Методика определения коэффициента вязкости жидкости методом падающего шарика

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вязкость жидкости и газа имеет большое практическое значение. Так, без знания вязкости нельзя рассчитать энергию, необходимую для транспортирования жидкости и газа по трубам (воды - в водопроводах, нефти и газа - в нефте - и газотрубопроводах), рассчитать смазку машин. Вязкость расправленного шлака и текучесть жидких металлов играет важную роль в мартеновских и доменных процессах. Знание вязкости позволяет судить о правильности и отклонениях в технологических процессах при получении полимеров и т.д. Поэтому измерение вязкости относится к числу очень важных измерений.

Вязкость или внутреннее трение - свойство газообразных, жидких и твердых тел оказывать сопротивление перемещению различных слоев вещества друг относительно друга. В результате чего возникает сила, направленная в сторону, противоположную движению рассматриваемого слоя. Возникновение силы обусловлено неоднородностью скорости упорядоченного движения молекул в различных слоях (а, следовательно, и импульса), которые с течением времени за счет взаимодействия молекул выравниваются, т.е. в системе наблюдается перенос импульса от слоев с большей скоростью к слоям с меньшей скоростью движения.

Известно, что при движении жидкости или газа вдоль трубы скорости различных слоев распределены, как показано на рис. 1. a, где стрелки соответствуют распределению векторов скорости движения по сечению трубы.

Рис. 1. а) Распределение векторов скоростей упорядоченного движения молекул газа и жидкости по сечению трубы, б) Направление потоков импульса между слоями вещества через площадку S. 1и 2 - потоки импульса соответственно слева направо и справа налево. ? =1-2 - результирующий поток импульса

Максимальная скорость движения 1 - в центре трубы. Промежуточные слои между центром и стенкой движутся так, что каждый лежащий ближе к стенкам обладает меньшей скоростью. Благодаря смачиванию, (сцеплению за счет сил взаимодействия молекул жидкости или газа с молекулами поверхности трубы), пограничный слой прилипает к стенкам и скорости его движения U2 равна нулю.

Выделим в потоке газа или жидкости площадку S (см. рис. 1б). Молекулы вещества участвуют в двух видах движения - в хаотическом, тепловом и в упорядоченном движении вдоль трубы. В силу беспорядоченности движения, часть молекул будет пересекать площадку S как в направлении слева направо, так и в обратном. Количество молекул, пересекающих S в единицу времени в обоих направлениях равны, т.к. концентрация (и плотность) молекул в однородном веществе везде одинаковы. Но молекулы, переходящие слева направо переносят больший импульс 1 (скорости их выше), а молекулы, переходящие площадку S справа налево - приносят меньший 2. Поэтому, суммарный импульс вещества слева от площадки S уменшается, а справа от S увеличивается (см. рис. 1. б). По второму закону динамики: измерение импульса в единицу времени равно действующей на слой силе.

Как впервые показал Ньютон эта сила - внутреннего трения (или вязкость), действующая на единицу поверхности слоев, пропорциональна градиенту скорости.

(1)

вязкость трение молекула вектор

где - градиент скорости, характеризующий быстроту ее изменения в направлении нормали к поверхности трудящих слоев.

- коэффициент пропорциональности или коэффициент динамической вязкости, определяющий вязкие свойства вещества, зависящий от рода жидкости и температуры.

Знак ”-” показывает, что сила является силой препятствующей движению (т.е. является силой трения). Таким образом, коэффициент вязкости численно равен силе внутреннего трения, действующей на единицу площади соприкосновения слоев при единичном градиенте скорости.

В системе ”СИ” з измеряется в паскаль - секундах [Па·с] (1 Па·с=1 Нс/м2=1 кг/м·с).

Наряду с коэффициентом динамической вязкости з часто употребляется коэффициент кинематической вязкости:

С- плотность.

Следует помнить, что возникновение вязкости у газов обусловлено переносом импульса упорядоченного движения молекул из слоя в слой при их хаотическом тепловом движении. Внутреннее трение в жидкости определяется главным образом силами молекулярного взаимодействия - силами притяжения и отталкивания. Молекулы жидкости расположены близко, поэтому они сильно связаны друг с другом (в отличие от газа). Совместные действия этих сил приводит к тому, что для каждой молекулы существует положение равновесия, около которого она колеблется в течение некоторого времени. Поэтому молекулы жидкости нельзя считать свободными как в газе, а это и обусловливает большую вязкость жидкостей и ее зависимость от температуры. Перенос импульса от слоя к слою осуществляется главным образом молекулами, меняя тем самым положения равновесия, около которых они колеблются.

Размещено на Allbest.ru