Как определить вязкость жидкости методом стокса?

Что такое вязкость жидкости?

Еще Ньютон положил начало такой науке, как реология. Эта отрасль занимается изучением сопротивления вещества при движении, т. е. вязкости.

В жидкостях и газах происходит непрерывное взаимодействие молекул. Они ударяются друг о друга, отталкиваются или просто пролетают мимо. В итоге слои вещества как бы взаимодействуют друг с другом, придавая скорость каждому из них. Явление подобного взаимодействия молекул жидкостей/газов и называется вязкостью, или внутренним трением.

Чтобы лучше рассмотреть этот процесс, необходимо продемонстрировать опыт с двумя пластинками, между которыми находится жидкая среда. Если двигать верхнюю пластинку, то «прилипший» к ней слой жидкости также начнет двигаться с определенной скоростью v1. Через короткий промежуток времени замечаем, что нижележащие слои жидкости также начинают двигаться по той же траектории со скоростью v2, v3…vn и т. д., причем v1>v2, v3…vn. Скорость самого нижнего из них остается равна нулю.

На примере газа такой опыт провести практически невозможно, т. к. силы взаимодействия молекул друг с другом очень малы, и визуально это зарегистрировать не удастся. Здесь тоже говорят о слоях, о скорости движения этих слоев, поэтому в газообразных средах также существует вязкость.

Вязкость автомобильных жидкостей

Как видим, классификаций вязкости жидкостей достаточно много и чтобы не путаться в этих параметрах каждая сфера деятельности выбирает себе наиболее удобную систему измерения, исходя из особенностей использования жидкости. Так в автомобилестроении принят определённый стандарт по вязкости масла тоже. Этот стандарт называется SAE и его сертифицировали по американскому стандарту J300 АРR97. Каждая из автомобильных жидкостей имеет свои параметры — для масла важна вязкость и текучесть, для трансмиссионного масла — то же самое плюс наличие присадок, для тормозной жидкости плотность.

Что касается масел, то Ассоциация автомобильных инженеров делит их по способности течь и образовывать смазывающую плёнку на поверхности трущихся деталей в условиях разных температур. По этому принципу и делятся масла на зимние, летние и всесезонные. Трансмиссионные масла соответствуют по вязкости стандарту J306 и как и моторные, обозначаются по сезонности — зимние (70W), летние (90) или всесезонные (75W-85).

Вязкость клея

Клей — это вещество либо смесь органического или неорганического происхождения, способные соединять различные материалы

Для данного продукта вязкость перед его отверждением выступает важной характеристикой. Многочисленные современные клеевые системы имеют разную степень вязкости, она варьируется от водоподобных жидкостей до смолообразных субстанций.

От вязкости зависит способ нанесения клея. Составы низкой вязкости наносятся с минимальным давлением, однако могут требовать фиксации, чтобы не допустить нежелательного вытекания.

Клеи на основе ПВА относят к псевдопластическим жидкостям: их вязкость меняется от скорости течения, при перемешивании они разжижаются. Данная зависимость отличается у разных составов.

В целом жидкие клеевые материалы классифицируются на 3 группы:

• низковязкие, имеющие показатель вязкости до 3 Па•с (их можно наносить краскопультом);
• средневязкие (5–20 Па•с, предполагают использование кисти, валика);
• высоковязкие (свыше 25–30 Па•с, наносятся шпателем).

На производстве клей перекачивают мембранные и поршневые бочковые насосы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ коэффициента вязкости (внутреннего трения) жидкости методом Стокса

Фамилия И.О.
_________________   Группа __________   Дата ______

Введение

Вязкость (внутренне трение)
обуславливается силой трения, возникающей при относительном смещении слоев
жидкости. Вязкость жидкости характеризуется коэффициентом вязкости. Эта
величина определяет свойства жидкости и связывает силу внутреннего трения в
жидкости со скоростью ее частиц.

Физический смысл коэффициента вязкости можно выяснить
из следующих соображений. При установившемся потоке жидкости в трубе различные
слои движущейся жидкости имеют различные скорости. Наибольшую скорость имеет
слой, текущий по центральной части трубы. Слой, непосредственно прилегающий к
стенкам трубы, благодаря прилипанию частичек жидкости к стенкам трубы, имеет
скорость . Поэтому распределение скорости текущей
жидкости по трубе определяется величиной  (градиент
скорости), которая показывает изменение скорости на единицу длины радиуса
трубы. Согласно закону Ньютона, сила внутреннего трения между слоями
определяется формулой:

где       η – коэффициент вязкости;

             — градиент скорости;

S –
площадь поверхности, к которой приложена сила.

Из этой формулы следует:

Если предположить, что S равняется
единице поверхности и градиент скорости равен единице, то η = F, то
есть коэффициент вязкости численно равен силе внутреннего трения между слоями,
действующей на единицу поверхности при градиенте скорости равном единице.

В системе СИ коэффициент вязкости измеряется в Ньютон
секундах на квадратный метр и имеет размерность

Основными методами измерения коэффициента вязкости
являются метод истечения жидкости из капилляра, разработанный Пуазейлем и метод
падения шарика, разработанный Стоксом.

В настоящей работе описывается метод Стокса. Маленький
шарик, изготовленный из материала, плотность которого больше плотности
исследуемой жидкости, опускается в исследуемую жидкость, находящуюся в длинной
трубке. На движущейся шарик действуют три силы:

1.Сила тяжести

где       r – радиус шарика;

            ρ – плотность материала шарика;

g –
ускорение силы тяжести ().

2.Сила Архимеда, направленная против
движения шарика:

здесь ρ₁ – плотность
вязкой жидкости.

3.Сила внутреннего трения (сила
сопротивления движения шарика). Эта сила также направлена против движения
шарика. Стокс на основании теоретических исследований установил, что если шарик
движется в жидкости, не вызывая при своем движении никаких завихрений, то сила
сопротивления движения шарика определяется формулой

где  —
скорость падения шарика, r – радиус шарика, η – коэффициент вязкости
жидкости.

Следует учесть, что при движении шарика
имеет место не трение шарика о жидкость, а трение отдельных слоев жидкости друг
о друга, так как шарик обволакивается тонким слоем жидкости, и этот слой
жидкости движется вместе с шариком.

Сила трения с увеличением скорости
движения шарика возрастает, следовательно, при движении шарика скорость его
может достигнуть такой величины, при которой все три силы, действующие на
шарик, будут уравновешены, то есть равнодействующая их будет равна нулю. Такое
движение шарика будет равномерным, и шарик будет двигаться по инерции с
постоянной скоростью. Уравнение динамики для такого движения будет:

или

откуда

При движении шарика в цилиндрическом сосуде с
радиусом R и высотой h учет наличия
стенок, дна сосуда и верхней поверхности приводит к следующему выражению для
коэффициента вязкости, установленному теоретически

здесь   R – радиус цилиндра, h – высота
жидкости.

Для шариков малых радиусов 1-2 мм и трубок достаточно
большого диаметра  малая величина. Ею можно в
наших расчетах пренебречь и расчеты вести по формуле (53).

Следует помнить, что коэффициент вязкости зависит от
температуры. При повышении температуры коэффициент вязкости уменьшается.
Поэтому при определении коэффициента вязкости следует указать температуру.

Порядок выполнения работы

1.Получив у лаборанта микрометр и
несколько стальных и чугунных шариков, определить диаметры шариков при помощи
микрометра с точностью до 0,01 мм. Плотность стали принять равной , плотность свинца — , плотность масла —

2.Температуру считать равной
комнатной температуре.

3.Измерить расстояние между метками
на трубке, в которой должен двигаться шарик.

4.Секундомером определить время
прохождения шариком расстояния между красными линиями ab (рис.22).

Глаз следует поместить так, чтобы отсутствовала ошибка
на параллакс. Опыт повторяют с двумя-тремя шариками.

5.Скорость определяется из
соотношения

6.Данные опыта подставить в формулу
(53).

7.Для каждого шарика  отдельно
измеряют время падения и рассчитывают коэффициент вязкости. Затем определяют

8.Найти относительную и абсолютную
ошибки измерения.

Определение — динамическая вязкость

ZIC XQ Fully Synthetic Определение динамической вязкости производится на основе закона Стокса или закона Пуазейля.  

Определение динамической вязкости этими приборами основано на зависимости величины динамической вязкости от перепада давления на капиллярной трубке при постоянном расходе жидкости. При прокачивании через капилляр жидкости с постоянным расходом измерение ее динамической вязкости сводится к измерению перепада давления на капилляре. Для поддержания неизменной величины расхода жидкости применен дозирующий насос шестеренчатого типа.  

Определение динамической вязкости по этим формулам требует значительного времени, так как опытное определение некоторых входящих в них величин, например радиуса капилляра г и других, представляет известные экспериментальные трудности. Однако практически задача может быть значительно упрощена, если воспользоваться заранее определенной вязкостной характеристикой некоторой стандартной жидкости.  

Определение динамической вязкости заключается в установлении времени истечения под постоянным давлением определенного объема ( равного объему шарика вискозиметра) испытуемого нефтепродукта через капиллярную трубку вискозиметра, для которого заранее установлена его постоянная.  

Определение динамической вязкости по этим формулам требует значительного времени, так как опытное определение некоторых входящих Б них величин, например радиуса капилляра г и других, представляет известные экспериментальные трудности. Однако практически задача может быть значительно упрощена, если воспользоваться заранее определенной вязкостной характеристикой некоторой стандартной жидкости.  

Определение динамической вязкости исследуемого масла проводят так же, как это было описано выше при определении постоянной вискозиметра, но при одном наполнении и при одном давлении ( обычно при 150 мм рт. ст.), а время тоже берут среднее из шести замеров. Время наполнения и истечения масла из шарика а должно укладываться в пределах 100 — 360 сек.  

Для определения динамической вязкости в капиллярном вискозиметре оба колена вискозиметра через четырехходовой кран соединяют с манометром, который, в свою очередь, соединен через воздушный буфер с источником давления.  

Для определения динамической вязкости требуются точные данные о плотности, которые часто отсутствуют, особенно для жидких сплавов. Чтобы получить динамическую вязкость, часто приходится вычислять плотность; для сплавов обычно пользуются законом Ве-гарда

Полученными результатами следует пользоваться с осторожностью, так как указанный закон часто не выполняется, особенно в сплавах с высокими отрицательными энтальпиями смешения.  . Для определения динамической вязкости нефтепродуктов согласно ГОСТ применяется капиллярный вискозиметр Уббелоде-Гольде, а для определения кинематической вязкости нефтепродуктов — капиллярные вискозиметры Пинкевича и Воларовича

 

Для определения динамической вязкости нефтепродуктов согласно ГОСТ применяется капиллярный вискозиметр Уббелоде-Гольде, а для определения кинематической вязкости нефтепродуктов — капиллярные вискозиметры Пинкевича и Воларовича.  

Динамическая вязкость.

Для определения динамической вязкости водно-спиртовых ра-ггворов нами по этим данным составлены графики, позволяющие эпределить значения ее для концентраций, выраженных как в объем-шх, так и в массовых процентах.  

Метод определения динамической вязкости применяется в научно-исследовательских работах.  

Методы определения динамической вязкости применяются в научно-исследовательских работах.  

При определении динамической вязкости величину первоначально подвешиваемого — груза подбирают с таким расчетом, чтобы продолжительность трех оборотов цилиндра составила не менее 30 сек. Измерения проводят до тех пор, пока по четырем последовательным отсчетам времени не получат данные, расходящиеся не более чем на 10 % от среднего арифметического сравниваемых измерений. Затем увеличивают груз и снова отсчитывают продолжительность трех оборотов цилиндра.  

При определении динамической вязкости величина первоначально подвешиваемого груза подбирается с таким расчетом, чтобы время трех оборотов цилиндра составило не менее 30 сек. При этом измерения производят до тех пор, пока четыре последовательных отсчета времени не дадут данные, расходящиеся не более чем на 10 % от среднего арифметического сравниваемых измерений. Затем увеличивают груз и снова производят отсчеты времени трех оборотов цилиндра.  

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ НА
КАПИЛЛЯРНОМ ВИСКОЗИМЕТРЕ

Цель работы

1. 
Овладение методикой определения
кинематической вязкости жидкостей по ГОСТ 33-66

2. 
Определение коэффициента кинематической
вязкости жидкости

Общие сведения

Вязкость – одна  из важнейших физических характеристик
жидкости –свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению(сдвигу)
слоев жидкости. Это свойство проявляется в том, что в жидкости, движущейся
вдоль твердой поверхности, возникают касательные напряжения внутреннего трения.
От величины вязкости, в частности, зависят потери энергии (напора) при
перемещении жидкостей в трубопроводах и каналах гидравлических машин и
механизмов.

                                                                                                            (1)

                        
Рис. 1

где   – приращение скорости, соответствующее приращению
координаты ;

                – коэффициент пропорциональности, называемый
динамическим                                                                                            
коэффициентом вязкости жидкости.

Размерности
динамического коэффициента вязкости :

В системе СИ    ;

В системе СГС  .

В гидравлических расчетах боле удобно пользоваться
кинематическим коэффициентом вязкости :

                                                                                                                  (2)

где  – плотность
жидкости.

Размерность
кинематического коэффициента вязкости ;

В системе СИ     ;

В системе СГС  .

Часто используется единица кинематического
коэффициента вязкости – сантистокс (сСт)
: 1сСт = 0,01 Ст

Коэффициент вязкости (динамический  или
кинематический ) является  количественной характеристикой вязкостных
свойств жидкости. Вязкость жидкости зависит от температуры и давления. При
увеличении температуры вязкость жидкостей уменьшается.

Влияние температуры на динамический коэффициент
вязкости жидкостей оценивается формулой:

                                                                                            (3)

где  и  – значения
динамического коэффициента вязкости, соответственно, при температурах и ;  – коэффициент, зависящий от рода жидкости.

Для смазочных масел и жидкостей, применяемых в
системах  гидропривода, кинематический коэффициент вязкости  при
температуре  можно определить по формуле:

                                                                                                (4)

где  – кинематический коэффициент вязкости жидкости при
температуре  ; размерность  и  – сСт;

n – показатель степени, зависящий
от :

                                                       
                                                    (5)

При увеличении давления вязкость жидкости слабо возрастает:

                                                          (6)

где  и  – значения динамического коэффициента вязкости при давлениях
 и ; размерности  и  – МПа;

 – показатель степени (пьезокоэффициент вязкости),
значения которого для минеральных масел находятся в пределах 0,02  0,03.
Зависимость вязкости жидкости от давления существенна только при сравнительно
больших изменениях давления. Например, при увеличении давления от атмосферного
до 30 МПа вязкость минеральных масел возрастает приблизительно в 2 раза.

Для измерения вязкости жидкости в производственных и
лабораторных условиях наибольшее распространение получили капиллярные
вискозиметры. Измерение вязкости в капиллярных вискозиметрах, в которых
определенное количество жидкости протекает по капиллярной трубке малого
диаметра (рис.2), основано на закономерностях ламинарного течения жидкости в
трубах. В соответствии с законом Пуазейля объемный расход жидкости  при ламинарном
ее течении в трубах:

                                                 (7)

	где, применительно к капиллярному вискозиметру,  и  – диаметр и длина капиллярной трубки;  – потери напора на трение при движении жидкости по капиллярной трубке.

                    Рис. 2

Объемный
расход жидкости равен отношению количества перетекшей жидкости  по времени
перетекания :

Т.о, из выражения (7) получаем известную формулу капиллярной
вискозиметрии:

                                             (8)

Количество
перетекшей жидкости , диаметр капилляра , длина
капилляра  являются постоянными для данного вискозиметра. Величина потерь напора
на трение  приблизительно равна длине капиллярной трубки  и также является
постоянной вискозиметра. Т.о. выражение (8) можно записать в виде:

                                                               (9)

где, С – постоянная
вискозиметра.

Т.к. геометрические параметры вискозиметра ( например,
диаметр ), а также объем жидкости в вискозиметре зависят от температуры , то в
выражение (9) вводится поправочный температурный коэффициент :

                                                                (10)

Значение
постоянной С и коэффициента К  приводятся в паспорте вискозиметра.

Выражение (10) позволяет измерять кинематический коэффициент
вязкости жидкости простым измерением времени перетекания фиксированного объема
жидкости в капиллярном вискозиметре.

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости — это свойство, проявляющееся только при движении жидкости, и не влияющее на покоящиеся жидкости. Вязкое трение в жидкостях подчиняется закону трения, принципиально отличному от закона трения твёрдых тел, т.к. зависит от площади трения и скорости движения жидкости.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Если рассмотреть то, как распределяются скорости различных слоёв жидкости по сечению потока, то можно легко заметить, что чем дальше от стенок потока, тем скорость движения частиц больше. У стенок потока скорость движения жидкости равна нулю. Иллюстрацией этого является рисунок, так называемой, струйной модели потока.

Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся с большей скоростью, увлекает (тянет) за собой слой, движущийся с меньшей скоростью. Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.
Если между соседними слоями жидкости выделить некоторую площадку S, то согласно гипотезе Ньютона:

F=μ•S•(du/_dy),

где:

• μ — коэффициент вязкого трения;
• S – площадь трения;
• du/dy — градиент скорости

Величина μ в этом выражении является динамическим коэффициентом вязкости, равным:

μ=F/_S•1/_du/dy,

или

μ=τ•1/_du/dy,

где:

τ – касательное напряжение в жидкости (зависит от рода жидкости).

Физический смысл коэффициента вязкого трения

Физический смысл коэффициента вязкого трения — число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости.

На практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости, названный так потому, что в его размерности отсутствует обозначение силы. Этот коэффициент представляет собой отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к её плотности:

ν=μ/_ρ,

Единицы измерения коэффициента вязкого трения:

• Н·с/м2;
• кГс·с/м2
• Пз (Пуазейль) 1(Пз)=0,1(Н·с/м2).

Анализ свойства вязкости жидкости

Для капельных жидкостей вязкость зависит от температуры t и давления Р, однако последняя зависимость проявляется только при больших изменениях давления, порядка нескольких десятков МПа.

Зависимость коэффициента динамической вязкости от температуры выражается формулой вида:

μ_t=μ•e-k_t(T-T),

где:

• μ_t — коэффициент динамической вязкости при заданной температуре;
• μ — коэффициент динамической вязкости при известной температуре;
• Т — заданная температура;
• Т — температура, при которой измерено значение μ;
• e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Зависимость относительного коэффициента динамической вязкости от давления описывается формулой:

μ_р=μ•e-k_р(Р-Р),

где:

• μ_Р — коэффициент динамической вязкости при заданном давлении,
• μ — коэффициент динамической вязкости при известном давлении (чаще всего при нормальных условиях),
• Р — заданное давление,;
• Р — давление, при которой измерено значение μ;
• e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Влияние давления на вязкость жидкости проявляется только при высоких давлениях.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

σ_ij=η•(dv_i/_dxi+dv_j/_dxi),

где σ_ij — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость жидкостей (при 18°C)

Вещество	Вязкость 10 -5 кг/(м*с)
Анилин	4,6
Ацетон	0,337
Бензол	0,673
Бром	1,02
Вода	1,05
Гелий	1,89
Глицерин	1400
Масло машинное легкое	113
Масло машинное тяжелое	660
Масло оливковое	90
Масло оливковое	90
Пентан	0,244
Ртуть	1,59
Спирт этиловый	1,22
Уксусная кислота	1,27
Эфир этиловый	0,238

Вязкость аморфных материалов

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс:

η(T)=A⋅exp⁡(QRT),{\displaystyle \eta (T)=A\cdot \exp \left({\frac {Q}{RT}}\right),}

где:

• Q{\displaystyle Q} — энергия активации вязкости (Дж/моль);
• T{\displaystyle T} — температура (К);
• R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К);
• A{\displaystyle A} — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q{\displaystyle Q} изменяется от большой величины QH{\displaystyle Q_{H}} при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину QL{\displaystyle Q_{L}} при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда (QH−QL)<QL{\displaystyle \left(Q_{H}-Q_{L}\right)<Q_{L}}, или ломкие, когда (QH−QL)≥QL{\displaystyle \left(Q_{H}-Q_{L}\right)\geq Q_{L}}. Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса RD=QHQL{\displaystyle R_{D}={\frac {Q_{H}}{Q_{L}}}}: сильные материалы имеют RD<2{\displaystyle R_{D}<2}, в то время как ломкие материалы имеют RD≥2{\displaystyle R_{D}\geq 2}.

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением:

η(T)=A1⋅T⋅1+A2⋅exp⁡BRT⋅1+Cexp⁡DRT{\displaystyle \eta (T)=A_{1}\cdot T\cdot \left\cdot \left}

с постоянными A1{\displaystyle A_{1}}, A2{\displaystyle A_{2}}, B{\displaystyle B}, C{\displaystyle C} и D{\displaystyle D}, связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования Tg{\displaystyle T_{g}} это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

Вязкость

Если температура существенно ниже температуры стеклования T<Tg{\displaystyle T<T_{g}}, двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

η(T)=ALT⋅exp⁡(QHRT),{\displaystyle \eta (T)=A_{L}T\cdot \exp \left({\frac {Q_{H}}{RT}}\right),}

с высокой энергией активации QH=Hd+Hm{\displaystyle Q_{H}=H_{d}+H_{m}}, где Hd{\displaystyle H_{d}} — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а Hm{\displaystyle H_{m}} — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T<Tg{\displaystyle T<T_{g}} аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}} двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

η(T)=AHT⋅exp⁡(QLRT),{\displaystyle \eta (T)=A_{H}T\cdot \exp \left({\frac {Q_{L}}{RT}}\right),}

но с низкой энергией активации QL=Hm{\displaystyle Q_{L}=H_{m}}. Это связано с тем, что при T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}} аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

2. Общая характеристика

Согласно закону Ньютона для внутреннего трения вязкость характеризуется коэффициентом пропорциональности между напряжением смещения и градиентом скорости движения слоев в перпендикулярном к деформации сдвига направлении (поверхности слоев):

.

Коэффициент называют коэффициентом динамической вязкости, динамической вязкости или абсолютной вязкостью. Единица измерения коэффициента динамической вязкости — Па c, Пуаз (0,1 Па с).

Количественно коэффициент динамической вязкости равен силе F, которую нужно приложить к единице площади сдвижной поверхности слоя S, чтобы поддержать в этом слое ламинарные течения с постоянной единичной скоростью относительного смещения.

2.1. Типы вязкости

Закон Ньютона для вязкости, приведенный выше, является классической моделью вязкости. Это не основной закон природы, а приближение, что имеет место для некоторых материалов и не подтверждается для других. Неньютоновской жидкости имеют более сложный связь между напряжением сдвига и градиентом скорости, чем простая линейность. Поэтому, для различных видов жидкостей разные модели вязкости:

• Ньютоновская жидкость : жидкость, такая как вода и большинство газов имеет постоянное значение динамической вязкости.
• Дилатантна жидкость : жидкость, вязкость которой с ростом градиента скорости возрастает (глиняные суспензии, сладкие смеси, гидрозолей кукурузного крахмала, системы песок / вода).
• Псевдопластик : жидкость, вязкость которой с ростом градиента скорости уменьшается (краски, эмульсии, некоторые суспензии).
• Tиксотропна жидкость: жидкость, вязкость которой с течением времени уменьшается (водоносные почвы (плывуны), биологические структуры, различные технические материалы).
• Реопексна жидкость: жидкость, вязкость которой с течением времени возрастает (гипсовые пасты, суспензии оксида ванадия, Бетониты и отдельные виды принтерного чернил).
• Бингамивський пластик: модель Бингама подобна модели сухого трения. В статических условиях жидкость ведет себя как твердый материал, а при силовом воздействии начинает течь ..
• Магнитореологична жидкость это тип «смарт-жидкости», которая, при воздействии магнитного поля значительно увеличивает свою условную вязкость и приобретает свойства вязко-упругой твердого тела.

2.2. Динамическая вязкость некоторых веществ

В основу методов измерения вязкости и их классификации положены математические зависимости, описывающие различные виды течений сред. Измерение вязкости осуществляют вискозиметрами.

Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости ньютоновских жидкостей :

Вязкость отдельных видов газов при давления 100 кПа,

Газ	при 0 C (273 K)	при 27 C (300 K)
воздуха	17.4	18.6
водород	8.4	9.0
гелий		20.0
аргон		22.9
ксенон	21.2	23.2
углекислый газ		15.0
метан		11.2
этан		9.5

Вязкость жидкостей при 25 C

Жидкость:	Вязкость	Вязкость
ацетон	3.06 10 -4	0.306
бензол	6.04 10 -4	0.604
кровь (при 37 C)	(3-4) 10 -3	3-4
касторовое масло	0.985	985
кукурузный сироп	1.3806	1380.6
этиловый спирт	1.074 10 -3	1.074
этиленгликоль	1.61 10 -2	16.1
глицерин (при 20 C)	1.49	1490
мазут	2.022	2022
ртуть	1.526 10 -3	1.526
метиловый спирт	5.44 10 -4	0.544
моторное масло SAE 10 (при 20 C)	0.065	65
моторное масло SAE 40 (при 20 C)	0.319	319
нитробензол	1.863 10 -3	1.863
жидкий азот (при 77K)	1.58 10 -4	0.158
пропанол	1.945 10 -3	1.945
оливковое масло	.081	81
серная кислота	2.42 10 -2	24.2
вода	8.94 10 -4	0.894

Выделяют также коэффициент кинематической вязкости или кинематической вязкостью ν, что является отношением коэффициента динамической вязкости к плотности вещества

.

Единица измерения коэффициента кинематической вязкости — Стокс, м / с. Коэффициент ν в отличие от η выражается величинами, которые не связаны с массой жидкости, т.е. величинами, которые носят, так сказать, кинематический характер, в то время как η носит динамический характер.

Вязкость технических продуктов часто характеризуют условными единицами — градусами Энглера ( Е) и Барбье ( В), секундами Сейболт («S) и Редвуд (» R).

Вязкость зависит от давления, температуры, а также иногда от градиента сдвига ( неньютоновские среды; их вязкость охватывает и так называемую структурную вязкость). Жидкости, вязкость которых не зависит от градиента сдвига, называют идеально вяжущими ( ньютоновскими). Вязкость жидкостей в общем случае с повышением давления незначительно увеличивается, а с повышением температуры уменьшается.

Вязкость сахарного сиропа

Сахаром в быту называется сахароза. Свекловичный и тростниковый сахар (в виде песка и рафинада) — очень важный продукт питания. Сахароза относится к углеводам, питательным веществам, заряжающим организм энергией.

Сахарный сироп (основа многих мучных и кондитерских изделий) обладает определенной вязкостью. Она есть уже у самой воды, в составе данной среды. С повышением концентрации растворов вязкость сиропов увеличивается. При концентрации сахара свыше 80 % начинается процесс кристаллизации сахара.

Выделяют следующие разновидности сиропов.

1. Сахарно-паточный. Помимо растворенного в воде сахара содержит патоку. Имеет более высокую вязкость.

2. Инвертный. Обладает более низкой вязкостью, но повышенной гигроскопичностью.

3. Молочный. Растворителем здесь служит молоко (цельное, сухое, сгущенное, сливки), возможно добавление патоки. Данный сироп выступает основным полуфабрикатом при изготовлении молочных конфет, помадных масс.

Для перекачивания сиропов лучше всего подходят центробежные и кулачковые насосы.