Уравнение состояния жидкости

Увеличение объема плавления нарушает правильность расположения атомов. Жидкость при этом испытывает местные разрывы, которые не приводят к полному разрыву потому, что атом жидкости порвавший связь с одним из соседних атомов, сохраняет ее со всеми остальными. Местные разрывы связей быстро ликвидируются, но в тоже время образуются новые разрывы в других местах.

Увеличение объема жидкости – это результат образования пустот, а также среднего увеличения расстояния между частицами в областях, сохраняющих целостность. В противоположность кристаллам, где увеличение объема при нагревании связано с увеличением постоянной решетки увеличение объема жидкости связано, с образованием микротрещин. Обозначим через νо объем каждой трещины, а через N¹ количество трещинок. Тогда увеличение объема металла при плавлении будет: ν –νo = νо N¹

νo – истинный объем металла без трещин.

Пропорцию трещинок можно вычислить, пользуясь принципом Больцмана, а именно:

N – число атомов;u – энергия, которую надо затратить для образования трещинки. Работа необходимая для образования одной трещины будет:

U¹ = U+ Pνo, νo – работа, необходимая для образования трещин без внешнего давления.

Тогда уравнение состояния жидкости, согласно теории образования трещинок запишется:

ν –νo = NνоДанное уравнение применимо для жидкости, имеющей температуру, близкую к точке плавления, так как при очень высоких температурах при переходе жидкости в газообразное состояние теряется физическое и геометрическое понятие о трещинах. Изложенная теория имеет экспериментальное подтверждение.

Тепловое движение атомов в жидкости. Жидкость при температуре, близкой к температуре затвердевания, становится «твердоподобной», что теплоемкость ее в этот момент существенно не отличается от теплоемкости тела в твердом состоянии. В твердом металле частицы, накапливая энергию, вместо того, чтобы совершать колебание около равновесного состояния перемещаются в новое положение. В жидкости перемещение частиц имеет большое развитие, чем и объясняется значительная скорость диффузии и текучесть жидкости. Рассматриваемый вид движения называется трансляционным. Частицы могут передвигаться или в результате увеличения их энергии (активации), или путем перемещения в образовавшуюся трещину жидкости частица совершает путь, подобный пути газовой частицы, но стой существенной разницей, что в точках излома этого пути она остается достаточно длительное время, тогда как частица газа мгновенно уходит из этих точек. В твердых же телах такая задержка частиц в местах излома траектории еще длительнее. Длительность пребывания частицы около равновесного положения оценивается по формуле:t₀ – период колебания около равновесного положения.

Вязкость жидкости. - (Поверхностное натяжение)

Коэффициент кинематической вязкости определяют:

где: c – постоянная эксперимента.

Теоретически по Френелю:где: t₀ – период колебаний частицы, - расстояние между частицами

Коэффициент вязкости называют вязкостью. Вязкостью называют сопротивление, испытываемое средой при движении одних ее частиц относительно других. Существует понятие динамической вязкости:

где: η – кинематическая вязкость, ρ - плотность жидкого металла.

От величины коэффициента вязкости металла зависит освобождение жидкого металла от посторонних примесей, в частности от шлака.

Для определения силы сопротивления движению в вязкой жидкости шара малого диаметра может быть принята формула: Если шарик падает в этой среде под действием силы тяжести с равномерной скоростью, то движущая сила равна кажущемуся весу шарика в жидкости: Считая, что при движении силы инерции отсутствуют, получаем:

=>Тогда V всплытия включения определяетсяd_ш и d_ж – плотность шарика и жидкости Данные о вязкости металлов представляет большую ценность с теоретической и практической точки зрения. Однако сложность экспериментирования с жидким металлом затрудняет получение необходимого количества таких данных. В связи с этим широких обобщений о вязкости металлов пока еще не удается получить.