Стислі теоретичні відомості

Між шарами рідини, що рухаються один відносно одного з різними швидкостями, виникає сила внутрішнього тертя F. За Ньютоном така сила пропорційна добутку поверхні дотику шарів рідини S та градієнту швидкості :

(5.1)

де du – зміна швидкості при переході від одного елементарного шару рідини до іншого; dx – відстань між шарами. Коефіцієнт пропорційності в рівнянні (5.1) є коефіцієнтом внутрішнього тертя або динамічною в’язкістю (скорочено – в’язкість). У відповідності до (5.1) в’язкість має розмірність Па·с. Рідини, для яких є справедливою формула (5.1), називаються ньютонівськими.

У випадку ламінарної течії об’ємна швидкість витікання ньютонівської в’язкої нестисливої рідини крізь тонку циліндричну трубку визначається законом Пуазейля:

(5.2)

де V – об’єм рідини з в’язкістю h, що витікає крізь капіляр довжиною l та радіусом r за час ; DР – різниця тисків на кінцях капіляра.

З рівняння (5.2) видно, що в’язкість рідини можна визначити, вимірюючи час витікання певного об’єму рідини за гідродинамічного тиску Р крізь капіляр з відомими параметрами:

(5.3)

При визначенні в’язкості рідини зазвичай використовують порівняльний метод. Якщо час витікання однакових об’ємів двох різних рідин крізь такий самий капіляр дорівнює (для стандартної рідини) та t (для досліджуваної рідини), то згідно з (5.3) відношення в’язкостей досліджуваної та стандартної рідин складає

(5.4)

Оскільки висота рівня обох рідин при вимірюванні є однаковою, то відношення гідродинамічних тисків на кінці капілярної трубки дорівнює відношенню густин, тобто . Отже, формула для визначення в’язкості досліджуваної рідини набуває вигляду:

(5.5)

Віскозиметр – прилад для вимірювання в’язкості (рис. 18) – має вигляд U-подібної трубки з капіляром в одному із колін. Капіляр зверху сполучається з кулькою, об’єм якої визначається мітками «a» і «б». В широке коліно віскозиметра піпеткою наливають певний об’єм стандартної рідини, засмоктують її за допомогою гумової трубки і груші через капіляр у кульку вище мітки «а» і дають вільно витікати. Час витікання об’єму рідини, що знаходиться між мітками «а» і «б», вимірюють за допомогою секундоміра.

Рис. 18. Капілярний віскозиметр

При визначенні в’язкості водних розчинів як стандартну рідину використовують дистильовану воду. Температурну залежність в’язкості води наведено в табл. 5.1. Дослід з водою повторюють три рази (час витікання повинен збігатися з точністю до 0,5 с). Потім проводять аналогічні вимірювання з досліджуваною рідиною. Густини рідин знаходять за таблицями або визначають за допомогою пікнометра. Оскільки зі збільшенням температури в’язкість рідини зменшується, вимірювання необхідно проводити за умови сталої температури, підтримуючи її незмінною, наприклад, за допомогою термостата.

Таблиця 5.1. Температурна залежність в’язкості води h₀, Па∙с

t, ⁰С
h₀·10³	1,236	1,203	1,171	1,140	1,111	1,083	1,056	1,029
t, ⁰С
h₀·10³	1,005	0,981	0,958	0,936	0,914	0,894	0,874	0,854

Робота 5.1.Дослідження в’язкості структурованих розчинів

Залежність в’язкості розчинів від об’ємної концентрації описується рівнянням Ейнштейна

(5.6)

де h₀ – в’язкість дисперсійного середовища; a – коефіцієнт, що залежить від форми часток та взаємодії між ними; j – об’ємна частка дисперсної фази.

Для колоїдних систем зі сферичними частками дисперсної фази, які не взаємодіють ні між собою, ні з дисперсійним середовищем, a = 2,5.

Якщо частки дисперсної фази анізодіаметричні (мають суттєво відмінні розміри в різних проекціях), сольватуються та здатні утворювати структуровані розчини, то коефіцієнт a більшій за 2,5. При цьому його величина зростає залежно від того, наскільки значними є прояви зазначених вище явищ.

З метою дослідження інтенсивності сольватації, форми частинок та їх здатності до структуроутворення в розчинах вимірюють в’язкість розчинів з різним об’ємним вмістом дисперсної фази і проводять обробку данних за рівнянням Ейнштейна (5.6). Визначають величину та характер зміни коефіцієнта a і на підставі цих даних роблять висновок стосовно форми частинок дисперсної фази, інтенсивності їхньої сольватації, а також здатності структуруватися.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Лабораторна робота № 5 «В’ЯЗКІСТЬ»	\|	Хід виконання роботи

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.