ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вязкость из "Химия коллоидных и аморфных веществ" Вязкость — одно из наиболее важных свойств жидкости. Задача этой главы — оппсать методы ее измерения, разъяснить причины, вызывающие вязкость жидкостей и обсудить соотношения, существующие между вязкостью н другими свойствами жидкостей. [c.30] Это самый удобный и наиболее удовлетворительны метод определ0 1ия вязкости жидко-сте 1 и растворов при обычных ее значениях . [c.31] Имеются различные формы капиллярных вискозиметров. Для наиболее точно работы вискозиметром слу кит длинная узкая трубка, через которую, в измеряемый период времени нри определенном градиенте давления, о ределенны11 объем жидт ости протекает из одного резервуара в другой. Для работы, не требующей большой точности, удоб а модификация этого прибора. [c.31] Так как здесь невозмолшо изменять давление, вызывающее течение жидкости, то для диаграммы скорость течения — давление получается только одна точка. Поэтому относительно жидкостей с низкой вязкостью трудно иметь уверенность, что течение жидкости в приборе действительно ламинарное. [c.32] В лабораторной практике, особенно при измерении вязкости суспензий, имеют широкое применение два прибора, построенные на этом принципе. В вискозиметре Мак Майкла во вращении находится наружная чаша, причем скорость вращения можно по желанию изменять в широких пределах. Внутренний цилиндр подвешен на проволоке с известной жесткостью, и скручивающее усилие определяется величиной скручивания. [c.33] В другом приборе —вискозиметре Штормера —- наружная чаша неподвижна, вращается же внутренняя, при постоянном моменте скручивания, поддерживаемом падающим грузом, при посредстве нити, перекинутой через блок. Угловая скорость внутреннего цилиндра определяется секундомером. Приборы этого тина, хотя и не отличаются большой точностью, практически удобны для рядовых определений, ибо они легко очищаются и пригодны для измерения вязкости в разных условиях точения. Концевые эффекты могли бы вызывать значительные ошибки, но они легко устранимы путем калибрирования прибора жидкостями известной вязкости, определенной другими методами. [c.33] Цилиндрический вискозиметр отличается тем преимуществом, что испытуемая жидкость подвергается почти постоянной скорости сдвига это важно при испытании материалов, вязкость которых изменяется в зависимости от скорости сдвига (см. стр. 177, 230, 234, 253-258). [c.34] Для жидкостей обычной вязкости трудно иметь точно измеренные шарики достаточно малой величины. Это затруднение устранено в недавно предложенной системе вискозиметра, в котором шарик катится в (содержащей испытуемую жидкость) плотно закрытой стеклянной трубке, помещенной под некоторым углом к горизонтали. Скорость движения шарика является сложной функцией вязкости, которая определяется путем калибрирования жидкостями, вязкость которых известна. Этот прибор, подобно вискозиметру Оствальда, имеет тот серьезный недостаток, что производимое измерение дает только одну точку на кривой скорость течения — дав тение . [c.34] Представим себе точку в цилиндрическом бруске, имеющем радиус Я, находящуюся по оси цилиндра на расстоянии % от одного его конца и по радиусу на расстоянии г от его оси, и угол 0 от фиксированного направления. Назовем осевую составляющую скорость w= z и радиальную составляющую и=с г. Составляющие напряжения будут в г и са. [c.35] Этим соотношением можно пользоваться для измерения высоких вязкостей, определяя скорость измерения расстояния между двумя метками в середине нити, на которой подвешена определенная нагрузка (см. стр. 302). [c.35] На рис. 6 представлено движение газа, имеющее характер ламинарного потока. Стрелки указывают скорость течения прилежащих элементарных слоев. В каждом слое движущиеся молекулы находятся в неправильном, беспорядочном тепловом движении, но над ним преобладает направленное движение указанной на рисунке скорости. Вследствие теплового движения молекулы переходят из слоя в слой. Коль скоро молекула, например С, переходит из зоны высокой скорости СВ в зону низкой скорости ЕР, она сталкивается с молекулами, находящимися в последней. При этом часть ее первоначальной энергии направленного движения передается молекулами медленнее движущегося слоя, а другая часть рассеивается, превращаясь в энергию беспорядочного движения молекул, не только поступательного, но и вращательного и колебательного. Подобным же образом, если С переходит в поток большей скорости АВ, то некоторые молекулы последнего испытывают замедление за счет ускорения молекулы С, но при этом опять-таки имеет место превращение части энергии направленного движения в беспорядочное, т. е. превращение работы в тепло. Эта потеря энергии направленного движения выражается в трении вязкого (т. е. ламинарного) течения. [c.36] Однако имеются факторы, незначительные по своему действию при малых плотностях, но важные при высоких, которые влияют на вязкость даже газов и становятся основными для жидкостей. Иа рис. 8 представлены три молекулы газа. Молекула А только что столкнулась с молекулой В и отскочила от ное в направлении С. Вокруг молекул В ш С показана сфера их действия. На протя ке-нии большей части пути меяеду В ш С молекула Л находится вне влияния их молекулярных сил и поэтому совершает свой путь с постоянной скоростью, а именно соответствующей скорости теплового движения, как это было объяснено в гл. I. С другой стороны, на рис. 9 показано положение, существующее в жидкости. Сферы действия молекул пересекаются не только тогда, когда молекулы находятся в среднем положении, но даже в положении их максимального разобщения. [c.37] Это равноценно признанию, что движение молекулы в жидкости главным образом выражается в колебании, быстром отскакивании взад и вперед на расстояния, изменяющиеся относительно медленно. Структура жидкости, таким образом, подобна структуре твердого тела, в котором частица, будь это атом или молекула, колеблется, по крайней мере в нормальных случаях, около некоторого фиксированного среднего положения. Однако важно иметь в виду тот факт, что в жидкости молекула может свободно двигаться, постоянно меняя свое положение. Энергия молекулы, вызывающая смещение, идентична с энергией в газовом состоянии при той же температуре, о чем свидетельствует подчинение осмотического давления газовым законам. Скорость смещения отдельной молекулы в жидкости (например, скорость диффузии) меньше, чем в газе, вследствие большего трения, а не меньшей движущей силы. В жидкости, очевидно, нет статического трения длительного молекулярного смещения, но велико трение, которое может возникать при ограниченных скоростях смещения. Вследствие этого следует ожидать, что расположение молекул в жидкости является в сильной степени, хотя может быть и не вполне, беспорядочным (см. стр. 153—154). [c.39] Кривая рис. 13 построена на основании данных о жидкостях при нормальных температурах. [c.41] приведенная на рис. 13, не является универсальной. Ртуть совершенно из нее выпадает. Многие жидкости, как, например, вода, аномальны, что, вероятно, является следствием высокой степени ассоциации их молекул в кидком состоянии. Форма молекул является, несомненно, фактором большого значения (стр. 173—180), хотя и не решающим. Тем не менее она определяет известную тенденцию и часто может быть использована при недостаточности данных. [c.42] Однако зависимость в действительности гораздо сложнее, чем здесь описано. Это видно из того, что вязкость жидкости, нагреваемой при постоянном объеме, падает гораздо меньше, чем при нагревании при постоянном давлении. При постоянном объеме пустые пространства между молекулами не могут изменяться настолько, чтобы сделать значительным изменение в амплитуде путей молекул между двумя их столкновениями однако скорость движения молекул дол кна возрастать с температурой. Следствием этого должна быть большая частота столкновений и отталкиваний при высшем температуре. Поэтому пониженная вязкость свидетельствует о меньшем переходе энергии направленного движения в теплоту, выделяемую при столкновениях. Можно доказать, что величина межмолекулярного притяжения несколько падает с повышением температуры, по трудно объяснить только на этом основании часто наблюдаемые при этом высокие величины вязкости. Большая скорость отталкивания после столкновений молекул при высоких температурах меньше способствует переносу направленного движения. [c.43] В этом уравнении V — постоянный объем при абсолютной температуре T,ЭL Ат/1С — константы для каждой данной лшдкости. Уравнение это, вероятно, наиболее подходит для чистых жидкостей. Ясно, что пользуясь им, можно построить кривую вязкость — температура, если известны вязкость жидкости при двух температурах и изменение плотности жидкости с температурой. Однако для отдельных жидкостей иногда наблюдаются отклонения. [c.44] На вязкость жидкости сильно влияют как полярность, так и молекулярный вес, но полярность вообще имеет, большее значение. Так, если мы обратимся к табл. 1 (стр. 36) и сравним гексан (мол. вес = 86) с глицерином (мол. вес = 92), мы увидим, что сильно полярный глицерин при 20 С имеет вязкость в 3 тыс. раз более высокую, чем гексан. Однако неполярные вещества очень высокого молекулярного веса, как, например, некоторые углеводороды, могут иметь вязкость порядка от 10 до 10 и выше и в то же время обладать свойствами истинных жидкостей. С возрастанием молекулярного веса соответственно растет и поверхность молекул. Поскольку для данного типа молекул интенсивность поверхностных сил, рассчитанных на единицу поверхности, приблизительно одинакова, общая величина сил взаимного притяжения, приходящихся на одну молекулу, сильно возрастает с величиной молекулы. Агрегирующему действию этих молекулярных притяжений противодействует пре кде всего дезагрегирующая тенденция теплового движения. Поскольку, однако, средняя эффективная кинетическая энергия смещения одно молекулы не зависит от ее молекулярного веса, избыток притягательных агрегирующих сил над дезагрегирующим влиянием сильно возрастает с величиной молекулы. Мы уже обратили внимание на это обстоятельство, объясняя понижение летучести с молекулярным весом. Повидимому, в этом заключается и основная причина влияния молекулярного веса па вязкость. Так как молекулярные веса могут достигать очень высоких значений, то и роль этого влияния может быть очень велика. В тех случаях, когда имеют место и высокая полярность и высокий молекулярный вес, как, например, в аморфном кремнеземе, вязкость при нормальных температурах достигает астрономических цифр (см., однако, стр. 164—167, 290— 291, 418—420). [c.44] Вернуться к основной статье