Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.


Коэффициент вязкости

Перевод
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:

  • 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

  • Коэффициент интенсивности напряжений — Коэффициент интенсивности напряжений, КИН, К (англ. Stress Intensity factor) используется в линейной механике разрушения для описания полей напряжений у вершины трещины. Само определение К возникло из рассмотрения задачи о напряжениях в теле …   Википедия

  • коэффициент турбулентной вязкости — коэффициент турбулентного переноса количества движения; коэффициент турбулентной вязкости; отрасл. виртуальная вязкость Величина, характеризующая интенсивность турбулентного переноса количества движения …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • коэффициент турбулентного переноса количества движения — коэффициент турбулентного переноса количества движения; коэффициент турбулентной вязкости; отрасл. виртуальная вязкость Величина, характеризующая интенсивность турбулентного переноса количества движения …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • КОЭФФИЦИЕНТ МАГНИТНОЙ ВЯЗКОСТИ — – коэффициент пропорциональности роста вязкой остаточной намагниченности в зависимости от логарифма времени. См. магнитная вязкость, вязкая остаточная намагниченность …   Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.

  • коэффициент динамической вязкости — [coefficient of dynamic viscosity] показатель вязкости (1.) жидкости (η), Па•с, равный отношению напряжения, вызывающего сдвиг соседних слоев жидкости или газа, к скорости этого сдвига; Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • коэффициент кинематической вязкости — [kincinalic viscosity coefficient] отношение коэффициента динамической вязкости жидкости или газа к их плотности, м2/с; Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент температурный …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • коэффициент эффективности — [efficiency factor] относительный качественный показатель, характеризующий достигнутый уровень экономической эффективности; отношение экономического результата (например, суммы прибыли или экономии от снижения себестоимости продукции и т. п.).… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • коэффициент циклической перегрузки — [cyclic overload ratio] отношение приложенного напряжения (I.) к пределу выносливости материала (образца, полуфабриката, изделия); Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент …   Энциклопедический словарь по металлургии