Вязкость

Плотность

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

Под плотностью ρ понимают массу единицы объема жидкости:

,

где m – масса жидкости, кг;

V – объем жидкости, м³;

Единицей измерения плотности в системе СИ является кг/м³.

Плотность жидкостей зависит от температуры и практически не зависит от давления. Значения плотности определяются опытным путем и приводятся в справочной литературе.

В некоторых случаях для характеристики вещества применяют относительную плотность (∆), которая представляет собой отношение плотности рассматриваемого вещества к плотности другого (условного) вещества при определенных физических условиях. В качестве условного вещества для определения плотности жидких и твердых веществ принимают воду. Относительную плотность газов выражают по отношению к сухому воздуху или водороду [5].

Плотность газов значительно меняется с изменением давления и температуры. В технических расчетах при определении плотности газов (паров) при рабочих условиях с достаточной точностью применимы законы идеальных газов. Тогда плотность газа в зависимости от температуры и давления можно рассчитать по формуле:

где ρ₀, Т₀, р₀ – плотность, температура и давление при нормальных физических условиях (273 К, 760 мм рт ст).

Т, p - температура и давление при рабочих условиях;

,

где М - молярная масса газа, кг/кмоль.

Вязкость является способностью жидкости сопротивляться относительному сдвигу ее слоев.

При движении реальной жидкости, вследствие неравенства скоростей частиц, в ней возникают силы внутреннего трения. Эти силы действуют между соседними слоями жидкости, перемещающимися друг относительно друга.

Согласно закону внутреннего трения Ньютона - напряжение внутреннего трения, возникающее между слоями жидкости при ее течении, прямо пропорционально градиенту скорости:

,

где τ_тр – напряжение внутреннего трения (напряжение сдвига или касательное напряжение),

μ – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом динамической вязкости жидкости,

- градиент скорости, характеризующий изменение скорости, приходящееся на единицу расстояния по нормали между слоями.

Знак минус в правой части уравнения указывает на то, что касательное напряжение тормозит слой, движущийся с относительно большей скоростью (или разгоняет относительно медленно движущийся слой).

Жидкости, вязкость которых подчиняется закону трения Ньютона, называются ньютоновскими, в этих жидкостях зависимость между касательным напряжением и градиентом скорости имеет линейный характер (рисунок 2).

. τтр τпр	μ
а)	б)
Рисунок 2 – Зависимость напряжения сдвига (а) и динамического коэффициента вязкости (б) от скорости сдвига для ньютоновских жидкостей [6]

Характерными ньютоновскими жидкостями являются вода и маловязкие моторные топлива.

Вязкость капельных жидкостей уменьшается с увеличением температуры и практически не зависит от давления (зависимость проявляется лишь при давлениях в несколько десятков МПа).

Вязкость газов возрастает с увеличением температуры и давления.

Количественно вязкость может быть выражена в виде динамического или кинематического коэффициентов вязкости.

Единицей измерения динамического коэффициента вязкости в системе СИ - Па·с. Другой единицей измерения динамического коэффициента вязкости является Пуаз (1 П). Связь между единицами следующая: 1 П = 0,1 Па·с.

Кинематический коэффициент вязкости ( представляет собой отношение коэффициента динамической вязкости (μ) к плотности жидкости (ρ):

,

Единицей измерения кинематического коэффициента вязкости в системе СИ является м²/с. Другой единицей измерения кинематического коэффициента вязкости является Стокс (1 Ст). Связь между единицами следующая: 1 Ст = 10^-4 м²/с.

Вязкость жидкостей измеряют при помощи приборов, которые называются вискозиметры.

Принцип работы вискозиметров основан на определении времени истечения жидкости через калиброванное отверстие или через калиброванный капилляр.

Дата добавления: 2014-10-23