Новости

Вязкость (внутреннее трение)

Работа добавлена:






Вязкость (внутреннее трение) на http://mirrorref.ru

ВЯЗКОСТЬ(ОФС 42-0038-07)

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Основными кинематическими переменными для жидкостей служат деформация и ее скорость. Поэтому для изучения реологических характеристик жидких сред устанавливают связь между приложенными внешними нагрузками и кинематическими параметрами.

Жидкости, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига и при определенной концентрации и температуре является постоянной величиной в соответствии  с  законом  Ньютона,  называются  ньютоновскими.  Неньютоновские жидкости не следуют закону Ньютона, их вязкость зависит от напряжения сдвига.

Различаютдинамическую, кинематическую, относительную, удельную, приведенную и характеристическуювязкости. Для неньютоновских жидкостей, главным образом, характернаструктурная вязкость. Структурная (эффективная или кажущаяся) вязкость– вязкость при данном напряжении сдвига.

Динамическая вязкость или коэффициент вязкости (η)– это приходящаяся на единицу поверхности тангенциальная сила, называемая такженапряжением сдвига (τ),выраженная в паскалях (Па), которую необходимо приложить для того, чтобы переместить слой жидкости площадью 1 м2со скоростью (v) 1 метр в секунду (м×c-1), находящийся на расстоянии(х)1 метр относительно другого слоя, параллельно плоскости скольжения.

Величинаdv/dxпредставляет собой градиент скорости и определяет скорость сдвига D, выраженную в обратных секундах (с-1). Таким образом,

η = τ / D.(1)

Динамическую вязкость (η)обычно выражают в пуазах (пз) или сантипуазах (1 спз = 0,01 пз). Жидкость имеет вязкость 1 пз, если напряжение сдвига 1 дин/см2создает скорость сдвига 1 с-1. В системе СИ динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах (Па×с) или миллипаскаль-секундах (мПа×с). 1 сП = 1 мПа×с.

Кинематическую вязкость (ν), выраженную в метрах квадратных на секунду (м2×с-1), получают делением величины динамической вязкостиηна плотность жидкостиρ, выраженную в килограммах на метр кубический (кг×м-3), измеренную при той же температуре:

v = η / ρ.(2)

Кинематическую вязкость обычно выражают в стоксах (ст) или сантистоксах (1 сст = 0,01 ст), в системе СИ – в метрах квадратных на секунду (м2×с–1) или миллиметрах квадратных на секунду (мм2×с–1).

1 ст = 10-4м2×с-1.

В ряде случаев требуется определить вязкость одной жидкости относительно другой –относительную вязкость ( ηотн.).

Часто вязкость выражают как удельную вязкость (ηуд), которая показывает, какая часть вязкости раствора обусловлена присутствием в нем растворенного

вещества:

где:η– вязкость раствора;

ηо– вязкость растворителя.

Удельная вязкость, отнесенная к единице концентрации раствора, называетсяприведенной вязкостью (ηприв):

, (4)

где:с– концентрация раствора.

Для растворов полимеров вязкость является функцией молекулярных масс, формы, размеров и гибкости макромолекул. Чтобы определить структурные характеристики полимеров, приведенную вязкость экстраполируют к нулевой концентрации. В этом случае вводится понятиехарактеристической вязкости[η]:

. (5)

Характеристическая вязкость выражается в единицах, обратных единицам концентрации.

Для определения вязкости применяютсякапиллярные, ротационные вискозиметры и вискозиметры с падающим шариком.

Капиллярные вискозиметрыобычно используются для определения вязкости при одном значении скорости сдвига, поэтому применяются в основном для исследования ньютоновских жидкостей. Они просты и удобны в обращении.

Ротационные вискозиметрыпозволяют определять реологические свойства жидкостей в широком диапазоне скоростей сдвига, что особенно важно для неньютоновских жидкостей.

Вискозиметр с падающим шариком(вискозиметр Гепплера) предназначен для измерения вязкости прозрачных ньютоновских жидкостей.

Допускается использование других вискозиметров при условии, что точность и правильность измерений будет не хуже, чем в случае использования вискозиметров, описанных ниже.

Измерение вязкости на капиллярных вискозиметрах

Для измерения кинематической вязкости применяются капиллярные вискозиметры типа Оствальда и Уббелоде с различными модификациями.

3) серии ВНЖ и ВНЖТ – для определения вязкости непрозрачных жидкостей.

На рис. 8.1 и 8.2 представлен общий вид вискозиметров серии ВПЖ.

Рис. 8.1. Вискозиметр   стеклянный   капиллярный   ВПЖ-1

1, 2, 4 – трубки; 3 – измерительный резервуар; М1, М2– отметки измерительного резервуара

Рис. 8.2. Вискозиметр   стеклянный   капиллярный   ВПЖ-2

1, 2 – трубки; 3 – измерительный резервуар; М1, М2– отметки измерительного резервуара

Вискозиметр состоит из капилляра с радиусомRи длинойL, через который под действием силы тяжести протекает жидкость объемаV.

ЕслиН– средняя высота жидкости,g– ускорение силы тяжести, то кинематическая вязкость (ν) в миллиметрах квадратных на секунду (мм2×с-1) равна:

, (6)

где:К=

– постоянная прибора, обычно выражаемая в мил-

лиметрах квадратных на секунду квадратную

(мм2×с-2).

Если известна плотность испытуемой жидкостиρ, то, знаяv, можно вычислить динамическую вязкостьη:

η=ρ×v=ρ×К×t, (7)

где:η– динамическая вязкость в миллипаскаль-секундах (мПа×с);

ρ– плотность испытуемой жидкости, в миллиграммах на миллиметр кубический (мг×мм-3), полученная умножением относительной плотности (d) на 0,9982.

Для определения вязкости в каждом конкретном случае капиллярные вискозиметры выбирают в соответствии с табл. 8.1 и 8.2 по известным значениямКиVв зависимости от характера испытуемой жидкости, ее объема и значения вязкости.

Методика.Перед проведением измерений вискозиметр следует тщательно промыть и высушить.

(20 ± 0,1)оС, если в частной фармакопейной статье не указана другая температура, удерживая его в этом положении не менее 30 мин для установления температурного равновесия. Производят подсасывание через отверстие 1 (в случае вискозиметра ВПЖ-1; при этом закрывают трубку 4 – рис. 8.1) до тех пор, пока жидкость не поднимется выше отметкиМ1. Тогда подсасывание пре-

кращают, и жидкость опускается. Времяt, которое требуется, чтобы мениск про-

шел расстояние между отметкамиМ1иМ2, замеряют секундомером с точностью до 0,2 с.

Время истечения испытуемой жидкости определяют как среднее не менее чем трех измерений. Полученные данные являются приемлемыми при условии, что результаты двух последовательных измерений отличаются не более чем на 1 %.

Для определения относительной вязкости жидкости измеряют времяtосристечения между верхней и нижней меткой мениска той жидкости, относительно которой проводят измеренияηотн.Затем в том же чистом и сухом вискозиметре при тех же условиях определяют время истеченияtcp.испытуемой жидкости.

Одновременно измеряют плотности испытуемых жидкостей

Таблица  8.1

Характеристики   капиллярных   вискозиметров   серии ВПЖ-1

Номиналь- ное значение постоянной К, мм22

Диапазон измерения вязкости, мм2

Диаметр капилляра, мм

Объем измерительного резервуара V, см3

ВПЖ-1

ВПЖТ-1

Номинальный

Предельное отклонение

Номинальный

Предельное отклонение

ВПЖ-1

ВПЖТ-1

0,003

От 0,6 до 3 включ.

0,34

±0,02

0,34

+0,007

1,5±0,2

1,5±0,08

0,01

От 2 до 10 включ.

0,54

0,54

±0,01

3±0,3

3,0±0,15

0,03

От 6 до 30 включ.

0,86

±0,03

0,86

±0,02

6,2±0,3

6,2±0,30

0,1

От 20 до 100 включ.

1,16

1,16

0,3

От 60 до 300 включ.

1,52

±0,04

1,52

±0,03

1

От 200 до 1000 включ.

2,10

3

От 600 до 3000 включ.

2,75

10

От 2000 до 10 000 включ.

3,75

±0,05

30

От 6000 до 30 000 включ.

5,10

100

От 20 000 до 100 000 включ.

6,85

±0,06