Ньютоновские и неньютоновские жидкости

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

ВИСКОЗИМЕТРОМ ОСТВАЛЬДА

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента внутреннего трения в жидкости капиллярным вискозиметром Оствальда.

Задачи работы: 1) определение коэффициента вязкости глицерина; 2) расчет погрешности определения коэффициента вязкости; 3) сравнение экспериментального результата с табличным значением.

Обеспечивающие средства:капиллярный вискозиметр, секундомер.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Внутреннее трение (вязкость) жидкости

Внутренним трением (вязкостью) жидкостей (газов) называются процессы, стремящиеся выровнять скорость течения различных частей потока жидкости (газа) и обусловленные передачей (переносом) импульса от более быстрых участков потока к менее быстрым за счет хаотического теплового движения молекул.

Наличие внутреннего трения можно проиллюстрировать на следующем примере. Между двумя параллельными пластинками (рис.1) находится жидкость. Условно разделим жидкость между пластинками на одинаковые слои. При движении верхней пластинки появляется сила, действующая по касательной на нижнюю пластинку и направленная в сторону движения. Эта сила и есть сила внутреннего трения. Сила внутреннего трения тормозит более быстрые слои жидкости и ускоряет более медленные слои.

Рис.1

Ньютон установил, что сила трения между слоями жидкости, движущимися с разными скоростями, зависит от площади соприкосновения слоев S и быстроты, с которой меняется скорость при переходе от одного слоя к другому в направлении, перпендикулярном скорости потока (направление Оx) - . Эта величина называется градиентом скорости или производной скорости по координате и измеряется отношением разности скоростей dv двух близких слоев жидкости к кратчайшему расстоянию dx между ними.

Уравнение Ньютона для силы вязкого (внутреннего) трения имеет вид:

, (1)

где - коэффициент внутреннего трения или динамическая вязкость.

В системе СГС коэффициент вязкости измеряется в пуазах (1Пз = ), в системе СИ [ ] = Па×с = . Соотношение между указанными величинами 1 Па×с = 10 Пз.

Кроме коэффициента динамической вязкости h используют коэффициент кинематической вязкости n, равный

,

где r - плотность жидкости.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Жидкости делятся по вязким свойствам на два вида: ньютоновские и неньютоновские.

Ньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит только от ее природы и температуры. Для ньютоновских жидкостей сила внутреннего трения прямо пропорциональна градиенту скорости. Для них непосредственно справедлива формула Ньютона (1), коэффициент вязкости в которой является постоянным параметром, не зависящим от условий течения жидкости.

Неньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости h которой зависит не только от природы вещества и температуры, но также и от условий течения жидкости, в частности, от градиента скорости. Коэффициент вязкости в этом случае не является константой вещества. Зависимость силы вязкости от градиента скорости становится нелинейной. Примерами таких жидкостей являются кровь и другие суспензии.