1. Сила в'язкого тертя
2. друга в'язкість
3. в'язкість газів
4. Вплив температури на в'язкість газів
5. в'язкість рідин
6. Кінематична в'язкість
7. Ньютонівські і неньютонівські рідини
8. В'язкість аморфних матеріалів
9. відносна в'язкість
10. В'язкість деяких речовин
11. в'язкість повітря
12. в'язкість води
13. Динамічна в'язкість різних речовин
14. Примітки

В'язкість (внутрішнє тертя) - одне з явищ переносу, властивість текучих тіл ( рідин і газів ) Чинити опір переміщенню однієї їх частини щодо іншої. В результаті відбувається розсіювання у вигляді тепла роботи, що витрачається на це переміщення.

Механізм внутрішнього тертя в рідинах і газах полягає в тому, що хаотично рухаються молекули переносять імпульс з одного шару в інший, що призводить до вирівнювання швидкостей - це описується введенням сили тертя. В'язкість твердих тіл має низку специфічних особливостей і розглядається зазвичай окремо.

Розрізняють динамічну в'язкість (одиниці вимірювання: Па · с = 10 пуаз ) І кінематичну в'язкість (одиниці вимірювання: стокс , М² / с, позасистемна одиниця - градус Енглера ). Кінематична в'язкість може бути отримана як відношення динамічної в'язкості до щільності речовини і своїм походженням зобов'язана класичних методів вимірювання в'язкості, таким як вимір часу витікання заданого обсягу через калібрований отвір під дією сили тяжіння.

Перехід речовини з рідкого стану в склоподібний зазвичай пов'язують з досягненням в'язкості порядку 1011-1012 Па · с

Прилад для вимірювання в'язкості називається віскозиметром .

Сила в'язкого тертя

Сила в'язкого тертя F пропорційна швидкості відносного руху V тел, пропорційна площі S і обернено пропорційна відстані між площинами h:

Коефіцієнт пропорційності, що залежить від сорту рідини або газу, називають коефіцієнтом динамічної в'язкості.

Якісно істотна відмінність сил в'язкого тертя від сухого тертя , Крім іншого, то, що тіло при наявності тільки в'язкого тертя і як завгодно малої зовнішньої сили обов'язково прийде в рух, тобто для в'язкого тертя не існує тертя спокою , І навпаки - під дією тільки в'язкого тертя тіло, спочатку що рухалося, ніколи (в рамках макроскопічного наближення, який нехтує броунівським рухом) повністю не зупиниться, хоча рух і буде нескінченно сповільнюватися.

друга в'язкість

Друга в'язкість, або друга в'язкість - внутрішнє тертя при перенесенні імпульсу в напрямку руху. Впливає тільки при обліку стисливості і / або при обліку неоднорідності коефіцієнта другий в'язкості по простору.

Якщо динамічна (і кінематична) в'язкість характеризує деформацію чистого зсуву, то друга в'язкість характеризує деформацію об'ємного стиснення.

Друга в'язкість грає велику роль в згасанні звуку і ударних хвиль , І експериментально визначається шляхом вимірювання цього загасання.

в'язкість газів

У кінетичної теорії газів коефіцієнт внутрішнього тертя обчислюється за формулою

,

де - середня швидкість теплового руху молекул, - середня довжина вільного пробігу. З цього виразу зокрема випливає, що в'язкість дуже розріджених газів практично не залежить від тиску, оскільки щільність прямо пропорційна тиску, а - обернено пропорційна. Такий же висновок випливає і для інших кінетичних коефіцієнтів для газів, наприклад, для коефіцієнта теплопровідності . Однак цей висновок справедливий лише до тих пір, поки розрідження газу не стає настільки малим, що відношення довжини вільного пробігу до лінійним розмірам судини ( число Кнудсена ) Не стає усе своєю чергою величини дорівнює одиниці; зокрема, це має місце в судинах Дьюара (термосах).

З підвищенням температури в'язкість більшості газів збільшується, це пояснюється збільшенням середньої швидкості молекул газу , Зростаючої з температурою як

Вплив температури на в'язкість газів

На відміну від рідин, в'язкість газів збільшується зі збільшенням температури (у рідин вона зменшується при збільшенні температури).

Формула Сазерленда може бути використана для визначення в'язкості ідеального газу в залежності від температури: [1]

де:

• μ = динамічна в'язкість в (Па · с) при заданій температурі T,
• μ0 = контрольна в'язкість в (Па · с) при деякій контрольної температурі T0,
• T = задана температура в Кельвіна,
• T0 = контрольна температура в Кельвіна,
• C = постійна Сазерленда для того газу, в'язкість якого потрібно визначити.

Цю формулу можна застосовувати для температур в діапазоні 0 <T <555 K і при тисках менш 3,45 МПа з помилкою менше 10%, зумовленої залежністю в'язкості від тиску.

Постійна Сазерленда і контрольні в'язкості газів при різних температурах наведені в таблиці нижче

Див. також [1] (Англ.).

в'язкість рідин

Динамічний коефіцієнт в'язкості

внутрішнє тертя рідин , Як і газів, виникає при русі рідини внаслідок перенесення імпульсу в напрямку, перпендикулярному до напрямку руху. Справедливий загальний закон внутрішнього тертя - закон Ньютона :

коефіцієнт в'язкості (Динамічна в'язкість) може бути отриманий на основі міркувань про рухах молекул. Очевидно, що буде тим менше, чим менше час t «осілості» молекул. Ці міркування приводять до вираження для коефіцієнта в'язкості, що зветься рівнянням Френкеля-Андраде:

Інша формула, що представляє коефіцієнт в'язкості, була запропонована Бачинським . Як показано, коефіцієнт в'язкості визначається міжмолекулярними силами, які залежать від середньої відстані між молекулами; Останнім визначається молярним об'ємом речовини . Численні експерименти показали, що між молярним об'ємом і коефіцієнтом в'язкості існує співвідношення

де з і b - константи. Це емпіричне співвідношення називається формулою Бачинського .

Динамічна в'язкість рідин зменшується зі збільшенням температури, і зростає із збільшенням тиску.

Кінематична в'язкість

У техніці, зокрема, при розрахунку гідроприводів і в триботехнике , Часто доводиться мати справу з величиною

і ця величина отримала назву кінематичної в'язкості. тут - щільність рідини; - динамічна в'язкість (див. Вище).

Кінематична в'язкість в старих джерелах часто вказана в сантистоксах (сСт). В СІ ця величина перекладається наступним чином:

1 сСт = 1мм2 1c = 10-6 м2 c

Ньютонівські і неньютонівські рідини

Ньютоновскими називають рідини, для яких в'язкість не залежить від швидкості деформації. В рівнянні Нав'є - Стокса для ньютонівської рідини має місце аналогічний вищенаведеному закон в'язкості (по суті, узагальнення закону Ньютона, або закон Нав'є):

де - тензор в'язких напружень.

серед неньютоновскіх рідин , По залежності в'язкості від швидкості деформації розрізняють псевдопластікі і ділатантні рідини . Моделлю з ненульовим напругою зсуву (дія в'язкості подібно сухого тертя ) Є модель Бінгама. Якщо в'язкість змінюється з плином часу, рідина називається тиксотропної. Для неньютоновскіх рідин методика вимірювання в'язкості отримує першорядне значення.

З підвищенням температури в'язкість багатьох рідин падає. Це пояснюється тим, що кінетична енергія кожної молекули зростає швидше, ніж потенційна енергія взаємодії між ними. Тому все мастила завжди намагаються охолодити, інакше це загрожує простий витоком через вузли.

В'язкість аморфних матеріалів

в'язкість аморфних матеріалів (Наприклад, скла або розплавів) - це термічно активізується процес [4] :

де - енергія активації в'язкості (кДж / моль), - температура ( До ), - універсальна газова постійна (8,31 Дж / моль · К) і - деяка постійна.

В'язка течія в аморфних матеріалах характеризується відхиленням від закону Арреніуса: енергія активації в'язкості змінюється від великої величини при низьких температурах (в склоподібного стані) на малу величину при високих температурах (в жідкообразном стані). Залежно від цього зміни аморфні матеріали класифікуються або як сильні, коли , Або ламкі, коли . Ламкість аморфних матеріалів чисельно характеризується параметром ламкості Дорімуса : Сильні матеріали мають , В той час як ламкі матеріали мають .

В'язкість аморфних матеріалів вельми точно апроксимується двуекспоненціальним рівнянням:

з постійними , , , і , Пов'язаними з термодинамічними параметрами сполучних зв'язків аморфних матеріалів.

У вузьких температурних інтервалах недалеко від температури склування це рівняння апроксимується формулами типу VTF або стислими експонентами Кольрауша.

Якщо температура істотно нижче температури склування , Двуекспоненціальное рівняння в'язкості зводиться до рівняння типу Аррениуса

з високою енергією активації , де - ентальпія розриву з'єднувальних зв'язків, тобто створення конфігуронов, а - ентальпія їх руху. Це пов'язано з тим, що при аморфні матеріали знаходяться в склоподібного стані і мають переважна більшість сполучних зв'язків незруйнованими.

при двуекспоненціальное рівняння в'язкості також зводиться до рівняння типу Аррениуса

але з низькою енергією активації . Це пов'язано з тим, що при аморфні матеріали знаходяться в розправленому стані і мають переважна більшість сполучних зв'язків зруйнованими, що полегшує плинність матеріалу.

відносна в'язкість

У технічних науках часто користуються поняттям відносної в'язкості, під якою розуміють відношення коефіцієнта динамічної в'язкості (див. Вище) розчину до коефіцієнта динамічної в'язкості чистого розчинника:

де μ - динамічна в'язкість розчину; μ0 - динамічна в'язкість розчинника.

В'язкість деяких речовин

Для авіабудування і суднобудування найбільш важливо знати в'язкості повітря і води.

в'язкість повітря

В'язкість повітря залежить, в основному, від температури. При 15.0 ° C в'язкість повітря становить 1.78 · 10-5 кг / (м · с), 17.8 мкПа.с або 1.78 · 10-5 Па.с .. Можна знайти в'язкість повітря як функцію температури за допомогою Програми розрахунку вязкостей газів

в'язкість води

Динамічна в'язкість води становить 8,90 × 10-4 па · з при температурі близько 25 ° C.
Як функція температури T (K): (Па · с) = A × 10 B / (T - C)
де A = 2.414 × 10-5 Па · с; B = 247.8 K; і C = 140 K.

Значення в'язкості рідкої води при різних температурах аж до точки кипіння приведена нижче.

температура

[° C]

в'язкість

[МПа · с]

10 1.308 20 1.002 30 0.7978 40 0.6531 50 0.5471 60 0.4668 70 0.4044 80 0.3550 90 0.3150 100 0.2822

Динамічна в'язкість різних речовин

Нижче наведені значення коефіцієнта динамічної в'язкості деяких ньютонівських рідин :

Примітки

Див. також

посилання

• Арінштейн А., Порівняльний вискозиметр Жуковського Квант , № 9, 1983.
• Вимірювання в'язкості нафтопродуктів - огляд методів і одиниць вимірювання в'язкості.
• RH Doremus. J. Appl. Phys. , 92, 7619-7629 (2002).
• MI Ojovan, WE Lee. J. Appl. Phys. , 95, 3803-3810 (2004).
• MI Ojovan, KP Travis, RJ Hand. J. Phys .: Condensed Matter, 19, 415 107 (2007).
• Булкін П. С. Попова І. І., Загальний фізичний практикум. молекулярна фізика
• Стаття в енциклопедії Хімік.ру
• Сєдов Л. І. Механіка суцільного середовища, том 1

література