Реологічні властивості поліметисилоксану-100
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ою.
Власне реологія вивчає механічні властивості систем за проявами деформації під дією зовнішніх напружень. Методи реології широко використовують для дослідження молекулярної структури і опису вязких властивостей різноманітних систем.
Реологічні властивості ідеальних рідин однозначно характеризуються вязкістю (коефіцієнтом динамічної вязкості).
1.2 Теорія О.І. Бачинського
Для зясування природи вязкості рідин багато зробив О.І. Бачинський. Він показав, що існує зв'язок між вязкістю рідин та їх питомим обємом
де та - сталі; - питомий обєм.
Із роботи Бачинського випливає, що чим більший питомий обєм рідини, тим меншою буде вязкість. Але з підвищенням температури питомий обєм зростає, наслідок чого вязкість буде зменшуватись. Отже, як бачимо, формула О.І. Бачинського повністю відповідає експериментові.
Аналіз роботи Бачинського приводить до висновку, що не може бути меншим від , тобто являє собою не що інше, як граничний обєм рідини. Отже, різниця - вільний обєм. Згідно з О.І. Бачинським, - це деяка проміжна величина між питомим обємом рідини і твердого тіла при температурі тверднення, тобто
Тепер рівняння О.І. Бачинського вже добре обґрунтовано. Його теоретичному обґрунтуванню присвячено багато праць, серед яких назвемо роботи О.С. Предводителєва.
1.3 Теорія вязкості Я.І. Френкеля
У 1925 році Френкель розвинув свою молекулярно-кінетичну теорію вязкості рідин. Більш ранні спроби пояснення вязкості рідин виходили із загальноприйнятої на той час аналогії між рідким і газоподібним станом і зводили походження вязкості до одного і того ж механізму перенесення кількості руху при змішуванні частинок. У випадку газів цей механізм виправдовується тим, що більшу частину часу частинки рухаються прямолінійно і рівномірно, так що кількість руху кожної з них залишається сталою. За таких умов ліквідацію відмінності у макроскопічному русі сусідніх шарів (чи елементів обєму) можна трактувати як результат змішування молекул з різними додатковими (макроскопічними) швидкостями.
Запишемо формулу
, (*)
де і - деякі сталі, - термодинамічна температура, - універсальна газова стала, - стала Больцмана
, - число Авогадро
Ця формула, як і розвиток теорії вязкості рідин, повязані з роботами Арреніуса, який вперше і запропонував для опису температурної залежності вязкості схожий емпіричний вираз. Хоча, варто зазначити, що у своїх працях Арреніус привів більш загальну формулу
де - деяка стала.
У деяких джерелах формулу (*) називають формулою Андраде, хоча цей вчений проводив свої дослідження пізніше. Андраде припускав, що передача руху від шару до шару рідини, що тече, здійснюється не шляхом перестрибування молекул, як у газів, а внаслідок тимчасового зєднання їх на межі шарів. У кінцевому вигляді формула Андраде може бути записана у вигляді
або
,
де - стала, пропорційна до частоти коливань молекул;
- стала, пропорційна до потенціальної енергії;
- питомий обєм;
- густина.
У 1925 р. Я.І. Френкель на основі молекулярно-кінетичних уявлень пропонує обєднати такі, здавалося б, на перший погляд взаємовиключні властивості тіл, як текучість і твердість. На основі цих уявлень Френкель теоретично отримує і формулу Арреніуса. Результати його роботи детально представлені в монографії Кінетична теорія рідин, яка вперше вийшла у 1945 р. Практично одночасно аналогічні роботи зявилися і за кордоном, найбільш детально розробленою можна вважати теорію Ейрінга, названу ним Теорією абсолютних швидкостей реакції (1946).
Теорія рідин Френкеля відразу отримала велику популярність і визнання і значною мірою стимулювала розвиток фізики рідин (конденсованого стану).
Трактувати вязкість рідини як результат переносу у ній кількості руху є абсолютно безглуздим, бо кількість руху кожної окремої частинки не є сталою навіть приблизно, як у випадку газів, але швидко коливається у звязку з коливаннями частинки навколо положення рівноваги. За таких умов можна виходити безпосередньо із рухливості окремих частинок, тобто середньої швидкості, яка набувається будь-якою з них відносно оточуючих, коли на неї діє сила, що дорівнює одиниці, у той час як оточуючі частинки не відчувають дії якихось зовнішніх сил. Очевидно, що текучість рідини, вимірювана величиною, оберненою до коефіцієнта вязкості, повинна бути пропорційна рухливості частинок, що її утворюють. А так як остання, згідно з співвідношенням Ейнштейна, в свою чергу пропорційна до коефіцієнта дифузії, звідки слідує, що вязкість рідин у твердоподібному стані (тобто поблизу температури тверднення), на противагу вязкості газів, повинна бути не прямо пропорційна до коефіцієнта дифузії, а навпаки, обернено пропорційна до нього. Цією обставиною відразу ж пояснюється той факт, що з підвищенням температури вязкість рідин зменшується. Так як коефіцієнт дифузії (самодифузії) рідин пропорційний до виразу , то цим же виразом повинна визначатися і текучість рідин. Іншими словами, їх вязкість як функція температури повинна визначатися формулою вигляду
де коефіцієнт можна вважати приблизно сталим.
1.4 Теорія вязкості Г. Ейрінга
Серед робіт, які присвячені вязкості рідин, заслуговують на увагу праці Г. Ейрінга. Він вважає, що молекула може змінити своє положення лише тоді, коли в рідині утвориться пустота (дірка), в яку ?/p>