Вискозиметр ротационный ПОЛИМЕР РПЭ-1М.2

1. Цели:

- Приобретение навыков работы на ротационном вискозиметре;

- Исследование реологических свойств жидкостей, получение зависимостей (кривых течения) вязкости и скорости сдвига от напряжений сдвига при различных скоростях вращения цилиндра и температурах.

2. Оборудование и материалы: вискозиметр ротационный ПОЛИМЕР РПЭ-1М.2, тип воспринимающих элементов – цилиндр в цилиндре; секундомер; исследуемая жидкость.

3. Метод измерений: получение значений вязкости жидкости при различных скоростях и температурах на ротационном вискозиметре.

4. Теоретическая часть:

Закон Ньютона. Вязкость.

Свойство жидкости оказывать сопротивление усили­ям, вызывающим относительное перемещение ее частиц, называется вяз­костью.

Предположим, что между двумя параллельными пластинами находится слой жидкости (рис. 1.). К верхней пластине приложена сила Т, стремящаяся сдвинуть жидкость. При этом в жидкости возникают силы внутреннего трения, оказывающие сопротивление движению. Весь слой жидкости, расположенный между пластинами, можно представить состоящим из бесконечно большого числа элементарных слоев толщиной dn каждый. Напряжения сдвига возникают между любыми соседними площадками из-за трения между поверхностями соприкосновения слоев, причем расположенный выше слой движется со скоростью , большей, чем скорость расположен­ного ниже слоя, на бесконечно малую величину .

Рис.1. Движение жидкости между параллельными пластинами.

Течение жидкости описывается законом внутреннего трения Ньютона, согласно которому напряжение внут­реннего трения, возникающее между слоями жидкости при ее течении, прямо пропорционально градиенту скорости. При этом сила Т пропорциональна пло­щади соприкосновения F слоев:

(4.1)

где - коэффициент пропорциональности – динамическая вязкость;

- скорость сдвига.

Возникающая внутри жидкости сила сопротивления равна приложен­ной силе Т и направлена в противоположную сторону. Отношение этой си­лы к поверхности соприкосновения слоев обозначают через τ и называют напряжением внутреннего трения, а также напря­жением сдвига, или касательным напряжением. Соответственно уравнение (1) принимает вид

(4.2)

Знак минус в правой части уравнения (2) указывает на то, что ка­сательное напряжение тормозит слой, движущийся с относительно большей скоростью.

Величина вязкости может зависеть по крайней мере от шести независимых параметров:

Параметр "S" обозначает физико-химическую природу вещества, которая оказывает преимущественное влияние на вязкость и кото­рая определяется характером жидкости (вода, масло, мед, расплав полимера и т. д.).

Параметр "Т" связан с температурой вещества.

Параметр "Р" (давление) при измерениях вязкости вводят не так часто, как предыдущие. Жидкости сжимаются подобно газам, но под очень высоким давлением и в гораздо меньшей степени. При сжатии жидкости межмолекулярное взаимодействие возрастает, что и приводит к увеличению сопротивления течению, т. е. к возрастанию вязкости.

Параметр "γ’" (скорость сдвига) является фактором, оказываю­щим решающее влияние на вязкость очень многих жидкостей. Уве­личение скорости сдвига может как снижать, так и увеличивать вяз­кость.

Параметр "t" (время) отражает влияние сдвиговой предыстории на вязкость некоторых веществ, особенно дисперсий, т. е. в зависи­мости от того, подвергалось ли вещество перед проведением испы­тания непрерывному сдвигу в течение определенного периода вре­мени или выдерживалось в покое, вязкость может быть разной.

Параметр "V" (электрическое напряжение) относится к такому типу суспензий, характер течения которых сильно зависит от вели­чины электрических полей, действующих на них. Такие суспензии называют "электровязкими жидкостями" (EVF) или "электрореологическими жидкостями" (ERF). Они содержат высо­кодиспергированные частицы диэлектрика, например алюмосили­катов, в таких электропроводящих жидкостях, как вода, которые поляризуются в электрическом поле. EVF-жидкости могут мгно­венно и обратимо изменять свою вязкость от низкого до высокого уровня (до тестообразного или даже твердого материала) в зави­симости от изменения напряженности электрического поля, кото­рое в свою очередь определяется изменением электрического на­пряжения.

В последнее время исследованы жидкости, которые содержат частицы, способные намагничиваться в элек­тромагнитном поле, в результате чего происходит силь­ное изменение вязкости. "Магнитореологические жид­кости" (MRF) являются технической альтернативой ERF-жидкостям.