Это свойство жидкостей, характеризующее сопротивление их истеканию под действием внешних сил.
Коэффициент вязкости жидкостей, как и газов, определяется по закону Ньютона. Вязкость жидкостей обусловлена подвижностью отдельных молекул или атомов в отличие от газов, для которых внутреннее трение является результатом переноса импульса хаотическим движением молекул. Для жидкостей понятие импульса молекул даже при близком рассмотрении теряет смысл, потому что он очень меняется в связи с колебанием молекул жидкости относительно равновесных положений.
Зависимость вязкости от внешних факторов
Д. И. Менделеев придавал большое значение исследованию вязкости. Эти исследования находят свое развитие в работах А. И. Бачинского и А. З. Голика. Голик подтвердил существование глубокой связи между вязкостью, критической температурой, строением молекул и характером сил связи между молекулами. В частности, Голик показал, что для изоморфных жидкостей коэффициент вязкости ηη при любой температуре тем больше, чем выше критическая температура.
Вязкость жидкостей зависит от температуры, уменьшаясь с ее повышением.
Такая зависимость вполне естественна, так как при этом облегчается взаимное перемещение молекул. Для различных жидкостей коэффициент вязкости ηη с повышением температуры изменяется по-разному. Для маловязких жидкостей уменьшения коэффициента ηη незначительно, для более вязких – оно достаточно велико. Например, при Δt=10°С (от 20 до 30) коэффициент вязкости воды уменьшается на 20%, а глицерина – в 2,4 раза.
Для описания температурной зависимости коэффициента η жидкостей применяется формула Френкеля
η=AekTΔW,
где А – постоянный коэффициент;
ΔW – энергия активации.
Данное соотношение подчеркивает, что взаимное перемещение молекул жидкости (их подвижность) связано с последовательным преодолением энергетического барьера при переходе из одного равновесного положения в другое. Формула Френкеля достаточно точно описывает зависимости η(Т) не только простых, но и сложных жидкостей при p−const. При снижении температуры очень вязкая жидкость превращается в аморфное тело.
А. И. Бачинский раньше, чем Я. И. Френкель, показал, что коэффициент η жидкостей должен зависеть от плотности и увеличиваться при увеличении плотности. Зависимость коэффициента η от температуры и давления Бачинский привел к зависимости только от удельного объема v, который рассматривался как функция температуры и давления:
η=Cv−w
где С – постоянная;
w – «предельный объем» по Бачинскому.
Разницу v−w Бачинский назвал «свободным объемом» жидкости.
Вычисление коэффициента вязкости
Для измерений коэффициента вязкости жидкостей теперь разработано достаточно много методов. Для числа Рейнольдса Re<ReKp их разделяют на три группы:
- Первая группа методов основывается на измерении касательных напряжений ρτ при заданной постоянной скорости сдвига или постоянном градиенте скорости.
- Вторая группа методов основана на измерении средних скоростей сложившихся течений в потоке заданной формы или скорости установившегося движения (падения) твердых тел определенной формы (формы шара) в неограниченной среде.
- К третьей группе относятся нестационарные методы, учитывающие исследования затухающих крутильных колебаний в вязкой среде.
Вязкость жидкостей реагирует на малейшие изменения в молекулярном строении.
При малых значениях числа Re сопротивление телам, движущимся в жидкости, определяется в основном вязкостью жидкости, а при больших значениях Re – инерцией текущей жидкости, формой самого тела.
Заказать статью по физике у экспертов биржи Студворк!
Комментарии