Коэффициент вязкости

Коэффициент вязкости
Механика сплошных сред
Сплошная среда


Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из трёх явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единицы измерения: пуаз, Па·с) и кинематическую вязкость (единицы измерения: стокс, м²/с, внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объема через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Содержание

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

\eta=\frac{1}{3}\langle u \rangle \langle\lambda \rangle \rho,

где \langle u \rangle — средняя скорость теплового движения молекул, λ − средняя длина свободного пробега.

Вторая вязкость

Вторая вязкость — внутреннее трение при переносе импульса в направлении движения. Влияет только при учёте сжимаемости и/или при учёте неоднородности коэффициента второй вязкости по пространству.

Вязкость жидкостей

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Общий закон внутреннего трения — закон Ньютона: \tau = - \eta \frac{\partial v}{\partial n}, Коэффициент вязкости η может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде: η = Cew / kT

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества VM. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение \eta = \frac{c}{V_{M}-b}, где с и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. Если вязкость падает при увеличении скорости, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

Вязкость аморфных материалов

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов), это термически активизируемый процесс[1]:

\eta(T)=A\cdot\exp\left(\frac{Q}{R T}\right),

где Q — энергия активации вязкости (кДж/моль), T — температура (К), Rуниверсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль•К) и A — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q изменяется от большой величины QH при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину QL при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда \left(Q_H - Q_L\right)&amp;amp;lt;Q_L, или ломкие, когда \left(Q_H - Q_L\right)\geq Q_L. Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса R_D=\frac{Q_H}{Q_L}: сильные материалы имеют RD < 2, в то время как ломкие материалы имеют R_D\ge 2.

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением:

\eta(T)=A_1\cdot T\cdot \left[1+A_2\cdot\exp\frac{B}{R T}\right]\cdot\left[1+C\exp\frac{D}{R T}\right]

с постоянными A1, A2, B, C и D, связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования Tg это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

Вязкость

Если температура существенно ниже температуры стеклования T < Tg, двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

\eta(T)=A_LT\cdot\exp\left(\frac{Q_H}{R T}\right),

с высокой энергией активации QH = Hd + Hm, где Hdэнтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а Hm — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T < Tg аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При T > > Tg двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

\eta(T)=A_HT\cdot\exp\left(\frac{Q_L}{R T}\right),

но с низкой энергией активации QL = Hm. Это связано с тем, что при T\gg T_g аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

Сила вязкого трения

Сила вязкого трения пропорциональна скорости относительного движения V тел, пропорциональна площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h.

\vec{F}\propto -\frac{\vec{v} \cdot S}{h}

Коэффициент пропорциональности, зависящий от сорта жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Самое важное в характере сил вязкого трения то, что тела придут в движение при наличии сколь угодно малой силы, то есть не существует трения покоя. Это отличает вязкое трение от сухого.

Примечания

  1. Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. Ленинград, Наука, 1975.

См. также

Ссылки

Литература

  • Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. — Л.: «Наука», 1975.



Wikimedia Foundation. 2010.

См. также в других словарях:

  • коэффициент вязкости — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN viscosity factorVFmodulus of viscosity …   Справочник технического переводчика

  • коэффициент вязкости — klampos koeficientas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. coefficient of viscosity; dynamic viscosity; viscosity; viscosity factor vok. dynamische… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • коэффициент вязкости —  Viscosity Coefficient  Коэффициент вязкости   Отношение напряжения сдвига к скорости сдвига в уравнении Ньютона для вязкого течения …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • коэффициент вязкости — klampos koeficientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. coefficient of viscosity; viscosity factor vok. Viskositätskoeffizient, m; Zähigkeitskoeffizient, m rus. коэффициент вязкости, m pranc. coefficient de viscosité, m …   Fizikos terminų žodynas

  • коэффициент вязкости горной породы — Параметр, количественно оценивающий вязкость и равный произведению предела прочности горной породы при сжатии на коэффициент пластичности. [ГОСТ Р 50544 93] Тематики горные породы Обобщающие термины физические свойства горных пород EN coefficient …   Справочник технического переводчика

  • коэффициент вязкости шлака — Напр., используется для определения сжигания угля в циклонной топке. [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN slag viscosity factor …   Справочник технического переводчика

  • кинематический коэффициент вязкости — кинематический коэффициент вязкости; отрасл. кинематическая вязкость Отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • динамический коэффициент вязкости — динамический коэффициент вязкости; отрасл. динамическая вязкость Коэффициент пропорциональности, входящий в выражение касательных напряжений ньютоновской жидкости через компоненты тензора скоростей деформации …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • температурный коэффициент вязкости — temperatūrinis klampos koeficientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. temperature viscosity coefficient vok. Viskositätstemperaturkoeffizient, m rus. температурный коэффициент вязкости, m pranc. coefficient de température de la… …   Fizikos terminų žodynas

  • температурный коэффициент вязкости — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN viscosity temperature coefficient …   Справочник технического переводчика

Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»