Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Слайд 69. Измерение вязкости
Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих веществ (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Основной закон вязкого течения описывается формулой Ньютона: , где F – тангенциальная (касательная) сила, вызывающая сдвиг слоев жидкости (газа) друг относительно друга; S – площадь слоя, по которому происходит сдвиг; dV / dn – градиент скорости V течения (быстроты изменения ее от слоя к слою) по нормали п. Коэффициент пропорциональности η называется динамической вязкостью. Он характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению ее слоев. Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью φ = 1/η. Наряду с понятием динамической вязкости используется понятие кинематической вязкости ν: . (8.16)
Механизм образования вязкости в жидкостях следующий. Пусть два слоя жидкости, середины которых отстоят друг от друга на расстоянии dz , имеют скорости v 1 и v 2 . Co стороны слоя, который движется быстрее, на слой, который движется медленнее, действует ускоряющая сила F 1 . Наоборот, на быстрый слой действует тормозящая сила F 2 со стороны медленного слоя. Эти силы, направленные по касательной к слоям, называются силами внутреннего трения. В жидкостях внутреннее трение обусловлено действием межмолекулярных сил - расстояния между молекулами жидкости сравнительно невелики, а потому силы взаимодействия значительны. Молекулы жидкости, подобно молекулам твердого тела, колеблются около положений равновесия, но эти положения не являются постоянными. По истечении некоторого интервала времени молекула скачком переходит в новое положение. Это время называется временем «оседлой жизни» молекулы. Силы межмолекулярного взаимодействия зависят от рода жидкости. Вещества с малой вязкостью - текучи, и наоборот, сильно вязкие вещества могут иметь значительную механическую твердость, как, например, стекло. Вязкость существенно зависит от количества и состава примесей, а также от температуры. С повышением температуры время «оседлой жизни» уменьшается, что обуславливает рост подвижности жидкости и уменьшение ее вязкости.
Вязкость газов, в отличие от жидкостей, увеличивается при повышении температуры. Различный характер зависимости вязкости газов и жидкостей от температуры указывает на различный механизм их возникновения, хотя формула Ньютона одинаково справедлива и для обоих этих состояний. Рассмотрим, как возникает внутреннее трение в газах. В отличие от жидкостей здесь силы внутреннего трения возникают в результате микрофизического процесса передачи импульса от одного слоя газа к другому. Переносчиками импульса выступают молекулы газа. Выделим в движущемся потоке газа вдоль вектора скорости два параллельных соприкасающихся слоя. Пусть скорости v их движения по величине и направлению таковы, как показано на рисунке. В тепловом движении импульсы р молекул и их проекции р x в рассматриваемых слоях неодинаковы. Молекулы, находящиеся в более медленном, «нижнем» слое, имеют меньшую составляющую импульса р x и, попав в «верхний» слой, затормаживают его. Δрх – изменение импульса - направлено навстречу движению этого слоя. «Верхние» же молекулы, наоборот, переносят вниз импульс больший, чем имеют молекулы «нижнего» слоя, и поэтому ускоряет нижний слой. По второму закону Ньютона Δрх/Δ t = F – сила сопротивления движению. Она зависит от массы молекул, их концентрации (частота переноса импульсов) и температуры (скорость молекул). Таким образом, вязкость газов тем больше, чем больше их молекулярная масса. Она увеличивается также с повышением давления, поскольку при этом растёт концентрация газа. Отсюда также становится понятным, что чем выше температура газа, тем больше скорость теплового движения и интенсивней обмен молекулами между его слоями, а, следовательно, тем больше коэффициент вязкости этого газа. Единицами динамической вязкости являются Па∙с (в системе единиц СИ) и П (пуаз). 1 Па∙с - это вязкость такой жидкости, в которой на 1 м поверхности слоя действует сила, равная одному ньютону, если скорость между слоями на расстоянии 1 см изменяется на 1 см/с. Жидкость с вязкостью 1 Па∙с относится к числу высоковязких, поэтому на практике часто используются единицы мПа∙с (миллипуаз) и сП (сантипуаз). Единицами кинематической вязкости являются м2/с (в системе единиц СИ) и Ст (стокс). Соотношение между указанными единицами: 1 П = 10-1 Па∙с; 1 Ст = 10-4 м2/с. На практике иногда пользуются понятием условной вязкости, представляющей собой отношение времени истечения из вискозиметра определенного объема некоторой жидкости ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 0С. Условная вязкость измеряется в градусах ВУ.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-20; Просмотров: 259; Нарушение авторского права страницы