Какое свойство жидкости называется вязкостью
Вязкость жидкости – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена при покое жидкости, так как она проявляется только при её движении. Для правильной оценки таких гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости, необходимо прежде всего установить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное представление о механизме самого движения.
Физический смысл вязкости
Для понятия физической сущности такого понятия как вязкость жидкости рассмотрим пример. Пусть есть две параллельные пластинки А и В. В пространство между ними заключена жидкость: нижняя пластинка неподвижна, а верхняя пластинка движется с некоторой постоянной скоростью υ1
Как при этом показывает опыт, слои жидкости, непосредственно прилегающие к пластинкам (так называемые прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ним скорости, т.е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, будет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью υ1.
Промежуточные слои жидкости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут пропорциональны расстояниям от нижней пластинки.
Ещё Ньютоном было высказано предположение, которое вскоре подтвердилось опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Если взять площадь соприкосновения равной единице, это положение можно записать в виде
где τ – сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или напряжение трения
μ – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода жидкости и называемый коэффициентом абсолютной вязкости или просто абсолютной вязкостью жидкости.
Величину dυ/dy – изменение скорости в направлении, нормальном к направлению самой скорости, называют скоростью скольжения.
Таким образом вязкость жидкости – это физическое свойство жидкости, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу
Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная
Теперь определимся с различными понятиям вязкости:
Динамическая вязкость. Единицей измерения этой вязкости является паскаль в секунду (Па*с). Физический смысл состоит в снижении давления в единицу времени. Динамическая вязкость характеризует сопротивление жидкости (или газа) смещению одного слоя относительно другого.
Динамическая вязкость зависит от температуры. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.
Кинематическая вязкость. Единицей измерения является Стокс. Кинематическая вязкость получается как отношение динамической вязкости к плотности конкретного вещества.
Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания определенного объема жидкости через калиброванное отверстие при воздействии силы тяжести
Абсолютная вязкость получается при умножении кинематической вязкости на плотность. В международной системе единиц абсолютная вязкость измеряется в Н*с/м2 – эту единицу называют Пуазейлем.
Коэффициент вязкости жидкости
В гидравлике часто используют величину, получаемую в результате деления абсолютной вязкости на плотность. Эту величину называют коэффициентом кинематической вязкости жидкости или просто кинематической вязкостью и обозначают буквой ν. Таким образом кинематическая вязкость жидкости
ν = μ / ρ,
где ρ – плотность жидкости.
Единицей измерения кинематической вязкости жидкости в международной и технической системах единиц служит величина м2/с.
В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет единицу измерения см2/с и называется Стоксом(Ст).
Вязкость некоторых жидкостей
| Жидкость | t, °С | ν, Ст |
| Вода | 0,0178 | |
| Вода | 20 | 0,0101 |
| Вода | 100 | 0,0028 |
| Бензин | 18 | 0,0065 |
| Спирт винный | 18 | 0,0133 |
| Керосин | 18 | 0,0250 |
| Глицерин | 20 | 8,7 |
| Ртуть | 0,00125 |
Величину, обратную коэффициенту абсолютной вязкости жидкости, называют текучестью
ξ = 1/μ
Как показывают многочисленные эксперименты и наблюдения, вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры. Для различных жидкостей зависимость вязкости от температуры получается различной.
Поэтому, при практических расчетах к выбору значения коэффициента вязкости следует подходить очень осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно брать за основу специальные лабораторные исследования.
Вязкость жидкостей, как установлено из опытов, зависит так же и от давления. Вязкость возрастает при увеличении давления. Исключение в этом случае является вода, для которой при температуре до 32 градусов Цельсия с увеличением давления вязкость уменьшается.
Что касается газов, то зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, очень существенна. С увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается.
Методы измерения вязкости. Метод Стокса.
Область, посвященная измерению вязкости жидкости, называется вискозиметрия, а прибор для измерения вязкости называется вискозиметр.
Современные вискозиметры изготавливаются из прочных материалов, а при их производстве используются самые современные технологии, для обеспечение работы с высокой температурой и давлением без вреда для оборудования.
Существует следующие методы определения вязкости жидкости.
Капиллярный метод.
Сущность этого метода заключается в использовании сообщающихся сосудов. Два сосуда соединяются стеклянной трубкой известного диаметра и длины. Жидкость помещается в стеклянный канал и за определенный промежуток времени перетекает из одного сосуда в другой. Далее зная давление в первом сосуде и воспользовавшись для расчетов формулой Пуазейля определяется коэффициент вязкости.
Метод по Гессе.
Этот метод несколько сложнее предыдущего. Для его выполнения необходимо иметь две идентичные капиллярные установки. В первую помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а во вторую – исследуемую жидкость. Затем замеряют время по первому методу на каждой из установок и составляя пропорцию между опытами находят интересующую вязкость.
Ротационный метод.
Для выполнения этого метода необходимо иметь конструкцию из двух цилиндров, причем один из них должен быть расположен внутри другого. В промежуток между сосудами помещают исследуемую жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру.
Жидкость вращается вместе с цилиндром со своей угловой скоростью. Разница в силе момента цилиндра и жидкости позволяет определить вязкость последней.
Метод Стокса
Для выполнения этого опыта потребуется вискозиметр Гепплера, который представляет из себя цилиндр, заполненный жидкостью.
Вначале делаются две пометки по высоте цилиндра и замеряют расстояние между ними. Затем шарик определенного радиуса помещается в жидкость. Шарик начинает погружаться в жидкость и проходит расстояние от одной метки до другой. Это время фиксируется. Определив скорость движения шарика затем вычисляют вязкость жидкости.
Видео по теме вязкости
Определение вязкости играет большую роль в промышленности, поскольку определяет конструкцию оборудования для различных сред. Например, оборудование для добычи, переработки и транспортировки нефти.
Вместе со статьей “Вязкость жидкости” читают:
Источник
- Виды вязкости
- Методы измерения вязкости жидкостных веществ
- Применение вязкость на практике
Определение 1
Вязкость жидкости обозначает внутреннее трение и является одним из процессов переноса. Данное свойство газообразных и жидкостных веществ исследования проявляет противодействие передвижению одной части касательно другой. Результатом данного передвижения является деятельность, первоначально затрачиваемая на такое передвижение, далее осуществляется её распространение в виде тепла.
Аспекты деятельности процесса внутреннего трения в газообразных и жидкостных веществах вместе с этим состоит в перенесении беспорядочно передвигающихся молекул импульса от слоя к слою, что, равным образом, предоставляет возможность выравнивать скорости (ввод термина сила трения). Следовательно, вязкость твёрдых тел оснащена большим комплектом индивидуальных свойств.
Виды вязкости
Принято разделять вязкости на некоторое количество видов:
- Динамическая вязкость.
- Кинематическая вязкость.
- Условная вязкость.
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Измерение динамической вязкости в системе СИ производится в паскалях в секунду. СИ – это Международная система единиц, физических величин, теперешняя редакция метрической системы. С позиции физики, это значение представляет преобразование утрат давления за промежуток времени. В системе измерения СГС (сантиметр-грамм-секунда) данная величина измеряется в пуазах (наименование дано согласно фамилии французского врача и физика Жан Луи Мари Пуазёйля). 1 Па*с = 10 П. Динамическая вязкость в жидкостных веществах расположена к уменьшению с увеличением температур, а её увеличение происходит с увеличением параметра давления.
Кинематическая вязкость измеряется в стоксах (наименование дано согласно фамилии английского математика, механика и физика-теоретика сэра Джорджа Габриеля Стокса), что является ключевым содержанием параметром текучих сред. При использовании специализированной аппаратуры (вискозиметра) возможно определение уровня вязкости всех жидкостных веществ. Взвешенный объём жидкости проходит через калибрированный проём исключительно под воздействием силы тяжести (исключается механическое воздействие).
Условная вязкость является значением, косвенно обрисовывающее гидравлическое противодействие течению. Условная вязкость устанавливается промежутком временем течения конкретного объёма жидкости сквозь стоячую трубку с конкретным внутренним радиусом. Измеряется условная вязкость в градусах Энглера (наименование дано согласно фамилии немецкого химика Карла Освальда Виктора Энглера).
Методы измерения вязкости жидкостных веществ
Выполнение процедуры определения вязкости жидкостных веществ принято называть вискозиметрией. На сегодняшний день измерение вязкости жидкостных веществ является вероятным благодаря очередным четырём методикам:
- Капиллярная методика. При выполнении данной методики необходимо присутствие двух ёмкостей, соединённых благодаря совокупности каналов из стекла с большим радиусом и достаточной длинны. Одновременно необходимы начальное представление о величине давления во всех ёмкостях. Жидкостное вещество размещается в канале из стекла, и данная жидкость конкретное время переливается из ёмкости в ёмкость. Последующие расчёты производятся с помощью уравнения Пуазейля (нахождение коэффициента вязкости жидкости). Инновационные вискозиметры производятся из сырья высокого качества и стойкости, которое способно переносить высокую температуры.
- Медицинская методика по Гессе. Для выполнения вычислений вязкости жидкостных веществ данным способом, необходимо присутствие двух одинаковых капиллярных устройств. В одном устройстве располагается среда с изначально установленной величиной внутреннего трения, а в другом расположена изучаемое жидкостное вещество. Далее производятся измерения двух величин времени и создание соотношения, благодаря которому присутствует возможность определиться с необходимым результатом.
- Ротационная методика необходимо присутствие устройства из цилиндров, имеющих общую ось вращения. Данная конструкция предусматривает расположение первого цилиндра во втором. Между цилиндрами вливается жидкостное вещество, после чего к цилиндру, который находится внутри прикладывается усилие с конкретной скоростью. Эта скорость передаётся жидкостному веществу, и вязкость будет определена с помощью различия в силе момента.
- Методика Стокса. Выполнение данного эксперимента потребует присутствия вискозиметра Гепплера, который представляет наполненный жидкостным веществом цилиндрическую ёмкость. Перед осуществлением данного опыта на цилиндрической ёмкости производятся две отметки, и после проведения опыта определяется расстояние между отметками. Далее погружается в жидкостное вещество шарик конкретного диаметра. Чтобы рассчитать скорость снижения положения шарика, засекается время его погружения от первой отметки к второй. Зная скорость погружения шарика, предоставляется возможность рассчитать вязкость жидкостного вещества.
Применение вязкость на практике
Замечание 1
На сегодняшний день являются известными многие способы использования вязкости жидкостных веществ на практике. Установление значения вязкости на практике играет огромную роль в нефтеперерабатывающей отрасли. Деятельность в многофазовых, высокодисперсных условиях предполагает понимание из физических параметров (особенно внутреннего трения).
На сегодняшний день вискозиметры производятся из высокопрочного сырья, и их изготовление настаивает на применении инновационных технологий. Благодаря этому предоставляется возможность выполнять требуемые измерения при значительных температурных параметрах и большом давлении, не подвергая аппаратуру выходу со строя. Вязкость жидкостных веществ имеет огромное значение практически во всех отраслях производства, так как транспортирование, добывание и обработка различного сырья и материалов имеют зависимость от величины внутреннего трения жидкости.
Вязкость жидкостных веществ является ключевым значением и в медицине непосредственно, и для её аппаратуры, в частности. Попадание газовых веществ с помощью эндо-трахеальной трубки имеет зависимость от внутреннего трения конкретного газового вещества. В данной ситуации различно будет происходить отражение преобразования величины вязкости среды на проникании воздуха сквозь аппаратуру (зависит от структуры газового вещества).
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Производство вакцинации и ввод разнообразных лекарств с помощью шприца, в свою очередь, является ярчайшим образцом воздействия вязкости среды. В данном случае говорится о перепадах давления на окончании иглы шприца во время введения лекарственных препаратов, невзирая на то, что начально было пренебрежено этим явлением. Образование повышенного давления на конце иголки шприца является результатом влияние внутреннего трения.
Из этого следует, что вязкость многих веществ является одной из физических величин, которая обладает огромным использованием на практике. В разнообразных сферах деятельности (особенно в производстве) понятие внутреннего трения и вязкости веществ упоминается очень частенько. В частности, работа простого медицинской или экспериментальной аппаратуры в лабораторных условиях зависит от уровня вязкости среды, которые используются в экспериментах и на практике.
Источник
Определение 1
Вязкость жидкости означает внутреннее трение и представляет собой одно из явлений переноса. Другим словами, это свойство текучих тел (то есть газов и жидкостей), которое заключается в оказании сопротивления перемещению одной их части в отношении другой. Следствием такого перемещения становится работа, которая изначально затрачивалась на данное перемещение, а затем происходит ее рассеивание в виде тепла.
Рисунок 1. Вязкость жидкости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Принцип действия механизма внутреннего трения в жидкостях и газах при этом заключается в переносе хаотически движущихся молекул импульса от одного слоя к другому, что, в свою очередь, способствует выравниванию скоростей (введение такого понятия как сила трения). Таким образом вязкость твёрдых тел обладает целым набором специфических особенностей.
Виды вязкости
Существует несколько разновидностей вязкости:
- динамическая;
- кинематическая;
- условная.
Динамическая вязкость в международной измерительной системе измеряется в паскалях в секунду. С точки зрения физики, данная величина демонстрирует изменение потерь давления за единицу времени. В системе СГС она измерима в пуазах (название дано в честь французского физика Ж. Пуазёйля. Динамическая вязкость жидкостей склонна уменьшаться при увеличении температуры, а ее повышение наблюдается с увеличением показателя давления.
Измерение кинематической вязкости осуществляется в стоксах, что представляет основополагающее значение свойства текучих сред. При задействовании специального прибора вискозиметра становится возможным измерение вязкости любой жидкости. Ее тарированный объем пропускается через калиброванное отверстие (исключая механическое побуждение) и под влиянием одной только силы тяжести.
Рисунок 2. Динамическая вязкость. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Условная вязкость представляет величину, косвенным образом характеризующую гидравлическое сопротивление течению. При этом она измеряется временем истечения заданного объема раствора через вертикальную трубку с определенным диаметром. Измерение осуществляется в градусах Энглера (в честь немецкого химика).
Методы определения вязкости жидкости
Рисунок 3. Методы определения вязкости жидкости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Процесс измерения вязкости жидкости называется вискозиметрией. В современных условиях определение вязкости жидкости становится возможным с помощью следующих четырех методов:
- Капиллярный метод. Для проведения этого метода потребуется наличие двух сосудов, которые соединены между собой посредством стеклянного канала с небольшим диаметром и с известной длиной. Также потребуется изначальное знание значения давления в каждом из сосудов. Жидкость помещают в стеклянный канал, а она далее за определенный промежуток времени перетекает из одной колбы в другую. Дальнейшие подсчеты будут производиться благодаря формуле Пуазейля (определение коэффициента вязкости жидкости). Современные капиллярные вискозиметры состоят из качественного и стойкого материала, способного выдерживать большие температурные нагрузки.
- Медицинский метод по Гессе. С целью расчета вязкости жидкости таким образом, потребуется наличие не одной, а двух идентичных капиллярных установок, в одну из которых помещается среда с предварительно известным значением внутреннего трения, а во второй будет находиться помещенная туда исследуемая жидкость. В дальнейшем выполняется измерение двух значений времени и составление пропорции, по которой можно выйти на нужное число.
- Ротационный метод потребует наличия конструкции из двух соосных цилиндров, что предполагает нахождение одного и них внутри другого. В промежуток между ними заливается жидкость, а далее внутреннему цилиндру придается определенная скорость. данная угловая скорость также сообщается жидкости. Вязкость среды определяется при этом благодаря разнице в силе момента.
- Метод Стокса. Проведение такого опыта требует наличие вискозиметра Гепплера, представляющего собой заполненный жидкостью цилиндр. До начала эксперимента на цилиндре делаются две пометки и затем между ними измеряется длина. Дальше берется шарик определенного радиуса R, который затем опускается в жидкую среду. Для вычисления скорости его падения определяется время передвижения объекта от одной метки к другой. Знание скорости движения шарика позволяет определить вязкость жидкости.
Вязкость в практическом применении
Замечание 1
Известны способы широкого применения свойства вязкости жидкости в практическом смысле. Так, определение вязкости большое практическое значение имеет: в условиях нефтеперерабатывающей промышленности. работа с многофазными, дисперсными средами подразумевает знание их физических свойств, в особенности – внутреннего трения.
Современные вискозиметры делаются из прочных материалов, а их производство требует задействования передовых технологий. В комплексе это позволяет производить работу с высокой температурой и давлением без повреждений оборудования. Вязкость жидкости большую роль играет и в промышленности, поскольку транспортировка, добыча и переработка, например, нефти будут зависеть от значений внутреннего трения у жидкостной смеси.
Также существенную роль свойство вязкости жидкости играет и для медицинского оборудования. Так, поступление газовой смеси посредством эндотрахеальной трубки зависит от внутреннего трения данного газа. Здесь по-разному будет отражаться изменение значений вязкости среды на проникновении воздуха через аппарат (зависимость от состава газовой смеси).
Введение вакцин и лекарственных препаратов, через шприц также представляет яркий пример действия вязкости среды. Здесь имеются в виду перепады давления на конце иголки в момент впрыскивания жидкости, несмотря на факт изначального пренебрежения учеными данным физическим явлением. Возникновение высокого давления на наконечнике представляет собой следствие действия внутреннего трения.
Таким образом, вязкость среды считается одной из физических величин, обладающей широким практическим применением. В лаборатории, промышленности, а также медицине понятие внутреннего трения фигурирует довольно часто. Функционирование простейшего лабораторного оборудования зависимо от степени вязкости среды, используемой в исследованиях.
Источник