Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тема 3: Рідини




1.Загальна характеристика рідкого стану. В'язкість рідин.

Внутрішня будова рідин значно складніша від внутрішньої будови не тільки газів, але і твердих тіл. Рідини на відмінку від газів володіють значно більшою густиною, в результаті чого сили притягання між молекулами зростають.

Також рідини характеризуються малою стискуваністю, і практично сталим об’ємом. Зокрема молярний об’єм на відміну від молярного об’єму газів практично рівний сумі об’ємів атомів елементів, що входять до складу систем.

Для прикладу розглянемо рух рідини в трубці. Якщо рідина рухається у вигляді паралельних шарів які не змішуються між собою з різними але сталими швидкостями то такий вид потоку називають ламінарним.

 

 

Нехай V1 - це швидкість переміщення одного шару рідини. V2 швидкість переміщення другого шару рідини, х – відстань між цими сусідніми шарами рідини, S – поверхня зіткнення сусідніх шарів (площа).

В процесі переміщення шарів рідини між собою, між сусідніми молекулами виникає опір (сила тертя) яка намагається вирівняти швидкість переміщення обох шарів рідини. Тому опір, який зазнає один шар рідини по відношенню до другого в процесі переміщення називається в’язкістю рідини η (ета).

Оскільки зовнішня стінка трубки залишається нерухомою, тому 1 – й шар рідини за рахунок максимальних сил тертя з молекулами стінки, перемішуватися практично не буде, а лише змочуватиме стінку (величина в’язкості буде максимальна). Проте сусідній шар рідини починає рухатись швидше оскільки сили тертя між сусідніми шарами рідини починає зменшуватися. Максимальної величини швидкості рідина досягне строго по центру трубки, так як опір найменший. По мірі наближення до другої стінки швидкість поступово зменшується, досягнувши знову мінімального значення величини біля другої стінки. Ту область яка характеризує швидкість переміщення всіх шарів рідини набуває вигляду строго симетричної параболи.

Якщо на шляху переміщення потоку рідини розташувати перешкоду, то намагаючись оминути її шари рідини змушені перемішуватись між собою викликаючи завихрення після перешкод, при цьому швидкість сусідніх шарів зменшиться, при цьому ламінарний потік змінюється на турбулентний.

 

 

 

Турбулентний потік – це вид потоку рідин в якому сусідні шари рідин змішуються між собою протікаючи з різними швидкостями. Прикладом ламінарного потоку є потік річки н низині, турбулентного – гірська річка. Відповідно математичні залежності можна вивести тоді, коли спостерігається стабільність хоча б для частини параметрів, тому рівняння виводиться лише для ламінарного потоку.

Різниця між швидкостями наступного і попереднього шару (сусідніх)

V2-V1/x= градієнт швидкості

Тоді сила тертя яка дорівнює швидкості обох сусідніх шарів рідин, буде прямо пропорційна площі їх зіткнення.

Сила тертя Ƒ= η (1)

Дане рівняння було виведене Ньютоном і названо першим рівнянням гідродинаміки потоку Ньютона

Де η – коефіцієнт в’язкості, тобто тертя, який називається коефіцієнтом пропорційності., залежить від природи рідини. Якщо градієнт швидкості дорівнює 1 то швидкість поступального шару о відношенню до попереднього відрізняється на 1 і відстань між ними дорівнює 1 см. Якщо площа зіткнення S=1cм2, то сила тертя дорівнює коефіцієнту в'язкості.

Ƒ= η – фізичний зміст коефіцієнта в’язкості (2)

Розмірність в’язкості випливає з рівняння (3)

η= (3)

У системі сі:

[η]=[Н*с/м2]

В несистемних одиницях:

[η]=[г/см*с]=[пуаз]

В честь вченого Пуазеля який вивів 2 – й закон гідродинаміки:

Q=πr4Pt/8 η l (4) - ІІ рівняння гідродинаміки потоку Пуазеля

Q – кількість рідини яка витікає з трубки

r – радіус трубки

Р – тиск

t – час протікання рідини

η – в’язкість рідини, l – довжина трубки

Закон Пуазеля:Кількість рідини яка витікає з трубки під тиском Р, за певний проміжок часу t, буде прямо пропорційна радіусу трубки у 4 степені і обернено пропорційна коефіцієнту в’язкості рідини та довжині трубки.

η= πr4Pt/ l Q (5)

Величина обернено пропорційна в’язкості називається текучістю рідини

γ=1/η

Фактори які впливають на величину в’язкості:

I. Природа речовини (тобто залежить від розміру самих молекул та густини рідини). Наприклад, вода, метиловий спирт, хлороформ – легко текучі, гліцерин – важко текучі.

При збільшенні розміру молекули рідини відстань між сусідніми молекулами зменшується, так як об’єм посудини не змінюється. Відповідні сили притягання зростають, тому сусідні молекули створюють опір (сили тертя), відповідно величина в’язкості зростає.

II. При збільшенні густини рідини зростає кількість і самих молекул, тому відстань між ними зменшується, сили взаємодії зростають, тертя підвищується і величина в’язкості зростає.

III. Температура. По мірі підвищення температури збільшується швидкість хаотичного руху молекул рідин. Тому сили притягання ослаблюються, тертя зменшується, і величина в’язкості зменшується. Величина в’язкості є важливою характеристикою для мастильних речовин. Тому для деяких рідин при низьких температурах величина в’язкості досягає настільки високого значення, що рідина набуває властивостей твердого тіла (скло, янтар).

IV. Тиск. При підвищенні зовнішнього тиску до 1000 – 2000 А величина в’язкості зростає в арифметичній прогресії, а при вищому тиску – в геометричній прогресії.

 

 

y ZXYueG1sTI9BTsMwEEX3SNzBGiQ2FXVwaVKFOBWqxAYWhcIBnNgkEfY4xG7q3p7pCpaj//XnvWqb nGWzmcLgUcL9MgNmsPV6wE7C58fz3QZYiAq1sh6NhLMJsK2vrypVan/CdzMfYsdoBEOpJPQxjiXn oe2NU2HpR4OUffnJqUjn1HE9qRONO8tFluXcqQHpQ69Gs+tN+304Ogkv+7fFWaR88VOsm12aNza9 Bivl7U16egQWTYp/ZbjgEzrUxNT4I+rArISVWBVUpSATJEWNh2xNMo0EIYoceF3x/w71LwAAAP// AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRf VHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABf cmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQCM4V4x8wEAAOkDAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABk cnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAT6Wpg4AAAAAsBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAE0E AABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAWgUAAAAA " strokecolor="black [3040]"/>

 


V. Концентрація розчину. По мірі підвищення концентрації розчину величина в’язкості проходить через точку максимуму.

 

 


Це зумовлюється тим, що при збільшенні концентрації спочатку до точки максимуму внаслідок збільшення молекул розчиненої речовини відстань між сусідніми молекулами зменшується, так як об’єм посудини залишається незмінним, тому сили притягання зростають, і величина в’язкості збільшується. Але при досягненні певної критичної температури концентрації розчину, кількість молекул досягла такого значення, що подальше підвищення концентрації призводить до підвищення сил відштовхування, тому величина в'язкості починає знижуватись.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-26; Просмотров: 498; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.016 сек.