Вязкость жидкостей

Вязкость

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 $η$ 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 $η$ с повышением температуры изменяется по-разному. Для маловязких жидкостей уменьшения коэффициента $η$ 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

$\eta =A{{e}^{\frac{\Delta W}{kT}}},$

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:

$\eta =\frac{C}{v-w}$

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 $Re < Re_{K_{p}}$ 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!

Тест по теме «Вязкость жидкостей»