Viskoznost tekočine Metode za določanje viskoznosti tekočine

Raziskovalne dejavnosti v industriji pogosto zahtevajo izračun viskoznosti tekočine. Delo z navadnimi ali dispergiranimi mediji v obliki aerosolov, plinskih emulzij zahteva poznavanje fizikalnih lastnosti teh snovi.

Kaj je viskoznost tekočine?

Tudi Newton je postavil temelje za takšno znanost, kot je reologija. Ta industrija se ukvarja s preučevanjem odpornosti snovi v gibanju, tj. Viskoznosti.

Pri tekočinah in plinih pride do stalne interakcije molekul. Udarijo se, odbijajo ali preprosto preletijo. Posledica tega je, da plasti snovi medsebojno vplivajo, kar vsakemu od njih daje hitrost. Pojav takšne interakcije molekul tekočin / plinov se imenuje viskoznost ali notranje trenje.

Za boljši vpogled v ta proces je potrebno prikazati izkušnjo z dvema ploščama, med katerimi je tekoči medij. Če premaknete zgornjo ploščo, se bo plast tekočine, ki se je »zataknila«, začela premikati z določeno hitrostjo v1. Po kratkem času opazimo, da se osnovne plasti tekočine prav tako začnejo premikati po isti poti s hitrostjo v2, v3 ... vn, itd., Z v1> v2, v3 ... vn. Stopnja najnižje med njimi ostaja nič.

Z uporabo plina kot primera je tak poskus skoraj nemogoče izvesti, saj so sile medsebojnega delovanja molekul med seboj zelo majhne in jih ne bo mogoče vizualno registrirati. Tukaj prav tako govorijo o plasti, o hitrosti gibanja teh plasti, zato je v plinastih medijih tudi viskoznost.

Newtonski in ne-Newtonski mediji

Newtonska tekočina je tekočina, katere viskoznost lahko izračunamo z uporabo Newtonove formule.

Takšna okolja vključujejo vodo in raztopine. Viskoznost tekočine v takšnih okoljih je lahko odvisna od dejavnikov, kot so temperatura, tlak ali atomska struktura snovi, vendar je gradient hitrosti vedno enak.

Ne-Newtonove tekočine so takšni mediji, pri katerih se zgoraj navedena vrednost lahko spremeni, kar pomeni, da Newtonova formula tukaj ne bo delovala. Take snovi vključujejo vse razpršene medije (emulzije, aerosole, suspenzije). To vključuje tudi kri. O tem bomo podrobneje razpravljali spodaj.

Kri kot notranje okolje telesa

Kot veste, je 80% krvi plazma, ki ima tekoče agregatno stanje, preostalih 20% pa so rdeče krvne celice, trombociti, bele krvne celice in različni vključki. Človeški eritrociti imajo premer 8 nm. V stacionarnem stanju tvorijo agregate v obliki kovinskih stolpcev, medtem ko bistveno povečujejo viskoznost tekočine. Če je pretok krvi aktiven, se te »konstrukcije« razpadejo, notranje trenje pa se zmanjša.

Srednja razmerja viskoznosti

Medsebojno vplivanje plasti medija med seboj vpliva na značilnosti celotnega sistema tekočine ali plina. Viskoznost je primer fizičnega pojava, kot je trenje. Zahvaljujoč temu zgornji in spodnji sloji medija postopoma izenačita hitrosti njihovega toka in na koncu ustreza ničli. Viskoznost lahko označimo tudi kot odpornost ene plasti medija na drugo.

Za opis takšnih pojavov obstajata dve kvalitativni značilnosti notranjega trenja:

• dinamični koeficient viskoznosti (dinamična viskoznost tekočine);
• kinetični koeficient viskoznosti (kinetična viskoznost).

Obe količini sta povezani z enačbo υ = η / ρ, kjer je ρ gostota medija, υ kinetična viskoznost in η je dinamična viskoznost.

Metode določanja viskoznost tekočine

Viskozimetrija je meritev viskoznosti. Na sedanji stopnji razvoja znanosti je mogoče ugotoviti vrednost viskoznosti tekočine na praktične načine na štiri načine:

1. Kapilarna metoda. V ta namen je potrebno imeti dve posodi, ki sta povezani s steklenim kanalom majhnega premera znane dolžine. Prav tako morate poznati vrednosti tlaka v eni posodi in v drugi. Tekočina se postavi v stekleni kanal in za določen čas teče iz ene bučke v drugo.

Nadaljnji izračuni se izvajajo z uporabo Poiseuilleove formule, da bi našli vrednost koeficienta viskoznosti tekočine.

V praksi so lahko tekoči mediji zmesi, segrete na 200-300 stopinj. Navadna steklena cev v takih pogojih bi se preprosto deformirala ali celo počila, kar je nesprejemljivo. Sodobni kapilarni viskozimetri so sestavljeni iz visoko kakovostnega in odpornega materiala, ki zlahka prenaša tovrstne obremenitve.

2. Medicinska metoda po Hesse. Za izračun viskoznosti tekočine na ta način je potrebno imeti ne eno, ampak dve identični kapilarni napravi. V eni izmed njih je okolje že znano vrednost notranjega trenja, v drugem pa testna tekočina. Nato izmerite dve časovni vrednosti in sestavite delež, s katerim dosežeta želeno število.

3. Rotacijska metoda. Za njegovo izvedbo je potrebno imeti konstrukcijo dveh koaksialnih valjev. To pomeni, da mora biti eden izmed njih znotraj drugega. V intervalu med njimi nalijemo tekočino, nato pa damo hitrost notranjemu jeklu. To kotna hitrost poročali tudi o tekočini. Razlika v veljavnosti trenutka nam omogoča izračun viskoznosti medija.

4 Določanje viskoznosti tekočine po Stokesovi metodi. Za izvedbo te izkušnje je potrebno imeti Gepplerjev viskozimeter, ki je valj, napolnjen s tekočino. Pred začetkom poskusa na cilindru naredite dve oznaki in merite dolžino med njimi. Nato vzemite kroglo določenega polmera R in jo spustite v tekoči medij. Če želite določiti hitrost njegovega padca, poiščite čas gibanja predmeta iz ene oznake na drugo. Če poznamo hitrost žoge, lahko izračunamo viskoznost tekočine.

Praktična uporaba viskozimetrov

Določanje viskoznosti tekočine je zelo praktično pomembno v industriji rafiniranja nafte. Pri delu z večfaznimi disperziranimi mediji je pomembno poznati njihove fizikalne lastnosti, zlasti notranje trenje. Sodobni viskozimetri so izdelani iz trpežnih materialov, v svoji proizvodnji uporabljajo napredno tehnologijo. Vse to skupaj omogoča delo z visoko temperaturo in tlakom brez poškodb same opreme.

Viskoznost tekočine igra veliko vlogo v industriji, ker je transport, predelava in ekstrakcija, na primer, olja odvisna od vrednosti notranjega trenja tekočinske zmesi.

Kakšno vlogo ima viskoznost pri medicinski opremi?

Pretok mešanice plinov skozi endotrahealno cev je odvisen od notranjega trenja tega plina. Sprememba viskoznosti medija tukaj različno vpliva na prodiranje zraka skozi aparaturo in je odvisna od sestave plinske mešanice.

Uvajanje zdravil, cepiv skozi brizgo je tudi živ primer primera viskoznosti medija. Govorimo o padcu tlaka na koncu igle, ko vbrizgamo tekočino, čeprav smo sprva verjeli, da je ta fizični pojav mogoče zanemariti. Pojav visokega tlaka na konici je posledica notranjega trenja.

Zaključek

Viskoznost medija je ena od fizikalnih veličin, ki ima veliko praktično uporabo. V laboratoriju, industriji, medicini - na vseh teh področjih se zelo pogosto pojavi koncept notranjega trenja. Delo najpreprostejše laboratorijske opreme je lahko odvisno od stopnje viskoznosti medija, ki se uporablja za raziskave. Tudi predelovalna industrija ne more brez znanja na področju fizike.