Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Вязкость

Вязкость (далее В) внутреннее трение, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В твердых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно (см. Внутреннее трение в твердых телах).

  Основной закон вязкого течения был установлен И. Ньютоном (1687):

 

где — тангенциальная (касательная) сила, вызывающая сдвиг слоев жидкости (газа) относительно друг друга; — площадь слоя, по которому происходит сдвиг; (v2vl)/(z2 z1) — градиент скорости течения (быстрота изменения ее от слоя к слою), иначе — скорость сдвига (см. рис. 1). Коэффициент пропорциональности h называется коэффициентом динамической вязкости или просто В Он количественно характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению ее слоев. Величина, обратная В, j =1/h называется текучестью.

  Согласно формуле (1), В численно равна тангенциальной силе = / (на единицу площади), необходимой для поддержания разности скоростей, равной единице, между двумя параллельными слоями жидкости (газа), расстояние между которыми равно единице. Из этого определения следует, что в Международной системе единиц единица В имеет размер н·сек/м2, а в СГС системе единиц  — г/(см2·сек) (пуаз). 1 пз = 0,1 н·сек/м2. Наряду с динамической В h часто рассматривают так называемую кинематическую В n = h/r, где r — плотность жидкости или газа. Единицами кинематической В служат, соответственно, м2/сек и см2/сек (стокс). В жидкостей и газов определяют вискозиметрами.

  В условиях установившегося слоистого течения (см. Ламинарное течение) при постоянной температуре В газов и нормальных жидкостей (так называемых ньютоновских жидкостей) — постоянная величина, не зависящая от градиента скорости. В таблице приведены значения В некоторых жидкостей и газов:

 
 < Вещество<
h при 20°С, 10-3 н·сек/м2 или спз

. . . . . . . . . . . .

0,0088

. . . . . . . . . . . . . . .

0,0175

. . . . . . . . . . .

0,0202

Вода  . . . . . . . . . . . . . . .

1,002

Этиловый спирт  . . . . . .

1,200

. . . . . . . . . . . . . . .

1,554

Глицерин  . . . . . . . . . . .

~1500

 

  Расплавленные металлы имеют В того же порядка, что и обычные жидкости (рис. 2). Особыми вязкостными свойствами обладает жидкий При температуре 2,172 К он переходит в сверхтекучее состояние, в котором В равна нулю (см. Гелий, Сверхтекучесть).

  В — важная физико- характеристика веществ. Значение В приходится учитывать при перекачивании жидкостей и газов по трубам (нефтепроводы, газопроводы). В расплавленных шлаков весьма существенна в доменном и мартеновском процессах. В расплавленного стекла определяет процесс его выработки. По В во многих случаях судят о готовности или качестве продуктов или полупродуктов производства, поскольку В тесно связана со структурой вещества и отражает те физико- изменения материала, которые происходят во время технологических процессов. В масел имеет большое значение для расчета смазки машин и механизмов и т.д.

  Молекулярно-кинетическая теория объясняет В движением и взаимодействием молекул. В газах расстояния между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому В газов определяется главным образом молекулярным движением. Между движущимися относительно друг друга слоями газа происходит постоянный обмен молекулами, обусловленный их непрерывным хаотическим (тепловым) движением. Переход молекул из одного слоя в соседний, движущийся с иной скоростью, приводит к переносу от слоя к слою определенного количества движения. В результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешней силы , уравновешивающей вязкое сопротивление и поддерживающей установившееся течение, полностью переходит в теплоту.

  В газа не зависит от его плотности (давления), так как при сжатии газа общее количество молекул, переходящих из слоя в слой, увеличивается, но зато каждая молекула менее глубоко проникает в соседний слой и переносит меньшее количество движения (закон Максвелла). Для В идеальных газов в молекулярно-кинетической теории дается следующее соотношение:

 

где m — масса молекулы, n — число молекул в единице объема,  — средняя скорость молекул и l — длина свободного пробега молекулы между двумя соударениями ее с другими молекулами. Так как  возрастает с повышением температуры Т (несколько возрастает также и l), то В газов увеличивается при нагревании (пропорционально ). Для очень разреженных газов понятие В теряет смысл.

  В жидкостях, где расстояния между молекулами много меньше, чем в газах, В обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нем полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на "рыхление" жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения. Энергия активации уменьшается с ростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения В жидкостей с повышением температуры (рис. 3) и роста ее при высоких давлениях. При повышении давления до нескольких тыс. атмосфер h увеличивается в десятки и сотни раз. Строгая теория В жидкостей, в связи с недостаточной разработанностью теории жидкого состояния, еще не создана. На практике широко применяют ряд эмпирических и полуэмпирических формул В, достаточно хорошо отражающих зависимость В отдельных классов жидкостей и растворов от температуры, давления и состава.

  В жидкостей зависит от структуры их молекул. В рядах сходных соединений (насыщенные углеводороды, спирты, органические кислоты и т.д.) В изменяется закономерно — возрастает с возрастанием молекулярной массы. Высокая В смазочных масел объясняется наличием в их молекулах циклов (см. Циклические соединения, Нафтены). Две жидкости различной В, которые не реагируют друг с другом при смешивании, обладают в смеси средним значением В Если же при смешивании образуется соединение, то В смеси может быть в десятки раз больше, чем В исходных жидкостей. На этом основано применение измерений В в качестве метода физико-химического анализа.

  Возникновение в жидкостях (дисперсных системах или растворах полимеров) пространственных структур, образуемых сцеплением частиц или макромолекул, вызывает резкое повышение В При течении "структурированной" жидкости работа внешней силы затрачивается не только на преодоление истинной (ньютоновской) В, но и на разрушение структуры (см. Реология).

  Для нормальных вязких жидкостей между количеством жидкости Q, протекающей в единицу времени через капилляр, и давлением p существует прямая пропорциональность (см. Пуазейля закон). Течение структурированных жидкостей не подчиняется этому закону, для них кривые зависимости Q от р выпуклы к оси давления (рис. 4), что объясняется непостоянством h. Аномальной В, характерной для структурированных жидких систем, обладают важнейшие биологические среды — цитоплазма и кровь.

  М. П. Воларович.

  В биологических сред определяется в большинстве случаев структурной вязкостью. В жидкого содержимого клетки-цитоплазмы связана со структурой составляющих ее биополимеров и субклеточных образований, что вызывает отклонения (характера тиксотропии) вязкого течения от ньютоновского закона нормальных жидкостей. Методы измерения В биологических сред — наблюдение скорости перемещения гранул при центрифугировании или опилок в поле, измерение среднего смещения броуновских частиц (см. Броуновское движение). Абсолютная вязкость цитоплазмы колеблется от 2 до 50 спз (1 спз = 10-3 н·сек/м2), она меняется в различных частях клетки и в разные периоды клеточного цикла. С понижением температуры ниже 12—15°С и при повышении ее свыше 40—50°С вязкость цитоплазмы увеличивается. При воздействии облучения наблюдается сначала уменьшение вязкости, а затем, при увеличении дозы, — ее возрастание.

  В ликвора, лимфы и плазмы крови достаточно точно описывается ньютоновским законом вязкого течения, она исследуется в капиллярных или цилиндрических вискозиметрах. Кровь — неньютоновская жидкость, так как содержит структурированные компоненты — и клетки крови, ее вязкость у человека в норме 4—5 спз, при патологии колеблется от 1,7 до 22,9 спз, что отражается в реакции оседания эритроцитов (РОЭ).

  Лит.: Гaтчек Э., В жидкостей, пер. с англ., 2 изд., М. — Л., 1935; Труды совещания по вязкости жидкостей и коллоидных растворов, т. 1—3, М. — Л., 1941—45; Френкель Я. И., Кинетическая теория жидкостей, М. — Л., 1945; Фукс Г. И., В и пластичность нефтепродуктов, М., 1956; Голубев И. Ф., В газов и газовых смесей, М., 1959; Справочник химика, 2 изд., т. 1, Л. — М.,1963; Руководство по цитологии, т. 1—2, М. — Л., 1965—66; Heilbrunn L. . The viscosity of protoplasm, ., 1958.

  Н. Н. Фирсов.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 21.05.2022 21:54:38
21:36 В Германии раскрыли детали об оплате поставок российского газа
21:29 В Турции сочли угрозой для страны расширение НАТО в любом направлении
21:27 Нутрициолог раскрыла способ улучшить качество сна
21:24 Сторонники Лафонтена раскритиковали Бербок после ее слов о России
21:18 Хави высказался о возможном трансфере Левандовски
21:16 В Берлине зафиксировали три случая заражения оспой обезьян
21:11 Во Франции потерпел крушение туристический самолет
21:00 Сравнение Венгрией санкций против России с атомной бомбой объяснили
20:56 Помощник Кадырова сообщил об убийстве ВСУ раненой девушки-снайпера
20:43 В Мариуполе оценили долю полностью разрушенных домов
20:37 Крыша стадиона обрушилась во время футбольного матча в Казахстане
20:28 В украинском городе с постамента исчез памятник Пушкину
Больше новостей
СегодняЭкономика На санкционных дрожжах. Российский рубль рекордно укрепился к доллару. Почему это произошло и ждать ли роста валюты?
20 мая 2022Культура Большой скачок. Миллиарды, звезды и кино: как в России появился свой русский Голливуд?
СегодняКультура Расправил плечи. Почему новая «Атланта» — лучшее, что случилось на телевидении в 2022 году?
20:57 Россияне вспомнили старые названия станций московского метро
20:29 Диетолог Гинзбург назвал полезное свойство попкорна
20:15 У сдавшегося в плен бойца «Азова» обнаружили татуировку с Тесаком