химический каталог




Курс коллоидной химии

Автор С.С.Воюцкий

уазом (П); I пуаз соответствует вязкости жидкости, при которой для поддержания градиента скорости в 1 см/с нужна сила в 1 дин на 1 см2.

Для сравнительно маловязких жидкостей обычно пользуются величиной в сто раз меньшей — сантипуазом (сП). Следует помнить, что вязкость воды при 20 °С весьма близка к 1 сП.

Вычисленная из уравнения Ньютона вязкость в условиях ламинарного течения жидкости не зависи! ни от способа измерения, ни от типа и размеров примененного вискозиметра, т. е. является инвариантной характеристикой данной жидкости.

Величина 1/rj, обратная вязкости, называется текучестью. Она характеризует подвижность жидкости под влиянием внешних воздействий.

Ламинарное течение жидкости по трубкам описывается известным уравнением Пуазейля *:

v = nripj(8r\l) (Х,3)

где v — объемная скорость истечения; г и / — радиус и длина трубки; р — разность давлений на концах трубки; ц — вязкость жидкости.

Это уравнение найдено Пуазейлем в 1842 г эмпирическим путем Уравнение Ньютона, а следовательно, и уравнение Паузейля соблюдаются, если жидкость движется ламинарно, т. е. в виде слоев, имеющих различную скорость и не смешивающихся друг с другом. Такой режим наблюдается лишь при сравнительно малых скоростях течения. При больших скоростях ламинарный характер течения переходит в турбулентный, характеризующийся возникновением в движущейся жидкости завихрений. Если применять к такому течению уравнения Ньютона и Пуазейля, то коэффициент вязкости теряет свой обычный смысл, так как его значение при турбулентном течении зависит не только от природы жидкости, но становится функцией скорости движения жидкости. Очевидно, в этом случае можно говорить лишь об эффективной или кажущейся вязкости, понимая под ней условную величину, вычисленную для данной скорости течения по уравнениям Ньютона или Пуазейля.

Рейнольде в 1883 г. показал, что при течении жидкости по трубке с гладкими стенками ламинарное движение переходит в турбулентное, когда число Рейнольдса Re превысит известное значение. Число или критерий Рейнольдса представляет собой безразмерное отношение:

Re = «rp/rt (Х,4)

где р — плотность жидкости.

Как видно из свотношения (X, 4), ламинарное движение переходит в турбулентное при тем меньших скоростях, чем больше радиус трубки и плотность жидкости и чем меньше ее вязкость. Наличие *в жидкости взвешенных частиц, особенно неправильной формы, способствует так называемой ранней турбулентности, т. е. тому, что ламинарное течение переходит в турбулентное при значительно меньших значениях Re.

Уравнения Ньютона или Пуазейля количественно описывают течение жидкости, но ничего не говорят о сущности явления. Весьма важно дл,я понимания процесса течения жидкости разобраться в его молекулярном механизме.

Механизм течения жидкости можно представить себе правильно только исходя из современных представлений о строении жидкости, развитых Я. И. Френкелем, а также Эйрингом (см. гл. III).

* Вывод этого уравнения путем интегрирования уравнения Ньютона дается в учебниках физики; см. также С. С. В о ю ц к и й. Курс коллоидной химии, М., «Химия», 1964. 574 с. См. с. 342.

Как известно, молекулы всякой жидкости находятся в непрерывном тепловом движении, передвигаясь относительно друг-друга путем последовательного перемещения в дырки, имеющиеся в жидкости. Пока на жидкость не действуют какие-нибудь внешние силы, перемещении равновероятны во всех направлениях. В этом случае зависимость потенциальной энергии от положения молекул вблизи дырки можно охарактеризовать схемой а на рис. X, 4. Однако если жидкость находится под действием внешнего силового поля, которое стремится сместить молекулы в определенном направлении, то потенциальная энергия после перехода молекул в новое положение Е% будет меньше потенциальной энергии до перехода Е\, При этом потенциальная яма деформируется и примет вид, показанный на схеме б рис. X, 4. Поскольку скачки молекул, приводящие к уменьшению потенциальной энергии, происходят чаще, чем обратные, хаотическое движение приобретает направленность и наблюдается перенос вещества, т. е. течение жидкости."

Совершенно очевидно, что частота перемещения молекул в жидкости тем больше, чем выше средняя кинетическая энергия теплового движения молекулы kT, и тем меньше, чем ббльшую работу надо затратить для того, чтобы молекула могла совершить скачок. Следовательно, с повышением температуры промежуток времени между перемещениями молекул в соседние равновесные положения становится все короче и короче, а жидкость при одном и том же напряжении сдвига б^удет все более и более подвижной. Кроме того, при повышении температуры и увеличении энергии теплового движения все большее число молекул обладает энергией, необходимой для совершения скачка. Наконец, с повышением температуры происходит термическое расширение жидкости, что приводит к возрастанию числа дырок и к увеличению их размера. Все это обусловливает значительное снижение внутреннего треиия нлн повышение текучести. Так, вязкость воды при изменении температуры на 1 °С в интервале не слишком высоких температур изменяется на 2—3%.

Текучесть и вязкость, как это следует нз молекулярной модели вязкого течения, изменяются с температурой приблизительно по экспоненциальному закону:

1/т) = Л ехр (— EfkT) <Х,5)

или

Г|= Л'ехр(?/АГ) <Х,6)

где А и А' — коэффициенты, сравнительно мало • зависящие от температуры; Е — энергия активации, которую должна приобрести молекула, чтобы перескочить в новое положение равновесия; k — постоянная Больцмана; Т—абсолютная температура.

При известной температурной зависимости текучести или вязкости, логарифмируя этн уравнения, легко найти значение энергии активации, поскольку связь между 1пг| и 1/7" должна выражаться прямой линией. Однако следует помнить, что эта графическая зависимость для разных жидкостей представляет собой прямую только в относительно узкой области температур; в более широком температурном интервале обычно наблюдается отклонение от прямолинейности.

Опыт показывает, что энергия активации вязкого течения жидкости обычно равна нескольким килокалориям на моль.

Определение вязкости жидкостей

Вязкость жидкостей можно определять с помощью различных методов. Остановимся кратко лишь на важнейших из них.

Метод падающего шарика сводится к определению скорости свободного падения в жидкости шарика известного объема и массы. Для того чтобы не возникало турбулентного движения жидкости, скорость падения шарика должна быть не слишком большой, а сосуд, в котором падает шарик, достаточно широким. Коэффициент вязкости вычисляют по уравнению, которое легко выводится* из уравнения (111,39):

\, t| = 2r»(p-p0)ff/(9«) (Х,7>

Нетрудно видеть, что, определяя вязкость по скорости падения шарика,, экспериментатор решает задачу, обратную той, которую ему приходится решать-при нахождении радиуса частицы суспензии по скорости оседания.

Из уравнения (X, 7) следует, что скорость падения шарика обратно пропорциональна вязкости жидкости. Подобная зависимость соблюдается и тогда,, когда шарик падает не в ш

страница 114
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189

Скачать книгу "Курс коллоидной химии" (4.52Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
купить земельный участок по новой риге
купить банкетку в прихожую в интернет магазине в москве
подогрев сидений емеля цена
киркоров купить билет 30 апрель 2017 года

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(08.12.2016)