Теплофизический спецпрактикум



бет1/7
Дата08.04.2022
өлшемі188.5 Kb.
#30350
түріИсследование
  1   2   3   4   5   6   7

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЙ СПЕЦПРАКТИКУМ

Работа №9



ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ

КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
1. Цель работы

1.1. Закрепить знание лекционного материала по методам измерения теплофизических величин.

1.2. Ознакомиться с ротационным методом измерения коэффициентов вязкости жидкостей.

1.3. Измерить коэффициент вязкости глицерина (или другой вязкой жидкости) при различных температурах.

1.4. Из полученной температурной зависимости коэффициента вязкости определить энергию активации.
2. Краткая теория

2.1. Внутреннее трение в жидкостях

Изучение свойств вещества в жидком состоянии представляет собой важную область физических исследований. Большое число явлений в природе и подавляющее большинство технологических процессов в химической, нефтяной, пищевой и других отраслях промышленности полностью или частично протекает в жидкой фазе. Жидкости используются в качестве теплоносителей и рабочих тел в энергетике. Развитие молекулярной биологии и медицины, познание процессов жизнедеятельности всех видов организмов невозможно без изучения теплового движения молекул жидкостей, в частности, явлений переноса. Изучение вязкости как свойства молекулярного переноса в жидкостях имеет большое значение для правильного объяснения целого ряда физических явлений, а также для решения многих технологических задач.

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.



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

, (1)

где τ – касательное напряжение трения, т.е. сила внутреннего трения, действующая на единицу площади и направленная по касательной к поверхности,



- градиент скорости в направлении внутренней нормали к поверхности слоя,

η – коэффициент динамической вязкости.



Отсюда следует определение коэффициента вязкости. Коэффициент вязкости численно равен тангенциальной силе вязкости между двумя слоями жидкости или газа, приходящейся на единицу площади, при градиенте скорости между этими слоями, также равном единице.

В СИ вязкость измеряется в Па с. [η] = Па с = .

Наряду с динамической вязкостью η используется кинематическая вязкость ν, , где ρ = плотность жидкости или газа.

В СИ единица измерения ν : .

Уравнение (1) является частным случаем более общего закона линейной связи между тензором напряжений и тензором скоростей деформации вязкой жидкости.



В жидкостях вязкость обусловлена, в первую очередь, межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкостях имеют место два типа трансляционного движения молекул: а) активированные (требующие сообщения молекуле энергии активации) одночастичные перемещения, как в кристаллах; б) многочастичный коллективный эффект, т.е. перемещение молекул вместе со своими ближайшими соседями (первой координационной сферой) за счет текучести.

Первый тип движения был рассмотрен Я.И.Френкелем [1,5]. Согласно его представлениям, тепловое движение атомов или молекул жидкости вдали от критической точки состоит из нерегулярных колебаний со средней частотой , близкой к частотам колебаний атомов в кристаллических телах, и амплитудой. определяемой размерами “свободного объема”, предоставленного данной частице ее соседями. Центр колебаний определяется полем соседних частиц и смещается вместе со смещениями этих частиц. Поэтому, в отличие от кристаллов, мы здесь имеем дело только с временными и неустойчивыми положениями равновесия. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нем полости, достаточной для перескока туда молекулы после некоторого числа колебаний относительно временного положения равновесия. Энергия, необходимая для образования полости, называется энергией активации w. Существует такое среднее время τ, называемое временем “осёдлой жизни”, в течение которого центр колебаний каждой частицы не смещается, причем τ >> .

Из общих статистических соображений следует:



(2)

где k - постоянная Больцмана,



- период колебаний частицы относительно положения равновесия,

Т – абсолютная температура,

w – энергия активации в расчете на одну молекулу.

Этим временем определяется средняя скорость v перемещения молекул жидкости:



,

где δ – среднее межмолекулярное расстояние.



Очевидно, что текучесть жидкости, равная величине, обратной коэффициенту динамической вязкости η, пропорциональна подвижности молекулы, т.е. её скорости под действием единичной силы. Тогда

~ , η ~ .

Температурная зависимость коэффициента вязкости жидкостей имеет вид:



(3)

где - слабая функция температуры Т, т.е. вязкость жидкостей резко уменьшается с повышением температуры.

Энергия активации W в расчете на один моль жидкости будет равна , где NA - число Авогадро. В СИ [W ] = .

Тогда формула (3) примет вид:



. (3а)



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6   7




©emirsaba.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет