Вязкость жидкостей и газов

Тепловое движение молекул и внутреннее давление являются причиной ещё одного свойства текучих тел – вязкости.

Вязкостью или внутренним трением называется сопротивление, возникающее при движении одних слоев жидкости относительно других.

При движении одного слоя жидкости соседние слои вовлекаются в это движение, но оказывают ему сопротивление (сопротивление движению палочки в воде, сахарном сиропе, меде при перемешивании этой палочкой). Величина этого сопротивления для разных жидкостей различна и зависит от химической природы (т.е. от сил межмолекулярного взаимодействия).

Вязкость жидкости зависит от температуры. Так как в жидкости вязкость обусловлена преимущественно внутренним давлением, то с повышением температуры она уменьшается, т. к. при этом уменьшается внутреннее давление. Вязкость присуща и другим текучим телам, например, газам. Но, т.к. в газах вязкость обусловлена преимущественно тепловым движением молекул, то для них с повышением температуры вязкость увеличивается, поскольку усиливается интенсивность перемещения молекул газа из слоя в слой.

Количественно вязкость характеризуется коэффициентом вязкости η (динамическая вязкость):

η=

η – это сила сопротивления F(н), возникающая между слоями текучего тела с площадью S=1м² и расположенными на расстоянии Δℓ=1м друг от друга при перемещении их относительно друг друга со скоростью ΔU=1м/с.

Единицы измерения η (н∙м∙с/м²∙м) = Па∙с.

Кроме динамической вязкости используют и другую характеристику, учитывающую помимо внутреннего сопротивления и плотность рассматриваемого материала. Эта единица называется кинематической вязкостью ν, она связана с η соотношением:

ν = η_t / ρ_t,

где ρ – плотность.

Свойство тела, противоположное вязкости, называется текучестью, а величина, противоположная коэффициенту вязкости – коэффициентом текучести:

F = 1/η (Па^-1∙с^-1).

Вязкость – важная физико-химическая характеристика жидкостей. Она имеет большое значение в решении таких производственных вопросов, как транспортировка по трубопроводам; перемешивание жидкостей и газов; движение судов, самолетов и т.п.

Для определения вязкости используют приборы - вискозиметры различных модификаций. Наиболее часто используют капиллярные вискозиметры, в которых вязкость определяют по времени вытекания некоторого объема жидкости через капилляр. При работе с вискозиметрами этого типа измеряют время истечения жидкости, заключенной в объеме между двумя метками под давлением Р. Для расчета вязкости применяют формулу Пуазейля: η = (π∙r⁴∙Р∙τ) / (8∙L∙V),

где r- радиус капилляра, L-длина капилляра, V- объем вытекшей жидкости, Р- давление, под которым жидкость протекает через капилляр, τ- время истечения.

На практике обычно определяют относительную вязкость, т.е. отношение вязкости исследуемой жидкости к вязкости воды или другой жидкости с известным η.