Реологічні властивості поліметисилоксану-100
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
актеристиками вязкості є динамічний коефіцієнт вязкості і кінематичний коефіцієнт вязкості .
Динамічний коефіцієнт вязкості чисельно дорівнює силі вязкого тертя, що діє між шарами з площею дотику , які знаходяться на відстані , коли різниця швидкостей . Він завжди залежить від природи рідини (маси, розмірів і форми молекул) і температури. Із зростанням температури зменшується, якщо в рідині при цьому немає структурних змін. Рідини, в яких залежить лише від природи рідини і температури і не залежить від градієнта зсуву, називаються ідеально вязкими (ньютонівськими, простими), а в яких залежить ще і від інших факторів, вказаних вище, називаються неньютонівськими (складними). Одиниця вимірювання коефіцієнта динамічної вязкості - .
Виділяють також кінематичний коефіцієнт вязкості , що є відношенням динамічного коефіцієнта вязкості до густини речовини
Одиниця вимірювання кінематичного коефіцієнта вязкості - .
Коефіцієнт на відміну від виражається величинами, які не повязані з масою рідини, тобто величинами, які носять, так би мовити, кінематичний характер, у той час як носить динамічний характер; звідси походять їхні назви - динамічний та кінематичний.
Існує точка зору, що поняття про кінематичну вязкість повинне розглядатися як основне, а звичайна динамічна вязкість повинна виводитися з нього, а не навпаки.
Число Рейнольдса встановлює верхню межу градієнта швидкості, при якому можна працювати без того, щоб вязка течія рідини переходила у хаотичну чи турбулентну, до якої прості закони незастосовні. Для нижньої межі градієнта швидкості не було знайдено такого універсального критерію. Стокс відмічає, що мабуть не існує демаркаційної лінії між твердим тілом і вязкою рідиною… Перехід від вязкої рідини до того, що ми називаємо ідеальною рідиною, настільки ж поступовий, як і від твердого тіла до вязкої рідини і треба прикласти певну, хоча й досить малу силу, для того щоб вивести рідину із її стану спокою і щоб її молекули прийняли нове положення рівноваги.
Максвелл дав таке визначення коефіцієнта вязкості: Коефіцієнт вязкості рідини чисельно дорівнює тангенціальній силі, що діє на одиницю поверхні однієї з двох паралельних площин, відстань між якими дорівнює одиниці довжини, причому простір між цими двома площинами заповнений досліджуваною рідиною, і одна із площин рухається у своїй площині відносно іншої зі швидкістю, що дорівнює одиниці [1].
Механізм виникнення вязкості не вдається уявити настільки простим, як в розріджених газах, коли картина зводиться до переносу імпульсу упорядкованого руху шарів газу при переході молекул із одного шару в інший в результаті молекулярного руху. Коли прийняти цю картину і застосувати механізм стрибків молекули із осілого положення в одному шарі в осіле положення молекули в іншому шарі, то для динамічної вязкості отримуємо залежність від температури, яка суперечить експерименту, а саме, ~, у той час як експеримент показує залежність вигляд
~
Картина перестрибування із одного осілого положення в інше може бути у визначених межах збережена, але необхідно розглядати ці перестрибування у напрямку дії сили, тобто перпендикулярно до градієнта швидкості. При цьому процес виявляється залежним від конкретних особливостей міжмолекулярних сил. Молекулі доводиться вириватися із свого оточення, щоб пересунутися у напрямку дії сили. Звязки між молекулами, які при цьому доводиться долати, аналогічні тим, які долаються при випаровуванні. Розрахунок процесу надзвичайно складний. При цьому виявляється, що динамічна вязкість залежить від зовнішньої сили, хоча ця залежність і не завжди істотна. Наприклад, для звичайних рідин при не дуже великих значеннях зовнішніх сил ця залежність неістотна.
Динамічна вязкість добре описується формулою вигляду
де і визначаються властивостями рідини. Найбільш істотним наслідком цієї формули є характер залежності динамічної вязкості рідин від температури: при підвищенні температури їх динамічна вязкість сильно зменшується. Така поведінка динамічної вязкості рідин протилежна спостережуваній у газах, динамічна вязкість яких з підвищенням температури збільшується.
При температурах, близьких до критичної, вязкість рідини наближається до вязкості її насиченої пари. Але з пониженням температури вязкість рідини дуже сильно зростає і у переохолоджених рідин досягає надзвичайно великих значень. Величезна вязкість переохолоджених рідин надає їм подібність до властивостей твердого тіла. Напевно, кожному доводилося спостерігати, як твердий шматок воску, зігрітий в руках, робиться абсолютно мяким.
Зі зниженням температури коефіцієнт вязкості рідини зростає приблизно за експоненціальним законом.
Температурна залежність вязкості рідин визначається співвідношенням
де - стала; - енергія активації вязкої течії, тобто енергія, яка потрібна для переходу молекули в нове положення; - стала Больцмана; - абсолютна температура.
Структурно-механічні властивості середовищ і тіл досліджують методами реології - науки про деформації і течію матеріальних систем. Сам же термін реологія зявився в середині 30-х рр. ХХ ст., хоча першими дослідженнями реології, відомими в наш час, можна назвати роботи єгиптянина Аменемхета, що жив приблизно в 1540 р. до н.е. При конструюванні водяного годинника він вводив поправку на зміну вязкості води через значний перепад між денною і нічною температу?/p>