Мера вязкости – плотность и вязкость, единицы измерения.

Содержание

Вязкость жидкости

Содержание

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 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 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.

www.nektonnasos.ru

Что такое вязкость? Единицы измерения вязкости

Вязкость характеризует способность газов или жидкостей создавать сопротивление между движущимися по отношению друг к другу слоями текучих (не твердых) тел. То есть эта величина соответствует силе внутреннего трения (английский термин: viscosity), возникающей при движении газа или жидкости. Для разных тел она будет различной, так как зависит от их природы. Например, вода имеет низкую вязкость по сравнению с медом, вязкость которого намного выше. Внутреннее трение или текучесть твердых (сыпучих) веществ характеризуется реологическими характеристиками.

Слово вязкость происходит от латинского слова Viscum, что в переводе означает омела. Это связано с птичьим клеем, который делали из ягод омелы и использовали для ловли птиц. Клеящим веществом намазывали ветки деревьев, а птицы, садясь на них, становились легкой добычей для человека.

Что же такое вязкость? Единицы измерения данной характеристики будут приведены, как это принято, в системе СИ, а также в других внесистемных единицах.

Исак Ньютон в 1687 году установил основной закон течения жидких и газообразных тел: F = ƞ • {(v2 – v1) / (z2 – z1)} • S. В данном случае F — это сила (тангенциальная), которая вызывает сдвиг слоев подвижного тела. Отношение (v2 – v1) / (z2 – z1) показывает быстроту изменения скорости течения жидкости или газа при переходе от одного подвижного слоя к другому. Иначе называется градиентом скорости течения или скоростью сдвига. Величина S — это площадь (в поперечном сечении ) потока подвижного тела. Коэффициент пропорциональности ƞ и есть коэффициент вязкости динамической данного тела. Величина, ей обратная j = 1 / ƞ, является текучестью. Силу, действующую на единицу площади (в поперечном сечении) потока, можно рассчитать по формуле: µ = F / S. Это и есть абсолютная или динамическая вязкость. Единицы измерения ее в системе СИ выражаются как паскаль на секунду.

Вязкость является важнейшей физико-химической характеристикой многих веществ. Значение ее учитывают при проектировании и эксплуатации трубопроводов и аппаратов, в которых происходит движение (например, если они служат для перекачивания) жидкой или газообразной среды. Это могут быть нефть, газ или продукты их переработки, расплавленные шлаки либо стекло и прочее. Вязкость во многих случаях является качественной характеристикой полупродуктов и готовых продуктов различных производств, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояния материала и изменения, происходящие в технологии. Часто для оценки величины сопротивления деформации или истечения используют не динамическую, а кинематическую вязкость, единицы измерения которой в системе СИ выражаются в квадратных метрах за секунду. Кинематическая вязкость (обозначается ν) есть отношение вязкости динамической (µ) к плотности среды (ρ): v = µ / ρ.

Кинематическая вязкость — это физико-химическая характеристика материала, показывающая его способность под действием сил гравитации сопротивляться течению.

В системе СИ единицы измерения кинематической вязкости записывают как м2/с.

В системе СГС вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

Между этими единицами измерения существует следующая связь: 1 Ст = 10-4 м2/с, тогда 1 сСт = 10-2 Ст = 10-6 м2

/с = 1 мм2/с. Часто для кинематической вязкости пользуются другой внесистемной единицей измерения — это градусы Энглера, перевод которых в Стоксы можно осуществлять по эмпирической формуле: v = 0,073oE – 0,063 / oE или по таблице.

Для пересчета системных единиц измерения динамической вязкости во внесистемные можно использовать равенство: 1 Па • с = 10 пуаз. Краткое обозначение записывается: П.

Обычно единицы измерения вязкости жидкости регламентируются нормативной документацией на готовый (товарный) продукт или технологическим регламентом на полупродукт вместе с допустимым диапазоном изменения этой качественной характеристики, а также с погрешностью ее измерения.

Для определения вязкости в лабораторных или производственных условиях пользуются вискозиметрами различной конструкции. Они могут быть ротационные, с шариком, капиллярные, ультразвуковые. Принцип измерения вязкости в стеклянном капиллярном вискозиметре основан на определении времени истечения жидкости через калиброванный капилляр определенного диаметра и длины, при этом должна быть учтена постоянная вискозиметра. Так как вязкость материала зависит от температуры (с повышением ее она будет уменьшаться, что объясняется молекулярно-кинетической теорией как результат ускорения хаотического движения и взаимодействия молекул), поэтому испытуемая проба должна быть выдержана некоторое время при определенной температуре для усреднения последней по всему объему пробы. Существует несколько стандартизованных методов испытания вязкости, но наиболее распространенный — это межгосударственный стандарт ГОСТ 33-2000, на основании которого определяется кинематическая вязкость, единицы измерения в данном случае мм

2/с (сСт), а динамическая вязкость пересчитывается, как произведение вязкости кинематической на плотность.

fb.ru

Сведения о вязкости

 

Физические величины. Вязкость жидкости

Вязкость – свойство жидкости, которое определяет сопротивление жидкости к внешнему воздействию. Вязкость можно представить как внутреннее трение между отдельными слоями жидкости при их смещении относительно друг друга.

Существуют два основных параметра для определения вязкости жидкости: динамическая (или абсолютная) вязкость и кинематическая вязкость. Динамическая вязкость представляется как отношение единицы силы, необходимой для смещения слоя жидкости на единицу расстояния, к единице площади слоя.

Определяющее уравнение для динамической вязкости

                                                                                                                            

В международной системе единиц СИ при выражении единицы давления сдвига  F/S в паскалях, градиента скорости grad υ   (изменение скорости жидкости, отнесённого к расстоянию между слоями) в секундах в минус первой степени динамическая вязкость µ выразится в паскалях-секундах (П·с). В метрической системе единица вязкости представляется в грамм/сантиметр в секунду, называемой пуаз. Принятое обозначение пуаз – П

                                                                          1 П·с = 10 пуаз.

Единицы измерения динамической вязкости паскаль-секунда и пуаз значительны по своему размеру и применяют дольные единицы – миллипаскаль-секунда мПа и сантипуаз сП

                                                                           1 мПа·с = 1 сП.

Переводные множители для расчёта динамической вязкости приведены в таблице.

 

Величина обратная динамической вязкости жидкости определяется как текучесть жидкости и в международной системе единиц (СИ) выражается Па-1·С-1.

Формула для определения кинематической вязкости при заданной динамической вязкости выглядит так:

 

                                     

Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ – квадратный метр на секунду, в метрической системе – квадратный сантиметр на секунду называемый стокс. Принятое обозначение стокса – Ст.

1 м2/с = 104 Ст

Единица измерения кинематической вязкости квадратный метр на секунду и стокс значительна по своему размеру и для практических применений используют дольные единицы – квадратный миллиметр на секунду и сантистокс сСт

                                                                             1 мм2/с = 1 сСт.

Переводные множители для расчёта кинематической вязкости приведены в таблице:

    

 

  При необходимости пересчёта параметров вязкости можно воспользоваться соотношением  соблюдая размерности физических величин, например:

                                                                  

Вязкость и плотность жидкостей при 20°С:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.areopag-spb.ru

Единица измерения вязкости жидкости — Лада мастер

Масла, тормозные жидкости, трансмиссионные жидкости, составы для гидравлических систем, топливо — все эти эксплуатационные материалы имеют основные и косвенные свойства и характеристики. Если для одних жидкостей важны степень воспламенения и испаряемость, то для других важнее текучесть и вязкость. Именно о вязкости мы и поговорим сегодня.

Содержание:

  1. Вязкость и от чего она зависит
  2. Кинематическая и динамическая вязкость, их определение
  3. Вязкость автомобильных жидкостей
  4. Вязкость гидравлических и индустриальных жидкостей

Вязкость и от чего она зависит

Каждая жидкость имеет свою вязкость Каждая жидкость имеет свою вязкость

Если говорить о вязкости жидкостей в принципе, то её измерение диктуется целым рядом факторов. К примеру, вязкость крови измеряют для одних целей, а вязкость ракетного топлива совсем для других. Именно по этому единица измерения вязкости жидкости может выражаться несколькими величинами и вычисляться по нескольким алгоритмам. Для тех жидкостей, которым этот параметр не принципиально важен, к примеру, вода.

Зависимость Температура-ВязкостьЗависимость Температура-Вязкость

Каждое вещество состоит из молекул, которые могут в определённых пределах сдвигаться друг относительно друга. Способность жидкости сопротивляться сдвигу частиц, из которых она состоит, называют вязкостью. Вязкость может зависеть от массы параметров, как внешних условий, так и внутренних свойств молекулярных связей в том или ином веществе. К примеру, вязкость любой жидкости в той или иной степени зависит от температуры, в то же время, на показатель вязкости влияет химический состав. Взаимодействие этих факторов и формирует коэффициент вязкости вещества.

Кинематическая и динамическая вязкость, их определение

Способы оценки вязкости жидкостиСпособы оценки вязкости жидкости

Вязкость любой жидкости характеризуют динамический и кинематический коэффициенты. В лабораторной системе измерений единицей измерения кинематического коэффициента вязкости считают сантистокс. Показатель вычисляют в диапазоне температур от 40 до 120 градусов. Этот параметр определяется с помощью капиллярного вискозиметра путём замера количества вытекающей жидкости через калиброванное отверстие при определённой температуре за определённый промежуток времени.

Вязкость по САЕВязкость по САЕ

Абсолютная, или динамическая вязкость, определяется без учёта плотности вещества. Этот коэффициент выражает сопротивление, возникающее при перемещении жидкостей на определённой скорости, которые находятся на расстоянии 1 см друг от друга. Для измерения динамической вязкости применяют ротационный вискозиметр. В лабораторных условиях и тот и другой коэффициент могут иметь множество размерностей, в зависимости от сферы применения жидкости:

  • динамическая вязкость может выражаться в паскаль/секундах, пуазах, сантипуазах;

  • кинематическая вязкость выражается в градусах Энглера, секундах Сейболта, стоксах, сантистоксах, квадратных сантиметрах в секунду.

Вязкость автомобильных жидкостей

Вязкость маслаВязкость масла

Как видим, классификаций вязкости жидкостей достаточно много и чтобы не путаться в этих параметрах каждая сфера деятельности выбирает себе наиболее удобную систему измерения, исходя из особенностей использования жидкости. Так в автомобилестроении принят определённый стандарт по вязкости масла тоже. Этот стандарт называется SAE и его сертифицировали по американскому стандарту J300 АРR97. Каждая из автомобильных жидкостей имеет свои параметры — для масла важна вязкость и текучесть, для трансмиссионного масла — то же самое плюс наличие присадок, для тормозной жидкости плотность.

Вязкость масла2Вязкость масла2

Что касается масел, то Ассоциация автомобильных инженеров делит их по способности течь и образовывать смазывающую плёнку на поверхности трущихся деталей в условиях разных температур. По этому принципу и делятся масла на зимние, летние и всесезонные. Трансмиссионные масла соответствуют по вязкости стандарту J306 и как и моторные, обозначаются по сезонности — зимние (70W), летние (90) или всесезонные (75W-85).

Трансмиссионные маслаТрансмиссионные масла

Вязкость гидравлических и индустриальных жидкостей

zamena-tormoznoj-zhidkostizamena-tormoznoj-zhidkosti

Если с маслами разобраться достаточно просто, главное знать какой индекс вязкости рекомендует производитель автомобиля для конкретного двигателя при определённой температуре, то с другими эксплуатационными материалами все сложнее. К примеру, жидкость для гидравлического усилителя руля также имеет свою вязкость, которая также изменяется в зависимости от температуры среды. Такие жидкости не только передают механическое усилие (как тормозная жидкость или масло для АКПП), но и должны смазывать механизмы и сопрягаемые детали.

Испытания масел по методике 1932 годаИспытания масел по методике 1932 года

По этому признаку их делят на классы. Каждому классу соответствует жидкость с определённой вязкостью и эти справочные данные мы привели в таблице ниже.

Классы вязкостиКлассы вязкости

Знать о тонкостях измерения вязкостей жидкостей простому автолюбителю вовсе необязательно, если он не сотрудник лаборатории по испытанию масел, однако учитывать рекомендации производителя каждого из узлов необходимо. Пользуйтесь жидкостями с правильной вязкостью и удачных всем дорог!

ladamaster.com

Вязкость единицы измерения - Справочник химика 21

    Пример 6-3. Вязкость 40%-ного раствора едкого натра при 60°С составляет fi = 5,4 -спз. Определить вязкость раствора в других единицах измерения. [c.127]

    Кинематическая вязкость равна отнощению динамической вязкости к плотности жидкости при температуре определения. Единица измерения кинематической вязкости — квадратный метр на секунду (м /с). [c.49]


    В честь английского ученого Д. Г. Стокса (1819—1903), изучавшего законы движения в текучих телах, единица измерения кинематической вязкости до недавнего времени называлась сток-сом (Ст). Эта единица измерения встречается в справочниках, поэтому полезно знать, что 1 м7с = 10 Ст = 10 сСт. [c.34]

    Для газов и паров приняты динамическая и кинематическая вязкости, единицы измерения которых в СИ те же, что и для жидкостей (соответственно паскаль на секунду и квадратный метр на секунду, а также кратные им). [c.28]

    В технике пользуются единицей измерения кинематической вязкости стоксом ( m), причем 1 m = 1 см сек = 10— м сек, и единицей в 100 раз меньшей стокса — сантистоксом ( m) 1 m = = 0,01 см сек = 10- м сек. [c.26]

    Единица динамической вязкости, выраженная в единицах измерения называется в честь Пуазейля пуазом. Динамическую вязкость при температуре I обозначают Т1(. [c.249]

    Для определения вязкости жидких материалов имеется значительное количество эмпирических методов и единиц измерения. Поэтому при необходимости сравнения значений вязкости, полученных различными методами, и при корреляции этих значений с абсолютной или кинематической вязкостью, часто возникают затруднения. Попытки такой корреляции опубликованы в различных литературных источниках, и поэтому краткий обзор и обсуждение этого вопроса могут быть полезными. [c.112]

    Единицы измерения вязкости см. т. 1 настоящего издания, стр. 982. [c.26]

    Следовательно, в СИ единицей измерения кинематической вязкости является [c.26]

    Единица измерения кинематической вязкости, определяемая отношением динамической вязкости жидкости к ее плотности. [c.14]

    За единицу динамической вязкости в системе СИ принимается вязкость, при которой на 1 слоя жидкости действует сила в 1 н при поперечном градиенте сек- . Размерность динамической вязкости— н-сек/м или кг м-сек. В технике пользуются единицей измерения динамической вязкости — пуазом пз), причем 1 пз = = 0,1 н-сек/м . [c.26]

    А. Вязкость. Под вязкостью здесь понимается динамическая (абсолютная) вязкость т], измеряемая в Па-с, что эквивалентно единице измерения кг/(м-с), в то время как кинематическая вязкость, измеряемая в м /с, получается просто как частное от деления динамической вязкости на плотность. [c.158]


    В нефтепереработке наиболее широко пользуются кинематической вязкостью, численно равной отношению динамической вязкости нефтепродукта к его плотности v = г /р. Единицей измерения V является см /с(стокс) или ммУс(сантистокс). [c.83]

    Единицу измерения любого фактора выразим через произведение степеней единиц измерения основных факторов. Далее для упрощения обозначим у через и предположим, что какие-то величины из ряда. .., х можно сгруппировать в безразмерные комплексы ф ,. .., ф,. Если безразмерные комплексы нельзя образовать, в число переменных факторов х ,. .., а включают размерные постоянные, не меняющиеся в ходе процесса (ускорение свободного падения, вязкость и т. д.). [c.131]

    В технике вязкость жидкостей часто выражается в стоксах или величиной в 100 раз меньшей — сантистоксах. Стокс — единица измерения кинематической вязкости в абсолютной системе единиц измерения сантиметр-грамм-секунда (СС5 — система). Стокс равен величине вязкости жидкости, имеющей плотность 1 г см , оказывающей сопротивление силой в 1 дин перемещению двух слоев жидкости [c.67]

    Единица измерения сопротивления течению жидкости, т. е. вязкость, определяемая как напряжение сдвига (в динах на квадратный сантиметр), необходимое для перемещения одного слоя жидкости относительно другого, при расстоянии между слоями в один сантиметр со скоростью один сантиметр в секунду Эта вязкость не зависит от плотности жидкости и прямо связана с сопротивлением течению. [c.13]

    Такое большое разнообразие приборов и эмпирических единиц для измерения вязкости, или внутреннего трения , является весьма неудобным. Сокращение количества разновидностей приборов, методов и единиц измерения приведет к значительным экономическим преимуществам и позволит избежать большой путаницы. [c.113]

    Определения и единицы измерения вязкости см. т. I настоящего издания Справоч- пика химика (стр. 982). [c.323]

    И выражения (2.103) получаем следующее определяющее уравнение для установления величины единицы измерения динамической вязкости  [c.59]

    Приведенную в (1.28) единицу измерений коэффициента вязкости (Па-с) нередко заменяют на внесистемную единицу, названную в честь французского ученого Ж- Л. М. Пуазейля (1799—1869) — пуазом (П) 1 Па-с= 10 П 1 П = = 10-1 Па-с. [c.34]

    За единицу измерения условной вязкости принимают отношение времени истечения 200 см испытуемой жидкости ко времени истечения через то же отверстие такого же количества воды при 20° С. [c.23]

    Дайте понятие вязкости. Назовите единицы измерения вязко-аи. [c.85]

    Из уравнения (X, 1) можно видеть, что единицами измерения вязкости являются г/(см-с). [c.324]

    Коэффициент пропорциональности Т1 называется вязкостью жидкости. В СИ единицей измерения вязкости является Па-с. В области применимости закона Ньютона вязкость не зависит от градиента скорости. [c.127]

    Обозначения и единицы измерения К —абсолютная температура, градусы Кельвина С —температура, градусы Цельсия Р —температура, градусы Фаренгейта р —п

www.chem21.info

Мир современных материалов - Измерение вязкости

             Важным показателем качества жидких, а также аморфных вязких материалов (смолы, компаунды) является вязкость, которая имеет большое значение в технологии электрической изоляции при пропитке, опрессовке и т.п.

 Различают три вида вязкости – динамическая, кинематическая и условная.

Динамическую вязкость измеряют в паскаль-секундах. Паскаль-секунда (Па×с)– это динамическая вязкость среды, при ламинарном течении которой в слоях, находящихся на расстоянии 1 м, в направлении перпендикулярном течению, под действием давления сдвига 1 Па возникает разность скоростей течения 1 м/с. В практике испытаний применяется другая единица – пуаз (П): 1 П=0,1 Па×с. Одним из определений динамической вязкости η  является закон Стокса, согласно которому скорость V движения шара радиусом r в вязкой среде под действием силы F равна:

  

Закон Стокса действителен для малой скорости V движения шара в неограниченном объеме жидкости.

Динамическую вязкость жидкостей измеряют ротационными вискозиметрами, которые удобны для испытаний высоковязких материалов, таких как полимеры, расплавленные битумы и т.п. Существует ряд их конструкций. В одной из них испытуемая жидкость помещается в пространство между двумя коаксиальными цилиндрами, внешний из которых неподвижен, а внутренний вращается вокруг вертикальной оси либо с постоянной частотой, либо с замедлением после отключения двигателя, который привел его во вращение. Вязкость определяется по затрате мощности на вращение или по степени замедления. Цилиндр может начать вращаться и под действием веса груза, который подвешен на нити, перекинутой через блок, соединенный с осью внутреннего цилиндра. В этом случае динамическая вязкость жидкости определяется по формуле:

  

где P – вес груза; ΔP – поправка на трение подшипников прибора; n – частота вращения внутреннего цилиндра; K – постоянная, зависящая от геометрических размеров прибора.

Для непрерывного измерения динамической вязкости весьма малых объемов жидкости (до 5 см3) применяются ультразвуковые (вибрационные) вискозиметры, принцип действия которых основан на определении времени затухания ультразвуковых колебаний.

Кинематическая вязкость ν - отношение динамической вязкости η к плотности вещества, единица измерения м2/с. На практике ее иногда измеряют в стоксах: 1 стокс (Ст)=10-4 м2/с. С помощью капиллярных вискозиметров эта характеристика определяется по времени истечения заданного объема испытуемой жидкости через капилляр заданного диаметра.

Условная вязкость - характеристика, получаемая при определенной методике испытания. Эта величина связывается с динамической и кинематической вязкостью приближенными эмпирическими соотношениями.

Если требуется определить вязкость жидкости с небольшим временем истечения, то пользуются вискозиметрами ВЗ, которые предназначены для измерения вязкости электроизоляционных лаков. За условную вязкость в этом случае принимается время непрерывного истечения (в секундах) определенного объема испытуемого материала через калиброванное стальное сопло. Результат измерения умножают на поправочный коэффициент (от 0,9 до 1,1). Кинематическую вязкость определяют с помощью градуировочной кривой, которая представляет собой зависимость времени истечения в секундах от вязкости испытуемых жидкостей, мм2/с.

 

Вас также может заинтересовать:

worldofmaterials.ru

Кинематическая вязкость - это... Что такое Кинематическая вязкость?


Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из трёх явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единицы измерения: пуаз, Па·с) и кинематическую вязкость (единицы измерения: стокс, м²/с, внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объема через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

\eta=\frac{1}{3}\langle u \rangle \langle\lambda \rangle \rho,

где \langle u \rangle — средняя скорость теплового движения молекул, λ − средняя длина свободного пробега.

Вторая вязкость

Вторая вязкость — внутреннее трение при переносе импульса в направлении движения. Влияет только при учёте сжимаемости и/или при учёте неоднородности коэффициента второй вязкости по пространству.

Вязкость жидкостей

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Общий закон внутреннего трения — закон Ньютона: \tau = - \eta \frac{\partial v}{\partial n}, Коэффициент вязкости η может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде: η = Cew / kT

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества VM. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение \eta = \frac{c}{V_{M}-b}, где с и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. Если вязкость падает при увеличении скорости, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

Вязкость аморфных материалов

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов), это термически активизируемый процесс[1]:

\eta(T)=A\cdot\exp\left(\frac{Q}{R T}\right),

где Q — энергия активации вязкости (кДж/моль), T — температура (К), R — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль•К) и A — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q изменяется от большой величины QH при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину QL при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда \left(Q_H - Q_L\right)&amp;amp;lt;Q_L, или ломкие, когда \left(Q_H - Q_L\right)\geq Q_L. Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса R_D=\frac{Q_H}{Q_L}: сильные материалы имеют RD < 2, в то время как ломкие материалы имеют R_D\ge 2.

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением:

\eta(T)=A_1\cdot T\cdot \left[1+A_2\cdot\exp\frac{B}{R T}\right]\cdot\left[1+C\exp\frac{D}{R T}\right]

с постоянными A1, A2, B, C и D, связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования Tg это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

\eta(T)=A_1\cdot T\cdot \left[1+A_2\cdot\exp\frac{B}{R T}\right]\cdot\left[1+C\exp\frac{D}{R T}\right]

Вязкость

Если температура существенно ниже температуры стеклования T < Tg, двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

\eta(T)=A_LT\cdot\exp\left(\frac{Q_H}{R T}\right),

с высокой энергией активации QH = Hd + Hm, где Hd — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а Hm — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T < Tg аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При T > > Tg двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

\eta(T)=A_HT\cdot\exp\left(\frac{Q_L}{R T}\right),

но с низкой энергией активации QL = Hm. Это связано с тем, что при T\gg T_g аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

Сила вязкого трения

Сила вязкого трения пропорциональна скорости относительного движения V тел, пропорциональна площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h.

\vec{F}\propto -\frac{\vec{v} \cdot S}{h}

Коэффициент пропорциональности, зависящий от сорта жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Самое важное в характере сил вязкого трения то, что тела придут в движение при наличии сколь угодно малой силы, то есть не существует трения покоя. Это отличает вязкое трение от сухого.

Примечания

  1. Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. Ленинград, Наука, 1975.

См. также

Ссылки

  • Аринштейн А., Сравнительный вискозиметр Жуковского Квант, № 9, 1983.
  • Измерение вязкости нефтепродуктов — обзор методов и единиц измерения вязкости.
  • R.H. Doremus. J. Appl. Phys., 92, 7619-7629 (2002).
  • M.I. Ojovan, W.E. Lee. J. Appl. Phys., 95, 3803-3810 (2004).
  • M.I. Ojovan, K.P. Travis, R.J. Hand. J. Phys.: Condensed Matter, 19, 415107 (2007).
  • Булкин П. С. Попова И. И.,Общий физический практикум. Молекулярная физика
  • Статья в энциклопедии Химик.ру

Литература

  • Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. — Л.: «Наука», 1975.

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Автор: admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о