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; (v2 — vl)/(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 = 10-3н·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
Популярное
Оба хороши. Суд Джонни Деппа с Эмбер Херд идет уже месяц. Что бывшие супруги наговорили друг о друге за это время? «Его уровень невероятен» Российский вратарь переписывает рекорды НХЛ. За что в Америке его прозвали Царем? «Он говорил, что нас надо сжечь» Россиянин устроил массовый расстрел под видом самообороны. За что он убил пять человек? Показали всем. Что заставило весь мир внезапно полюбить российское кино? «Всех обули и одели» В 1990-е челноки завалили рынки доступными товарами. Как они спасли Россию? Антирусское настроение. Русофобия давно популярна в Польше. Как отношение к русским изменилось из-за событий на Украине? «Мы выжили» В Мариуполе хоронят погибших, разминируют улицы и открывают магазины. Как город возвращается к мирной жизни? Культ еды, Лувр в пустыне и ядовитые соли. Что стало с Узбекистаном после распада СССР и стоит ли туда ехать туристу? «Я не помню, как начал стрелять» Советский солдат устроил бойню в вагоне спецпоезда. За что он расстрелял девять человек? «Алюминий пылал как бумага» 50 лет назад военный самолет упал на детсад. Как в СССР пытались скрыть смерть 24 детей?