Коэфицент вязкости Для измерения коэфицента вязкости жидкостей и газов используется большое количество методов вискозиметрии,из которых наибольшее применение нашли следующие: капилляра, колебающегося диска и падающего груза.Метод капилляра является теоретический более обоснованным и тщательно отработанным,а поэтому более распространенным.
Метод капилляра основан на уравнении Гагена – Пуазейля для ламинарного течения жидкости или газов через тонкие капилляры:
( 16 )
Исходя из уравнения общий принцип капиллярных методов определения коэфицента вязкости сводится к измерению в условиях ламинарного течения(Re<1000) перепада давленииp на концах капилляра и фиксируемого объемаV жидкости или газа,протекающих через капилляр за время t,а также к определению геометрических размеров капилляра(L,r).
В случае определения всех величин входящих в уравнение ,непосредственными измерениями метод называется абсолютным методом капилляра.При этом трудности обусловлены необходимостью точного измерения весьма малого диаметра капилляра и обеспечение постоянство его по длине.В случае определения постоянной вискозиметра,связывающей его геометрические размеры,путем тарировки по эталонному веществу метод называется относительным методом капилляра.
Он наиболее часто используется при измерениях вязкости.
При вычислении коэффициента по уравнению учитываются поправки на кинетическую энергию и концевой эффект ,изменеие размеров вискозиметра с изменением температуры и т.п.Поправки при правильном осуществлении методане-
2
Сұйықтар,олардағы маңызды физикалық құбылыстар
Сұйықтардың осындай аралық күйде болуына байланысты, олардың қасиеттері де өте күрделі болып келеді. Сондықтан оның теориясы кристалдық күйдің, әсіресе, газ тәрізді күйдің теориясымен салыстырғанда нашар дамыған. Күні бүгінге дейін сұйықтардың толық аяқталған және ғылыми жұртшылық көңілінен шыққан бірден-бір теориясы болмай отыр. Сұйық күй теориясының бірсыпыра проблемаларын талдап шешуде орыс ғылымы Я.И. Френкель (1894-1952жж., физик-теоретик) елеулі табыстарға жетті.
Бұл теория бойынша сұйық молекуласы бір шама уақыт бойы белгілі бір тепе-теңдік қалыптың маңайында тербеліс жасайды. Сонан соң ол айналадағы басқа бөлшектердің әсерінен секіріп, тепе-теңдік орнын өзгертіп, өз мөлшерімен шамалас қашықтыққа жылжып ауысады. Я.И. Френкельдің бейнелеп айтуы бойынша, молекулалар көшпелі өмір сүре отырып, бүкіл сұйық көлемінде “саяхат” жасайды, қысқа мерзімді көшпелілік салыстырмалы ұзақ мерзімді отырықшылықпен ауысып отырады.
Беттік энергия оның ауданына байланысты болатындықтан, сұйықтардың өз бетін азайтуға тырысуы байқалады. Сұйық өзін жиыруға тырысатын керілген серпімді пленкаға құйып қойған сияқты ұстайды. Шын мәніне сұйықты сыртынан шектеп тұрған ешқандай пленканың жоқ екені белгілі. Істің мәнісі беттік қабаттағы молекулалардың сұйықтың ішіндегі
молекулалармен салыстырғанда қосымша энергиясы болатындығында.
Сұйық бетінің тұйық контурмен шекталген бір бөлігін ойша бөліп алайық. Осы учаскенің қысқаруға тырысатыны оған шекаралас учаскелерге бүкіл контурға тарап бөлінген күштермен әсер ететініне әкеп соғады. Бұл күштер беттік керілу күштері деп аталады. Беттік керілу күші сұйық бетіне жанама бойымен өзі әсер ететін контур учаскесіне перпендикуляр бағытталған. Контур ұзындығының бір өлшеміне әсер ететін беттік керілу күшін арқылы белгілейік. Бұл шаманы беттік керілу коэффициенті дейді.
Халықаралық өлшемдер жүйесіндегі оның бірлігі шамасы сұйықтың табиғатына және оның қандай жағдайда тұрғанына, атап айтқанда температураға байланысты болады. Температура артқан сайын сұйық пен оның буының арасындағы айырмашылықтар азая бастайды да беттік керілу төмендей келе кризистік температурада нөлге айналады.
Мысалы, қалыпты жағдайларда суға қарағанда сынаптың беттік керілуі 10 еседей көп болады, сондықтан сынап бөлшектерінің пішіні тамшы тәріздес, яғни сфераға жақын болады. Сұйықтың беттік керілуі оның қандай газбен немесе денемен шекаралас жатуына да байланысты.
С ұйықтың беттік қабатының ауданы артқанда істелетін жұмысты анықтап көрейік. Мысалы, метал каркастың ішінде сабынды су қабаты орналасқан. Төменгі жылжымалы қабат беттік керілу күшінің әсерінен жылжуға әрекеттенеді, оған қарама-қарсы күшінің, мысалы, салмақ күшінің әсерінен, ол тепе-теңдік қалыпта тоқтайды. Енд ітөменгі күшті деген шамаға арттырсақ, каркастың жылжымалы бөлігі аралыққа орын ауыстырады. Бұл кезде атқарылған жұмыс
(1)
беттік (еркіндік) энергияның артуына тең болады. (Бұл өрнектегі 2 көбейтінді саны қабаттың екі бетінің болуына байланысты пайда болды):
(2)
Алынған өрнекке байланысты анықтамасын былай беруге болады: беттік керілу коэффициенті сұйық бетінің бірлік аудан үлесіне тиісті еркіндік (беттік) энергияға тең екен, бұл жағдайда оның халыаралық жүйедегі өлшем бірлігі:
Егер капиллярды жұғатын сұйыққа батырсақ, лапластық қысымның әсерінен оның бойымен сұйық жоғары көтеріледі. Сондықтан капилляр ішіндегі сұйық пен кең ыдыстағы сұйық ішінде биіктігіне айырмашылық пайда болады, яғни капиллярлық қысым гидростатикалық қысыммен теңеседі:
(3)
мұндағы мениск радиусы. Бұл радиусты жиектік бұрышпен және капилляр радиусы арқылы өрнектеп, алдыңғы (3)-дан капиллярдағы сұйықтың биіктігін табуға болады:
(4)
Егер сұйық жұқпайтын болса, онда кері құбылыс байқалады, яғни капиллярлық қысым кері бағытталып, капиллярдағы сұйық деңгейі кең ыдыстағы деңгейге қарағанда төмен болады. Биіктіктер айырымы бұл жағдайда да (4) өрнегімен анықталады, бірақ болады.
Беттік активті заттарды (БАЗ) пайдаланып, фазалар бетінің шекарасындағы беттік керілуді едәуір азайтуға болады. Мұндай құбылыстардың технологияда маңызы өте зор. Мысалы, беттік - активті заттар цементтердің, түрлі қоспалардың, олардың негізінде жасалған бетондардың қасиеттерін айтарлықтай аралықтарда өзгертуге мүмкіндік береді.
2
Сұйықтардың негізгі жылуфизикалық қасиеттері
Термодинамиканың бірінші бастамасын пайдаланып, булану жылуын мынандай өрнектен анықтауға болады:
(1)
мұндағы қаныққан бу қысымы; пайда болған бу көлемі; буға айналған сұйық көлемі; немесе
булану немесе балқу жылуын басқа термодинамикалық параметрлермен байланыстыратын термоди-намиканың екінші бастамасы негізінде алынған Клапейрон-Клаузиус теңдеуін қарастырайық. Карно циклін (екі изотермадан, екі адиабаттан тұрады) атқарушы жұмыстық зат сұйық-қаныққан будан тұратын екі фазалық жүйе болсын. Сонда цикл жұмысы мынаған тең:
(2)
мұндағы п.ә.к.:
(3)
Затты сұйық күйінде алып, онымен тепе-теңдікте тұрған қаныққан буды қарастырайық та, көлемін өзгертпей одан біртіндеп жылу алатын болайық. Бұл процес зат температурасының төмендеуімен және оған сәйкес қысымның азаюымен байланысты болады.Булану жылуы сияқты балқу жылуы да термодинамиканың бірінші бастамасынан анықталады:
(4)
мұндағы жүйе көлемінің балқу кезіндегі өзгерісі; сұйық көлемі; қатты дене көлемі; ішкі энергияның өзгеруі.
Егер сұйықтың буға айналуы кезінде жылу көп жұтылып, сұйықтағы молекулалар байланысын жеңуге әрі будың көлемін ұлғайтуға жұмсалған жұмысқа шығындалса, балқу кезіндегі көлемдік өзгеру көп болмағандықтан сыртқы қысымға қарсы жасалған жұмысты ішкі энергия өзгеруімен салыстырғанда ескермеуге болады, яғни , сонда
(5)
немесе .
Суыту барысында балқуға кері кристалдану қатаю процесі жүреді. Сұйықты берілген қысымда, қатты фаза мен сұйық фаза тепе-теңдікте бола алатын температураға дейін (яғни балқу басталатын температураға дейін) суытқан кезде, кристалдану центрі дейтіндердің маңайында кристаликтердің жаппай өсуі басталады. Біртіндеп ірілене отырып, жеке кристаликтер ақыр аяғында өз ара бірігіп, поликристалдық қатты дене құрайтын болады.
Кристалдану центрлерінің ролін, сұйықтың ішінде қалқып жүрген қоспа бөлшектері атқара алады. Осындай бөлшектерден әбден тазартылған сұйықты кристаликтер пайда болмай-ақ, кристалдану температурасынан төменгі температураға дейін суытуға болады. Жоғарыда мұндай асыра суытылған сұйықтың күйі метастабильді күйге жататынын айтқанбыз. Кейбір жағдайда осындай метастабильдік күй ұзақ уақыт сақталып, сұйықтық аққыштығы өте нашарлап, зат аморфты қатты денеге айналады.Кристалдану барысында, балқу кезінде қанша жылу жұмсалса, сонша жылу (жасырын жылу) бөлініп шығады.
2
Сұйықтардың жылуфизикалық қасиеттерін зерттеулің кейбір заманауи әдістері
