afsluit. Wanneer er water vanuit de afvoer in komt, stroomt het laatste beetje water deels via de hevel weg.

Sifon principes

De drijvende kracht achter de hevel is een drukverschil dat aanwezig is in de slang met vloeistof en de buitenlucht. Dit drukverschil ontstaat doordat de vloeistofdruk toeneemt met de diepte in het vat onder invloed van de zwaartekracht (zie hydrostatische druk).

${\displaystyle p=p_{0}-\varrho gh}$

Hier is ${\displaystyle p_{0}}$ gelijk aan de luchtdruk en ${\displaystyle \varrho gh}$ gelijk aan de vloeistofdruk op hoogte ${\displaystyle h}$ ten opzichte van het vloeistofoppervlak. ${\displaystyle h}$ is negatief als deze lager ligt dan het vloeistofoppervlak - in het vat, en positief als deze hoger ligt dan het vat - in de hevel.

In de slang is de vloeistofdruk dus lager dan de luchtdruk. De vloeistof in de slang heft de luchtdruk deels op. De buitenlucht duwt de vloeistof de slang in, terwijl de vloeistof door de zwaartekracht naar beneden terug duwt. De vloeistof houdt als het ware de buitenlucht tegen.

Wanneer de slang volledig gevuld is met vloeistof en volledig is afgesloten (ook aan het uiteinde), kan je dus op elk punt in de slang volgens deze formule een druk bepalen. Wanneer je de slang omhoog of omlaag beweegt, verandert dus de druk in de slang, maar alleen op plekken waar de hoogte verandert. Als je het uiteinde op dezelfde plek houdt, maar de hoogte van het midden varieert, dan heeft dat geen invloed op de druk in het uiteinde van de slang.

Zodra je het uiteinde van de slang opent, komt deze in contact met de buitenlucht. Er ontstaat een drukverschil tussen het uiteinde van de slang en de buitenlucht.

uiteinde slang

${\displaystyle p=p_{0}-\varrho gh}$

versus luchtdruk

${\displaystyle p_{0}}$

Dit drukverschil bepaalt welke richting de vloeistof op zal stromen. Als de druk in de slangopening hoger is dan de luchtdruk, dan zal er vloeistof de slang uit stromen. Uit de formule is af te leiden dat dit alleen geldt wanneer het uiteinde van de slang lager ligt dan het vloeistofniveau in het vat.

Uit bovenstaande bevinding zou geconcludeerd kunnen worden dat het niet uitmaakt hoe hoog de luchtdruk is. Toch zou een hevel zonder luchtdruk niet kunnen werken. De luchtdruk zorgt voor een kracht die de vloeistof omhoog de slang in duwt. Om dezelfde reden kan een hevel ook niet te hoog zijn. Wanneer de hevel te hoog is, kan de luchtdruk de vloeistof niet hoog genoeg de buis in duwen. De druk zou volgens de formule negatief worden en dat is onmogelijk. Zo kan een waterhevel nooit hoger zijn dan ongeveer 10 meter en een kwikhevel nooit hoger dan 76 centimeter.

Als het uiteinde van de slang zich bevindt in een ander vat met vloeistof, dan oefent de vloeistof in het andere vat ook een druk uit op de slang. In de praktijk betekent dit dat er alleen vloeistof stroomt wanneer het vloeistofniveau in het doelvat lager is dan het vloeistofniveau in het bronvat. Als de niveaus gelijk zijn, stopt de stroming. Wanneer het ontvangende vat omhoog bewogen wordt, is het mogelijk dat de vloeistof weer terug stroomt naar het oorspronkelijke vat.

Zodra de hevel werkt, blijft deze werken zolang wordt voldaan aan onderstaande voorwaarden:

• De uitstroomkant (het uiteinde van de slang of het vloeistofniveau van het ontvangende vat) bevindt zich op een lagere hoogte dan de instroomuiteinde (het vloeistofniveau van het leverende vat).
• De luchtdruk in het ontvangende vat loopt niet op tijdens het hevelen of de luchtdruk in het leverende vat neemt niet af. In de praktijk: de vloeistof staat in beide vaten in contact met de buitenlucht.
• De hevel moet geheel met vloeistof gevuld zijn. Luchtbellen zorgen voor een storend effect in de werking van de hevel. Bij te veel lucht in de slang is het niet meer mogelijk te hevelen.
• Vereist is dat de buis of slang luchtdicht is en de te pompen vloeistof geen gassen bevat die onder een zeker vacuüm gasbellen gaan vormen. Wanneer er boven in de slang een gat zit dan wordt de benodigde onderdruk op die plaats verstoord.
• Er mag geen lucht vanuit het uiteinde de hevel in kunnen stromen. Een hevel die te wijd is, kan de hevelfunctie verliezen als er lucht via het uiteinde van de slang bovenin kan komen.

• Onderleider
• Communicerende vaten
• Waterslot