Кіріспе
Құбырлар арқылы сұйықтықтардың ағылуын қамтитын құрылғы.
the device
Сифон (сонымен қатар сифон деп те жазылады) – құбырлар арқылы сұйықтықтардың ағылуын қамтитын әртүрлі құрылғылардың бірі. Тар мағынада, бұл сөз әсіресе, кері «U» пішіндес түтікке қатысты, ол сұйықтықты сорғысыз, бірақ сұйықтықтың құлауымен қуатталып, резервуардың бетінен жоғарыға қарай ағызады. Ағын барысында гравитация күшінің әсерінен түтік бойымен төмен құлайды, содан кейін бастапқы резервуардың бетінен төменгі деңгейде шығады. Сифонның сұйықтықты қалай жоғары қарай, гравитацияға қарсы ағызатынын, сорғысыз және тек гравитациямен қуатталып жұмыс істейтінін түсіндіретін екі негізгі теория бар. Ғасырлар бойы қалыптасқан дәстүрлі теория бойынша, сифонның шығу жағындағы гравитация күші сұйықтықтың тартылуына және сифонның жоғарғы жағындағы қысымның төмендеуіне әкеледі. Содан кейін атмосфералық қысым сұйықтықты жоғарғы резервуардан сифонның жоғарғы жағындағы төмен қысымға итеріп шығарады, бұл барометрде немесе суару құбырында байқалатын құбылысқа ұқсас. Осыған байланысты, сифонның жұмыс ілуінің біріктіру кернеуі теориясы қолданылады, онда сұйықтық тізбектің фонтанына ұқсас түрде сифон арқылы тартылады. Бір теорияның ғана дұрыс болуы міндетті емес, керісінше, әртүрлі сыртқы қысым жағдайында екі теория да дұрыс болуы мүмкін. Атмосфералық қысым мен гравитация теориясы вакуумдағы сифонды түсіндіре алмайды, онда атмосфералық қысым болмайды. Ал біріктіру кернеуі мен гравитация теориясы газ сифондарын, көпіршіктерге қарамастан жұмыс істейтін сифондарды және ұшқыш тамшы сифондарын түсіндіре алмайды, себебі онда газдар елеулі тартылу күштерін көрсетпейді және жанаспайтын сұйықтықтар біріктіру кернеуін тудыра алмайды. Қазіргі кездегі барлық жарияланған теориялар Бернулли теңдеуін идеалды және үйкеліссіз сифонның жұмысына жуық шама ретінде мойындайды.
Тарих
1500 жылғы египеттік рельефтерде ірі сақтау ыдыстарынан сұйықтықтарды алуға қолданылатын сифондар бейнеленген. Гректердің сифонды қолданғанына дәлел – Пифагордың б.з.б. 6 ғасырда Самостағы әділет тостағаны және б.з.б. 3 ғасырда Пергамон қаласындағы грек инженерлерінің қолдануы. Александриялық Герон «Пневматика» трактатында сифондар туралы кеңінен жазған. 9 ғасырдың Бағдад қаласындағы Бану Муса бауырлары қос концентрлі сифонды ойлап тапты және оны «Тапқыр құрылғылар кітабында» сипаттады. Хилл редакциялаған басылымда осы қос концентрлі сифонға арналған талдау бар. Сифондар 17 ғасырда сорғыш сорғылар (және жақында құрастырылған вакуумдық сорғылар) аясында, әсіресе сорғылардың (және сифондардың) ең жоғары биіктігін және ертедегі барометрлердің үстіңгі бөлігіндегі байқалатын вакуумды түсіну мақсатында одан әрі зерттелді. Бұл бастапқыда Галилео Галилей «Horror vacui (физика)» («табиғат вакуумды жек көреді») теориясы арқылы түсіндірілді, бұл теория Аристотельге дейін жетеді және Галилей оны «resintenza del vacuo» деп қайта формулировкалады, бірақ кейіннен Эвангелиста Торричелли және Блез Паскаль сияқты ғалымдар бұл теорияны жоққа шығарды – барометр тарихына қараңыз.
Теория
Практикалық сифон, әдеттегі атмосфералық қысымда және түтік биіктігінде жұмыс істейді, өйткені сұйықтықтың жоғары бағанасына ауырлық күшінің тартылуы сифонның жоғарғы жағындағы қысымды төмендетеді (формальды түрде, сұйықтық қозғалмағанда гидростатикалық қысым). Жоғарыдағы төмен қысымның нәтижесінде, атмосфералық қысымға қарсы сұйықтықтың тұрақты күйде қалуын қамтамасыз ету үшін сұйықтықтың қысқа бағанасына ауырлық күшінің тартылуы жеткіліксіз. Сондықтан сұйықтық жоғарғы резервуардың жоғары қысымды аймағынан сифонның жоғарғы жағындағы төмен қысымды аймаққа, содан кейін төменгі қысымды аймақтан өтіп, ауырлық күшінің және сұйықтықтың жоғары бағанасының көмегімен шығу тесігіндегі жоғары қысымды аймаққа ағып өтеді. Сифонның тізбекті моделіне қатысты бірқатар мәселелер бар, және осы айырмашылықтарды түсіну сифонның нақты жұмысын түсіндіруге көмектеседі. Біріншіден, тізбекті модельдегі сифоннан айырмашылығы, маңыздысы – жоғары жақ пен қысқа жақ арасындағы салмақ емес. Керісінше, резервуардың бетінен сифонның жоғарғы жағына дейінгі биіктік айырмасы қысым теңгерімін анықтайды. Мысалы, егер жоғары резервуардан сифонның жоғарғы жағына дейінгі түтік, төменгі резервуардан сифонның жоғарғы жағына дейінгі түтікшеден әлдеқайда үлкен диаметрі болса, сифонның қысқа жоғарғы бөлігінде сұйықтың салмағы әлдеқайда көп болуы мүмкін, бірақ төменгі түтіктегі сұйықтың көлемі аз болса да, ол сұйықтықты жоғары қарай тарта алады және сифон қалыпты жұмыс істей алады. Кейбір тәжірибелерде судың елеулі созылу беріктігі бар екені анықталды (мысалы, Z-түтігімен), ал вакуумдағы сифондар осындай біріктіруге сүйенеді, бірақ жалпы сифондар жұмыс істеу үшін сұйықтық созылу беріктігіне мүлдем мұқтаж емес екені оңай дәлелденеді. Су мен басқа сұйықтықтардың тартылу беріктігі жоқ сияқты, өйткені біршама қолын көтеріп, сонда тартқанда, сұйықтықтар тарқап, бір-бірінен оңай ажыратылады. Бірақ сұйықтықтың сифондағы тартылу беріктігі сұйықтық түтік қабырғаларына жабысып, содан кейін тарылуға қарсы тұрғанда мүмкін болады. Құбыр қабырғаларындағы кез келген ластану, мысалы май немесе ауа көпіршіктері, немесе турбуленттілік немесе тербеліс сияқты басқа да кішігірім әсерлер сұйықтықтың қабырғалардан бөлініп кетуіне және барлық тартылу беріктігін жоғалтуға әкелуі мүмкін. Толығырақ, гидростатикалық қысымның статикалық сифон арқылы қалай өзгеретінін қарастыруға болады, жоғарыдағы резервуардан тік түтік, төменгі резервуардан тік түтік және оларды жалғастыратын көлденең түтік (U пішінін ала отырып) қарастырылады. Жоғарғы резервуардағы сұйықтық деңгейінде сұйықтық атмосфералық қысыммен болады, ал сифонға көтерілген сайын гидростатикалық қысым төмендейді (тік қысымның өзгеруі кезінде), өйткені суды жоғары қарай итермелейтін атмосфералық қысымның салмағы сифондағы су бағанымен төмен қарай итермеленеді (барметрдің/сифонның ең жоғары биіктігіне жеткенге дейін, бұл кезде сұйықтықты жоғары қарай итермелеу мүмкін емес) – түтіктің жоғарғы жағындағы гидростатикалық қысым атмосфералық қысымнан түтіктің биіктігіне пропорционал мөлшерде төмен болады. Төменгі резервуардан көтерілетін түтікке бірдей талдау жасау сол (тік) түтіктің жоғарғы жағындағы қысымды береді; бұл қысым төмен, өйткені түтік ұзын (төменге қарай көбірек су итеріп отырады), және төменгі резервуардың жоғарғы резервуардан төмен болуын немесе жалпы алғанда, төгілетін жердің жоғарғы резервуардың бетінен төмен болуын талап етеді. Оларды жалғастыратын көлденең түтікті қарастырғанымызда, жоғарыдағы су қоймасынан түтіктің жоғарғы жағындағы қысым жоғары (судың аз алынуы) екенін, ал төменгі резервуардан түтіктің жоғарғы жағындағы қысым төмен (судың көп алынуы) екенін көреміз, және сұйықтық жоғары қысымнан төмен қысымға қарай қозғалады, сондықтан сұйықтық көлденең түтік арқылы жоғарғы резервуардан төменгі резервуарға ағып өтеді. Сұйықтық түтікшеде кернеу емес, оң қысымда (сығу) болады. Бернулли теңдеуі ғылыми әдебиетте сифонның жұмысына әділ шама деп саналады. Идеалдық емес сұйықтықтарда жұмыс сұйықтығының (немесе бірнеше сұйықтықтардың) сығымдалуы, тартылу беріктігі және басқа да сипаттамалары Бернулли теңдеуін қиындатады. Сифонды іске қосқаннан кейін, сұйықтықты резервуардан жоғары және сыртқа ағызып тұру үшін қосымша энергия қажет емес. Сифон сұйықтықты резервуардан деңгейі сіңіруден төмен түсіп, ауа немесе басқа қоршаған газ сифонды сындыра бастағанға дейін немесе сифонның шығысы резервуар деңгейіне тең болғанға дейін, қайсысы бірінші келсе, соған дейін шығарады. Атмосфералық қысымнан, сұйықтықтың тығыздығынан және ауырлық күшінен басқа, сифонның ең биік биіктігі сұйықтықтың бу қысымымен шектеледі. Сұйықтық ішіндегі қысым сұйықтық бу қысымынан төмен түсіп кетсе, жоғарғы нүктеде ұсақ бу көпіршіктері пайда бола бастайды және сифон әсері аяқталады. Бұл әсер сұйықтықтың көпіршіктерді қалай тиімді жасай алатынына байланысты; көпіршіктердің пайда болуына оңай ошақтар ретінде әрекет ететін қосымшалардың немесе жалпақ беттердің болмауы жағдайында сифондар көпіршіктердің пайда болуына кететін ұзақ уақытқа байланысты стандартты ең жоғары биіктігінен асып түсуі мүмкін. Дегазды судың бір сифоны ұзақ уақыт бойы көрсетілді. Стандартты атмосфералық қысымдағы су үшін ең жоғары сифон биіктігі шамамен ; сынап үшін ол , бұл стандартты қысымның анықтамасы. Бұл сору сорғысының ең жоғары биіктігіне тең, ол осы принцип бойынша жұмыс істейді. Биіктіктердің қатынасы (шамамен 13.6) су мен сынаптың тығыздықтарының қатынасына тең (берілген температурада), өйткені су бағаны (сәйкесінше, сынап) атмосфералық қысымды тудыратын ауа бағанымен теңгеріледі, және шындығында ең жоғары биіктік (бу қысымын және сұйықтықтың жылдамдығын ескермей) сұйықтықтың тығыздығына кері пропорционал.
Сифонның жұмыс істеуін зерттеу
1948 жылы Малкольм Нокс ауа қысымында да, ішінара вакуумда да жұмыс істейтін сифондарды зерттеді; вакуумдағы сифондар туралы ол мынадай қорытындыға келді: "Төмен түсетін түтікшедегі сұйықтық бағанасына әсер ететін гравитациялық күш, көтерілетін түтікшедегі гравитациялық күштен кем болғанда, сұйықтық қозғалады. Сондықтан сұйықтық кернеуде болады және бойлық деформацияға ұшырайды, бұл бөгде факторлар болмаған жағдайда сұйықтық бағанын бұзуға жеткіліксіз". Бірақ атмосфералық қысыммен жұмыс істейтін, кішкентай көтерілу биіктігі бар сифондар туралы ол былай деп жазды: "Сұйық бағананың кернеуі атмосфераның сұйық бағананың қарама-қарсы шеттеріне жасаған қысым әсерінен теңестіріледі және кері өзгереді". Гравитация, қысым және молекулалық байланыс 2010 жылы Квинсленд технология университетінде Хьюздің жұмысының негізгі назарында болды. Ол ауа қысымындағы сифонды қолданды және оның қорытындысы: "Сифонның түбінен су ағысының ағып кетуі, ағып кіру мен ағып кету арасындағы биіктік айырмашылығына байланысты, сондықтан атмосфералық қысымға тәуелді бола алмайды". 2011 жылы әке мен ұлы Рамет және Рамет ауа қысымымен көмірқышқыл газын сәтті сифон арқылы өткізіп, сифонның жұмыс істеуі үшін молекулалық байланыс қажет емес деген қорытындыға келді, бірақ: "Сифонның әрекетін түсіндірудің негізгі мәні мынада: түтік толтырылғаннан кейін, ағын ұзын жағындағы сұйықтыққа қысқа жағына қарағанда ауырлық күшінің күштірек әсер етуімен басталады. Бұл сифон түтігінің бойында қысымның төмендеуіне әкеледі, дәл сол сияқты, құбыршадан сору қысымды оның ұзындығы бойымен төмендетіп, сору нүктесіне дейін жеткізеді. Айналадағы атмосфералық қысым сору нүктесіндегі қысымның төмендеуіне жауап ретінде сұйықтықты жоғары итеріп, ағынды сақтайды, дәл сияқты сүт коктейлінен үздіксіз сорылатын құбыршада". 2011 жылы Рихерт пен Биндер (Гавай университеті) сифонды зерттеп, сифонның жұмыс істеуі үшін молекулалық байланыс қажет емес, бірақ ол гравитация мен қысым айырмашылығына сүйенеді деген қорытындыға келді. 2011 жылы Physics Today журналында жазған Миллерсвилл университетінің профессоры Дж. Дули сифонның жұмыс істеуі үшін сифон түтігінің ішіндегі қысым айырмашылығы мен сұйықтықтың кернеу беріктігі қажет екенін айтты. Гумбольдт мемлекеттік университетінің зерттеушісі А. МакГайр 2012 жылы сифондағы ағынды зерттеді. Ол LS DYNA жоғары деңгейдегі көп мақсатты мультифизикалық модельдеу бағдарламалық жасақтамасын қолдана отырып, қысымды бастау, ағынды және қысымның сифон ішінде таралуын зерттеді. Ол былай деп қорытындылады: "Сифонның жұмысына қысым, ауырлық күші және молекулалық байланыс әсер ете алады". 2014 жылы Хьюз және Гурунг (Квинсленд технология университетінде) су сифонын теңіз деңгейінен 11,9 км (39000) биіктікке дейінгі ауа қысымында жүргізді. Олар: "Ағын жоғары көтерілу кезінде шамамен тұрақты болды, бұл сифон ағынының айналадағы барометриялық қысымға тәуелді емес екенін көрсетеді", - деп атап өтті. Олар Бернулли теңдеуі мен Пуазеуилль теңдеуін қысым айырмашылығы мен сұйықтық ағынын сифон ішінде зерттеу үшін қолданды. Олардың қорытындысы: "Жоғарыда келтірілген талдаудан, сифонға ағып кіріп, ағып шығатын су молекулаларының арасында тікелей байланыс болуы керек. Бұл барлық атмосфералық қысымда, онда сифонның жоғарғы нүктесіндегі қысым судың бу қысымынан жоғары, иондық сұйықтықтарды қоспағанда, дұрыс".
The father and son researchers Ramette and Ramette successfully siphoned carbon dioxide under air pressure in 2011 and concluded that molecular cohesion is not required for the operation of a siphon, but: "The basic explanation of siphon action is that, once the tube is filled, the flow is initiated by the greater pull of gravity on the fluid on the longer side compared with that on the short side. This creates a pressure drop throughout the siphon tube, in the same sense that 'sucking' on a straw reduces the pressure along its length all the way to the intake point. The ambient atmospheric pressure at the intake point responds to the reduced pressure by forcing the fluid upwards, sustaining the flow, just as in a steadily sucked straw in a milkshake." Again in 2011, Richert and Binder (at the University of Hawaii) examined the siphon and concluded that molecular cohesion is not required for the operation of a siphon but relies upon gravity and a pressure differential, writing: "As the fluid initially primed on the long leg of the siphon rushes down due to gravity, it leaves behind a partial vacuum that allows pressure on the entrance point of the higher container to push fluid up the leg on that side". Writing in Physics Today in 2011, J. Dooley from Millersville University stated that both a pressure differential within the siphon tube and the tensile strength of the liquid are required for a siphon to operate. A researcher at Humboldt State University, A. McGuire, examined flow in siphons in 2012. Using the advanced general purpose multiphysics simulation software package LS DYNA he examined pressure initialisation, flow, and pressure propagation within a siphon. He concluded: "Pressure, gravity and molecular cohesion can all be driving forces in the operation of siphons". In 2014, Hughes and Gurung (at the Queensland University of Technology) ran a water siphon under varying air pressures ranging from sea level to 11.9 km (39000) altitude. They noted: "Flow remained more or less constant during ascension indicating that siphon flow is independent of ambient barometric pressure". They used Bernoulli's equation and the Poiseuille equation to examine pressure differentials and fluid flow within a siphon. Their conclusion was: "It follows from the above analysis that there must be a direct cohesive connection between water molecules flowing in and out of a siphon. This is true at all atmospheric pressures in which the pressure in the apex of the siphon is above the vapour pressure of water, an exception being ionic liquids".
Практикалық талаптар
Қарапайым түтік сифон ретінде қолданылуы мүмкін. Сұйықтықты ағыза бастау және сифонды іске қосу үшін сыртқы сорғы қолданылуы керек (үйде көбінесе адам түтік ішіне жеткілікті мөлшерде сұйықтық толтырылғанша тыныс алып, осылай істейді; бірақ қолданылатын сұйыққа байланысты бұл пайдаланушы үшін қауіпті болуы мүмкін). Кейде жанармайды автокөліктің жанармай бакінен сыртқы бакқа ауыстыру үшін герметикалық шланг қолданылады. (Ауыз арқылы жанармайды сору, көбінесе жанармайдың кездейсоқ жұтылуына немесе өкпеге түсуіне алып келеді, бұл өлімге немесе өкпе зақымдануына себеп болуы мүмкін.) Егер түтіктің бір бөлігі орташа биік нүктеден жоғары көтерілгенге дейін сұйықтықпен толып, көтерілген кезде түтік ішінде сұйықтық деңгейі сақталса, сорғы қажет емес. Сифон ретінде сатылатын құрылғылар көбінесе сифон процесін бастау үшін сифон сорғысымен бірге келеді. Кейбір жағдайларда қажеттіден артық үлкен емес сифондық түтіктерді пайдалану тиімді болуы мүмкін. Тым үлкен диаметрлі түтіктерді пайдаланып, содан кейін клапандар немесе тарылтқыш түтіктер арқылы ағынды шектеу, бұрын айтылғандай, жоғары жағында газ немесе бу жиналуынан туындайтын қауіптерді күшейтеді, бұл вакуумды бұзуға әкелуі мүмкін. Вакуум тым төмендесе, сифон әсері жоғалуы мүмкін. Түтіктің мөлшерін қажеттілікке сәйкес азайту бұл әсерді азайтады және тұрақты түрде қайта іске қосуды қажет етпейтін, жақсы жұмыс істейтін сифонды құрайды. Осыған байланысты, егер талап контейнерге ағып түсуді контейнерден ағып шығумен үйлестіруді талап етсе (мысалы, өзенмен толықтырылатын көлдегі су деңгейін сақтау үшін), бір үлкен түтікті пайдаланып, оны тұншықтыруға тырысудың орнына, қажет болған жағдайда іске қосылатын екі немесе үш кіші, параллель түтікті пайдалану артық болар еді.
Автоматты үзілісті сифон
Сифондар кейде автоматты машиналар ретінде қолданылады, мұнда үздіксіз тамшылап ағатын немесе біркелкі емес шағын толқынды ағысты үлкен толқын көлеміне айналдыру қажет. Мұның кең таралған мысалы – қоғамдық дәретханадағы немесе жуынатын бөлмелердегі унитаздар, олар кішкентай су резервуарының үстінде орналасқан автоматты сифон арқылы үнемі шайылады. Контейнер толғанда, сақталған сұйықтық толығымен босатылады, содан кейін жаңадан толтырылып, үлкен толқын көлемі пайда болады. Мұндай үзілісті әрекетті іске асыру үшін жүзбелер, тізбектер, рычагтар және клапандар сияқты күрделі механизмдер қажет, бірақ олар уақыт өте коррозияға ұшырап, тозуы немесе істен шығуы мүмкін. Балама әдіс – тек судың өзін сифонның жұмыс механизмі ретінде пайдаланатын қатаң құбырлар мен камералар. Автоматты, қараусыз жұмыс істейтін құрылғыда қолданылатын сифонның қатесіз және сенімді жұмыс істеуі керек. Бұл, әдеттегі өздігінен іске қосылатын сифондардан өзгеше, себебі сифонның жұмыс істемеуіне әкелетін жағдайлар болуы мүмкін, бұл қалыпты толқынды ағынға оралу үшін қолмен араласуды талап етеді. Өзін-өзі іске қосқан сифонның бейне демонстрациясын The Curiosity Show арнасының сыпайылығымен мына жерден таба аласыз. Ең көп кездесетін ақау – сұйықтықтың контейнердің толтыру жылдамдығымен сәйкес келіп, баяу тамшылап ағуы, нәтижесінде сифон қаламайтын тұрақты күйге енеді. Тамшылап ағудың алдын алу үшін әдетте пневматикалық принциптер қолданылады, олар су тұзақтарымен бекітілген әртүрлі құбырларда бір немесе бірнеше үлкен ауа көпіршіктерін ұстап тұрады. Бұл әдіс, егер механизмнің кейбір бөліктерінде су болмаған жағдайда, үзілісті жұмыс істеуді бастамаса, сәтсіз аяқталуы мүмкін, ал егер механизм құрғақ күйден басталатын болса, онда ол толтырылмайды. Екінші мәселе – сифон жұмыс істемесе, ауа ағыны болмағандықтан, тұтқынға алынған ауа қалталары уақыт өте кішірейеді. Ауа қалталарындағы ауа сұйықтықпен сіңіріледі, ол ауа қалтасы жоғалғанша сұйықтықты құбырларға тартады, содан кейін сақтау резервуары толмаған кезде қалыпты жұмыс ауқымынан тыс су ағынының белсендірілуіне әкелуі мүмкін, бұл механизмнің төменгі бөліктеріндегі сұйықтық тығыздағышының жоғалуына соқтырады. Үшінші мәселе – сұйық тығыздағышының төменгі жағы ағып шығатын құбырдың U-тұзақ бұрылысынан ғана тұрады. Күшті босату кезінде сұйықтықтың шығыс ағынынан шыққан кинетикалық қозғалысы сұйықтықтың тым көп бөлігін шығарып жіберуі мүмкін, бұл ағып кету тұзағындағы тығыздау көлемінің жоғалуына және үзілісті жұмыс істеуді сақтау үшін тұтқындалған ауа көпіршігінің жоғалуына әкеледі. Төртінші мәселе – механизмдегі сіңіру тесіктері, олар сифон құрғаған кезде осы әртүрлі тығыздағыш камераларды баяу толтыруға арналған. Сіңіру тесіктері қалдықтар мен коррозиямен бітілуі мүмкін, сондықтан оларды қолмен тазалау және араласу қажет. Бұған жол бермеу үшін сифонды қатты заттар мен тұнбасыз таза сұйық көздермен шектеуге болады. Көптеген автоматты сифондар 1850 жылдарға дейін жасалған, олар осы проблемаларды жеңуге тырысатын әртүрлі пневматикалық және гидродинамикалық принциптерді қолданады.
Қолданылу және терминология
Кейбір сұйықтықтарды тазарту қажет болғанда, сифондау әдісі бір ыдыстан жаңа ыдысқа түбіндегі (шөгінді) немесе бетіндегі (көбік және қалқымалар) заттардың өтуіне кедерес жасайды. Осы себепті, сифондау шарап пен сыраны ашыту кезінде пайдалы, себебі ол жаңа ыдысқа қажетсіз қоспалардың түсуін болдырмайды. Су тасқынынан кейін жер төледен суды шығару үшін құбырлар немесе түтіктерден жасалған қолмен жасалған сифондарды қолдануға болады. Су басқан жер асты мен сыртындағы терең жердің арасында түтік немесе бірнеше құбыр арқылы байланыс орнатылады. Олар сумен толтырылады, әдетте ең жоғары нүктеде орналасқан клапан арқылы. Содан кейін клапандар ашылып, су құбыр арқылы кәрізге немесе өзенге ағызылады. Сифондау суармалы егістіктерде судың белгілі бір мөлшерін арықтан арық қабырғасы арқылы егіс жолдарына беру үшін кеңінен қолданылады. Ірі сифондар қалалық су жүйелерінде және өнеркәсіпте де қолданылуы мүмкін. Олардың мөлшеріне байланысты, сифонның кіріс, шығыс және ең жоғарғы нүктесіндегі клапандар арқылы басқару қажет. Сифонды іске қосу үшін кіріс және шығыс тесіктерін жауып, сифонды ең жоғарғы нүктесінен сумен толтыру керек. Егер кіріс және шығыс тесіктері су астында болса, сифонды толтыру үшін үстіне вакуумдық сорғы қолданылуы мүмкін. Балама ретінде, сифонды кіріс немесе шығыс тесігінде орналасқан сорғы арқылы да іске қосуға болады. Ірі сифондарда сұйықтықтағы газ маңызды мәселе болып табылады. Газ әдетте ең жоғарғы нүктеде жиналады және егер ол сұйықтың ағынын тоқтатуға жеткілікті болса, сифон тоқтатылады. Сифонның өзі бұл мәселені ушықтырады, өйткені сұйықтық сифон арқылы көтерілгенде қысым төмендеп, сұйықтықта еріген газдар ерітіндіден шыға бастайды. Жоғары температура сұйықтықтан газдың шығуын жеделдетеді, сондықтан тұрақты, төмен температураны сақтауға тырысу керек. Сұйықтық сифонда неғұрлым ұзақ болса, газ соғұрлым көп шығады, сондықтан сифонды қысқарақ етуге ұмтылу керек. Жергілікті биік нүктелер газды тұтқындап алады, сондықтан кіріс және шығыс түтікшелері аралық биік нүктелерсіз үздіксіз еңіспен орналасуы керек. Сұйықтың ағысы көпіршіктерді жылжытады, сондықтан кіріс түтікшесінің еңісі аз болуы мүмкін, себебі ағыс газ көпіршіктерін ең жоғарғы нүктеге итеріп жібереді. Керісінше, шығыс түтікшесінің еңісі тік болуы керек, бұл көпіршіктердің сұйық ағынына қарсы қозғалуына мүмкіндік береді; алайда, кейбір конструкцияларда шығыс түтікшесінің еңісі де аз болуы мүмкін, бұл көпіршіктердің сифоннан шығуына мүмкіндік береді. Ең жоғарғы нүктеде газ камерада тұтқындалуы мүмкін. Газды жою үшін камераны сұйықтықпен үнемі толтырып отыру қажет.
Сифонды жаңбыр өлшегіш
Сифондық жаңбыр өлшегіш – жаңбырды ұзақ мерзім бойы тіркеуге арналған жаңбыр өлшегіш. Оның ішіндегі суды автоматты түрде босату үшін сифон пайдаланылады. Көбінесе бұл құралды жай ғана "сифондық өлшегіш" деп атайды, оны сифондық қысым өлшегішпен шатастырмау керек.
Сифондық дренаж
2022 жылға қарай бірнеше тас жолдарда сифондық дренаж әдісі қолданылып келеді. Жақында жүргізілген зерттеулер оның тас жолдың тіреу қабырғалары артындағы жер асты суы деңгейін төмендетіп, бітелу белгілері байқалмағанын көрсетті. Бұл жаңа дренаж жүйесі тіреу қабырғаларындағы ағып кету қаупін ұзақ мерзімді түрде шектеу мақсатындағы жаңа тәсіл ретінде енгізілуде. Сифондық дренаж тұрақсыз беткейлерді кептіруге де қолданылады, ал сифондық шатыр суағызғыш жүйелер 1960 жылдан бері пайдаланылып келеді.
Сифонды ағызу
Дамбадағы сифонды төгілме, техникалық тұрғыдан әдетте сифон болып табылмайды, себебі ол көбінесе жоғары су деңгейін төгу үшін қолданылады. Дегенмен, сифонды төгілме, егер ол суару жүйесінде қолданылғандағыдай, ағынды бастапқы су қоймасының бетінен жоғары көтерсе, шынайы сифон ретінде жұмыс істейді. Кәдімгі төгілме ағыны су қоймасының биіктігімен қысымға ұшырайды, ал сифон ағынының жылдамдығы кіріс және шығыс арасындағы биіктік айырмасымен реттеледі. Кейбір конструкциялар спиральды құйындағы су ағынын пайдаланып, сифонды іске қосу үшін жоғарыдағы ауаны автоматты түрде шығарып тастайтын жүйеге ие. Мұндай конструкциялардың бірі – волютті сифон.
Құюмен туалет
Жуынатын бөлмелерде су ағызылғанда көбінесе сифон әсері пайда болады. Кейбір унитаздар цистернадан суды алу үшін сифон принципін қолданады. Су ағызуы тұтқа немесе мойынтірек арқылы іске қосылады, ол поршеньді сорғы сияқты қарапайым диафрагманы қозғайды, бұл сифонның ең жоғары нүктесіне жеткілікті су көтереді, содан кейін су ағысы басталады және цистернаның ішіндегілер унитаздың ыдысына толығымен құйылады. Бұл жүйенің артықшылығы – унитаз шайылмаса, цистернадан су шықпайды. Бұл 2011 жылға дейін Ұлыбританияда міндетті болды. Алғашқы несеп жинағыштар цистернаға сифонды орнатты, ол аздаған ашық клапан арқылы цистернаға таза судың үнемі берілуіне байланысты белгілі бір циклмен автоматты түрде шайылатын болды.
Сифонды сорғы
Қарапайым сифон суды бастапқы резервуар деңгейінен жоғары шығара алмайды, бірақ герметикалық өлшеу камерасы және автоматты клапандар жүйесін пайдаланатын күрделі құрылғы, сыртқы сорғы энергиясын қолданбай, бастапқы резервуар деңгейінен жоғары суды үздіксіз шығара алады. Бұл, бастапқыда энергия сақталу заңына қайшы келетіндей көрінсе де, мүмкін болады, себебі ол белгілі бір биіктіктен құлайтын үлкен көлемдегі сұйықтықтың энергиясын пайдаланып, бастапқы резервуар деңгейінен жоғары шағын көлемдегі сұйықтықты көтеріп, шығара алады. Осылайша, шағын көлемде сұйық беру үшін үлкен көлемде сұйық "қажет" деуге болады. Мұндай жүйе әдетте циклдік немесе іске қосылып-өшірілетін, бірақ үздіксіз және өздігінен жұмыс істейді. Рамды сорғылар осылай жұмыс істемейді. Бұл өлшеуіш сорғылар – сифонды қуат көзі ретінде пайдаланатын нағыз сифондық сорғы құрылғылары болып табылады.
Кері бұрылған сифон
Кері сифон – бұл сифон емес, U пішіндес ағын жолын құру үшін кедергінің астына түсуі қажет құбырларға қолданылатын термин. Ірі кері сифондар суару немесе алтын өндіру үшін каналдар мен арықтар арқылы суды аңғарларға жеткізу үшін қолданылады. Римдіктер су тасқынына қарсы құбыр салу қиын болған аңғарларды кесіп өту үшін қорғасын құбырларынан жасалған кері сифондарды пайдаланған. Кері сифондар көбінесе канализация газдарының канализациядан кері қайтуын болдырмау функциясы үшін "тұзақтар" деп аталады, сондай-ақ сақиналар мен электрондық компоненттер сияқты тығыз заттарды дренажға түскеннен кейін қайтаруға мүмкіндік береді. Сұйықтық бір жағынан ағып келсе, екінші жағынан жоғары итеріліп шығады, бірақ құм сияқты қатты заттар жиналып қалады. Бұл әсіресе өзендер мен басқа да терең кедергілердің астынан өтуі керек кәріз жүйелерінде немесе құбырларда маңызды, мұндай жағдайда "төмендетілген кәріз" термині қолданылады.
Басқа сифонға қарсы құрылғылар
Антисифондық клапандармен қатар, антисифондық құрылғылар да болады. Олардың қолданылу салалары өзара байланыссыз. Сифон арқылы жанармайды бактан шығаруға болады. Жанармай бағасының өсуіне байланысты, бірнеше елде жанармай ұрлығының көбеюі байқалды. Үлкен жанармай бактері бар жүк көліктері ең осал. Антисифондық құрылғы ұрылардың жанармай багіне түтік енгізуіне кедергі келтіреді.
Сифон барометрі
Сифондық барометр – кейде ең қарапайым сынап барометрлеріне қолданылатын термин. Бір шеті мөрленген, бірдей диаметрлі, U пішіндес түтік сынаппен толықтырылады. Тік "U" пішінінде орналасқанда, сынап мөрленген жағынан төгіліп, жартылай вакуум құрайды, осы кезде екінші жағындағы атмосфералық қысымпен теңеседі. "Сифон" термині сифонның жұмысына ауа қысымының қатысы бар деген сенімнен туындаған. Түтіктің екі тармағы арасындағы сұйықтың биіктігінің айырмасы сифонның максималды орташа биіктігімен бірдей. Егер атмосфералық қысымнан өзге қысымды өлшеу үшін қолданылса, сифон барометрін кейде сифондық манометр деп атайды; олар сифон емес, бірақ стандартты U пішіндес құрылымын сақтайды, содан осы термин пайда болған. Сифондық барометрлер әлі де дәлдік аспаптары ретінде өндіріледі. Сифондық барометрлерді сифондық жаңбыр өлшегішпен шатастыруға болмайды.
Сифондық бөтелке
Сифондық бөтелке (содалы сифон немесе көнеше сифоид деп те аталады) – ауа тежегіші және клапаны бар қысымды бөтелке. Бұл нағыз сифон емес, себебі бөтелке ішіндегі қысым сұйықтықты түтік арқылы жоғары көтеріп, сыртқа шығарады. Газоген – осы бөтелкенің ерекше түрі.
Сифондық тостаған
Сифондық тостақан – бұл бояуды сақтайтын және шашырату пистолетіне қосылған резервуар, ол сифон емес, себебі бояуны вакуумдық сорғы шығарады. Бұл атау оны гравитациялық резервуарлардан ажырату үшін қолданылады. Бұл терминнің ескіше мағынасы – майды мақталы фитиль немесе түтік арқылы майлауға арналған бетке тасымалдайтын май тостағаны, бұл сифон емес, капиллярлық әрекеттің мысалы.
Геронның сифоны
Герон сифоны – бұл сифон емес, себебі ол гравитациямен жұмыс істейтін қысым сорғысы ретінде жұмыс істейді. Бір қарағанда мәңгілік қозғалыс машинасы сияқты көрінеді, бірақ бастапқы сорғыдағы ауа таусылғанда тоқтайды. Аздап өзгеше конфигурацияда, ол Герон бұлағы деп те аталады.
Вентури сифоны
Вентури сифоны, сондай-ақ эжектор деп те аталады, бұл сифон емес, жылдам ағып жатқан сұйықтықтардың (мысалы, ауа) Вентури эффексін пайдаланатын вакуумдық сорғының бір түрі, басқа сұйықтықтарды сору үшін төмен қысым тудыруға қолданылады; кең таралған мысалы – карбюратор. Қысым биіктігін қараңыз. Вентуридің тарылған бөлігіндегі төмен қысым, екінші сұйықтық енгізілген кезде сифон, ал сұйықтық ауа болғанда аспиратор деп аталады, бұл ауа қысымы сифондардың жұмыс істеу күші деген жаңылыс пікірдің мысалы.
Сифоникалық шатырдың суын ағызу
Атауына қарамастан, сифондық шатыр дренажы сифон принципінде жұмыс істемейді; технология гравитациялық вакуумды сору арқылы суды бірнеше шатыр дренаждарынан бір түтікке көлденең тасымалдайды және ағын жылдамдығын арттырады. Шатыр дренажының кіреберісіндегі металл бөгеттер ауаның енуін азайтады, бұл жүйенің тиімділігін арттырады. Бұл дренаж техникасының бір артықшылығы – құрылыс кезіндегі бастапқы шығындар дәстүрлі шатыр дренажына қарағанда төмендеуі. Сондай-ақ, бұл сұйықтықтар атмосфералық қысымға тәуелді емес. Өздігінен сифондалатын полимерлік сұйықтықтар сифон тізбегі моделі сияқты жұмыс істейді, онда тізбектің төменгі бөлігі тізбектің қалған бөлігін жоғары көтеріп, шыңынан асырады. Бұл құбылыс түтіксіз сифон деп те аталады. "Өздігінен сифон" терминін сифон өндірушілер көбінесе сорғысы бар портативті сифондарды сипаттау үшін сату материалдарында қолданады. Сорғының болуы сыртқы соруды (мысалы, адамның аузынан/өкпесінен) қажет етпейді, сондықтан өнім "өздігінен сифон" деп сипатталады. Егер жоғарғы резервуардағы сұйықтық сифон шыңының биіктігінен жоғары көтеріле алса, резервуардағы көтерілетін сұйықтық сифонды "өздігінен іске қосады" және тұтас құрылғы "өздігінен сифон" деп сипатталады. Бір рет іске қосылғаннан кейін, мұндай сифон жоғарғы резервуардың деңгейі сифонның кіріс тесігінен төмен түскенше жұмыс істей береді. Мұндай өздігінен іске қосылатын сифондар кейбір жауын өлшегіштерде және тоғандарда пайдалы.
Анатомия
"Сифон" термині адам және жануарлар анатомиясындағы бірқатар құрылымдар үшін қолданылады, себебі ағып жатқан сұйықтықтармен байланысты немесе құрылым сифонға ұқсас, бірақ нақты сифон эффектісі болмайды: қараңыз Сифон (айқындау). Сифондық механизмнің қан айналымында қандай рөл атқаратыны туралы пікірталас жүріп жатыр. Дегенмен, айналымның "жабық контурында" бұл жоққа шығарылды; "Қарамағысы, айналым сияқты 'жабық' жүйелерде гравитация жоғары қарай ағылуға кедергі келтірмейді және төмен қарай ағылуға да себеп болмайды, өйткені гравитация контурдың көтерілген және түсетін бөліктеріне теңдей әсер етеді", бірақ "тарихи себептермен" термин қолданылады. 1989 жылғы бір гипотеза жирафтың айналымында сифон болжады. Бірақ 2004 жылғы қосымша зерттеулер көрсетті: "Гидростатикалық градиент жоқ және сұйықтықтың 'түсуі' көтерілген бөлікке көмектеспейді, сондықтан сифон жоқ. Жирафтың жоғары артериялық қысымы, ол қанды жүректен басқа 2 метрге көтеруге және миға жеткілікті қысымды қалдыруға жетеді, бұл тұжырымды қолдайды". Дегенмен, 2005 жылғы мақала осы гипотеза бойынша қосымша зерттеулерді қажет етті:
Сифон принципі түрге тән емес және жабық қан айналымы жүйелерінің негізгі принципі болуы керек. Сондықтан сифон принципінің рөліне қатысты дауды салыстырмалы тәсілмен шешу оңтайлы болар. Филогенетикалық байланысты ескере отырып, әртүрлі ұзын мойынды және ұзын денелі жануарлардағы қан қысымын талдау маңызды болады. Сонымен қатар, артериялық және веналық қан қысымын өлшеуді миға қан ағынымен біріктіретін эксперименттік зерттеулер, әртүрлі гравитациялық жағдайларда (бас позицияларының өзгеруі) бұл дауды ақыр соңында шешеді.
Түрлер
Кейбір түрлер сифонға ұқсағандықтан немесе оның толық немесе бір бөлігі сифонды еске түсіргендіктен, сифон атымен аталады. Геосифондар – саңырауқұлақтар. Хлорофита бөліміне жататын Сифоноклада тұқымдасына жататын, түтік тәрізді құрылымдары бар кейбір балдыр түрлері бар. Ruellia villosa – Acanthaceae тұқымдасына жататын тропикалық өсімдік, ол "Siphonacanthus villosus Nees" ботаникалық синонимімен де белгілі.
Геология
Спелеологияда сифон немесе су астындағы өтпе – үңгірдің сумен толы бөлігі, одан әрі үңгір жүйесіне өту үшін үңгіршілердің суға сүңгіп өтуі қажетті жер, бірақ ол нағыз сифон емес.
Өзендер
Өзен сифоны – су ағысының бір бөлігі тас немесе ағаш діңгегі сияқты судың астында қалған кедергінің астынан өтетін кезде пайда болады. Бұл кедергінің астынан ағып өтетін су өте күшті болуы мүмкін, сондықтан каякпен жүзу, каньонмен жүру және өзендегі басқа да су спорты түрлері үшін қауіпті.