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

Номиналь- ное значение постоянной К, мм22

Диапазон измерения вязкости, мм2

Диаметр капилляра, мм

Объем измерительного резервуара V, см3

ВПЖ-2

ВПЖТ-2

Номинальный

Предельное отклонение

Номинальный

Предельное отклонение

ВПЖ-2

ВПЖТ-2

0,003

От 0,6 до 3 включ.

0,34

±0,02

0,34

±0,007

1,5±0,2

1,5±0,08

0,005

От  1  до 5 включ.

0,39

0,39

±0,008

0,01

От 2 до  10 включ.

0,56

0,56

±0,01

3,8±0,3

3,8±0,2

0,03

От 6 до 30 включ.

0,73

0,73

0,1

От 20 до  100 включ.

0,99

±0,03

0,99

±0,02

0,3

От 60 до 300 включ.

1,31

±0,04

1,31

±0,03

1

От 200 до 1000 включ.

1,77

1,77

3

От 600 до 3000 включ.

2,37

10

От 2000 до 10 000 включ.

3,35

±0,05

30

От 6000 до 30 000 включ.

4,66

Таблица  8.2

Характеристики   капиллярных   вискозиметров   серии ВПЖ-2

ρоиρпикнометрическим методом и рассчитывают относительную вязкость по формуле:

. (8)

Для измерения характеристической вязкости готовят не менее пяти различных концентраций испытуемого раствора. При этом должно выполняться условие возможности линейной экстраполяции приведенной вязкости к нулевой концентрации, т.е. концентрации раствора следует выбирать минимальными в пределах чувствительности и точности метода измерения. Для каждой концентрации раствора определяютtcp.и рассчитывают приведенную вязкость. Затем строят зависимостьηприв.от концентрацииси графически или линейным методом наименьших квадратов экстраполируют приведенную вязкость к нулевой концентрации, т.е. находят характеристическую вязкость.

Измерение вязкости на ротационных вискозиметрах

Ротационные вискозиметры обычно используют для измерения динамической вязкости. Они представляют собой системы с жесткими соосно расположенными цилиндрами, конусами или дисками, в которых осуществляется сдвиговое течение (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Геометрия  ротационных   вискозиметров

а: М – момент сопротивления; R – радиус внутреннего цилиндра; δ – внешний цилиндр; L – высота испытуемой жидкости; ω – угловая скорость вращения внешнего цилиндра;

б: М – момент сопротивления; R – радиус внутреннего конуса; φ – угол внутреннего конуса; L –высота цилиндрической части внутреннего конуса; δ – внешний цилиндр; ω – угловая скорость вращения внешнего цилиндра

Принцип действия наиболее часто используемых ротационных вискозиметров заключается в измерении силы сдвига в жидкой среде, расположенной между двумя коаксиальными цилиндрами, один из которых вращается двигателем, а второй приводится во вращение первым. Вязкость (структурная, эффективная или кажущаяся) характеризуется углом (М), на который поворачивается второй цилиндр; этот угол пропорционален моменту силы, выраженному в ньютон-метрах (Н×м).

В случае ламинарного потока, динамическую вязкость η, выраженную в паскаль-секундах (Па×с), рассчитывают по формуле:

,  (9)

где:h– глубина погружения второго цилиндра в жидкую среду, в метрах;

RA– радиус меньшего из цилиндров, в метрах;RB– радиус большего из цилиндров, в метрах;ω– угловая скорость, в радианах на секунду;

К– постоянная вискозиметра.

Постоянная вискозиметраКможет быть определена при разных скоростях вращения с использованием градуировочных жидкостей для калибровки вискозиметров. Выпускаемые приборы сопровождаются таблицами, в которых приведена  постоянная  вискозиметра  в  зависимости  от  площади  поверхности используемого цилиндра и скорости его вращения.

Вязкость измеряют в соответствии с инструкцией по применению ротационного вискозиметра. Температуру, при которой измеряют вязкость, указывают в частной фармакопейной статье. Для неньютоновских жидкостей в частной фармакопейной статье указывают тип вискозиметра и угловую скорость или скорость сдвига, при которых проводят измерения.

Измерение вязкости на вискозиметре с падающим шариком

Измерение вязкости на вискозиметрах Гепплера с падающим шариком основано на определении скорости падения шарика в жидкости.

На рис. 8.4 показан общий вид вискозиметра с падающим шариком. В комплект вискозиметра входят шарики с диаметром от 10,00 до 15,80 мм, что обеспечивает  измерение  динамической  вязкости  градуировочных  жидкостей  в диапазоне от 0,6 до 8×104мПа×с.

Рис. 8.4. Вискозиметр   с падающим   шариком

1 – калибровочные отметки; 2 – шарик

Методика.Для измерения вязкости испытуемую жидкость заливают в трубку, опускают шарик и термостатируют вискозиметр при температуре (20 ± 0,1)оС, если не указано иначе в частной фармакопейной статье, в течение примерно 30 мин. Далее шарик ставят в исходное положение и включают секундомер, когда нижняя часть шарика коснется верхней метки, и останавливают, когда шарик достигнет нижней метки. Время движения шарика измеряют не менее 5–7 раз. При этом разность между наибольшим и наименьшим значениями времени движения шарика не должна превышать 0,5 % от его среднего значения.

Динамическую вязкость испытуемой жидкости вычисляют по формуле:

η = К× (ρш.– ρж.) ×tср., (10)

где:η– динамическая вязкость;

К– постоянная вискозиметра;

ρш.иρж.– плотности шарика и жидкости соответственно;

tср.– среднее время движения шарика между крайними метками.

Постоянная вискозиметраКопределяется по формуле:

где:ηо–  динамическая вязкость градуировочной жидкости;

ρшиρож– плотности шарика и градуировочной жидкости соответственно;

tоср– среднее значение времени движения данного шарика в градуировочной жидкости.

Число постоянных вискозиметра соответствует числу шариков, входящих в комплект вискозиметра.

При необходимости постоянные прибора могут быть проверены по вышеуказанной формуле с помощью градуировочных жидкостей с известными значениями динамической вязкости. Плотность шариковρшвычисляют по формуле:

где:т– масса шарика, определяемая взвешиванием;

d– диаметр шарика.

Перед проведением измерений вискозиметр следует тщательно промыть и высушить.

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


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Реферат Научиться определять «Вязкость» и понять «метод Стокса»

2. Реферат Скольжение и трение в зацеплении. Коэффициент торцевого перекрытия. Точность изготовления и её влияние на качество передач

3. Реферат Как влияет кинематическая вязкость и температура застывания дизельного топлива на эксплуатационные показатели дизеля

4. Реферат Связи с трением. Трение скольжения. Сила трения. Коэффициент трения

5. Реферат Определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока

6. Реферат Мост: его внешнее и внутреннее строение. Основные группы ядер моста

7. Реферат Газообмен в лёгких. Транспорт газов кровью. Внутреннее дыхание. Регуляция дыхания

8. Реферат Средний мозг: его внешнее и внутреннее строение. Морфо-функциональная организация среднего мозга.

9. Реферат Работа за пределами нормальной продолжительности рабочего времени (сверхурочные работы, внутреннее совместительство)

10. Реферат Продолговатый мозг: внешнее и внутреннее строение. Двигательные, сенсорные и ретикулярные ядра продолговатого мозга