Вязкость жидкостей

Текучесть и вязкость жидкостей

Невозможно представить окружающий нас мир без жидкостей. К свойствам любой из них можно отнести способность течь под действием силы тяжести, сохранять объём даже при очень больших давлениях, способность кипеть, поддерживая свою температуру постоянной, и многие другие. В этой статье мы рассмотрим текучесть жидкостей и их вязкость.

Текучесть различных жидкостей различна. Например, вода из чайника даже с узким «носиком» вытечет менее чем за минуту, а, например, мёд или сгущенное молоко выльются гораздо медленнее. Текучесть одной и той же жидкости тоже непостоянна – может меняться в зависимости от температуры. Например, подогрев мёд, мы заметим, что он стал более текучим. Пример из техники: если двигатель автомобиля долгое время не прогревать, смазочное масло сгустится и его текучесть уменьшится, что приведёт к значительному ухудшению его смазочных характеристик. Поэтому в масло добавляют особые вещества, делающие его хорошо текучим даже при низких температурах и при перерывах в работе двигателя.

Текучесть жидкости обусловлена подвижностью её частиц (молекул, атомов, ионов) друг по отношению к другу. А различная текучесть различных жидкостей объясняется неодинаковой подвижностью различных частиц. Если молекулы жидкости сложны, имеют «ветвистое» строение, то и их взаимная подвижность невелика, так как «ветви» создают взаимные препятствия для перемещения частиц друг по отношению к другу.

Изменение текучести одной и той же жидкости при изменении температуры объясняется изменением размеров промежутков между её частицами. Например, с увеличением температуры расстояния между частицами жидкости увеличиваются, что облегчает их взамные перемещения.

На рисунке показан прибор, реализующий этот способ – капиллярный вискозиметр. С его помощью можно проводить измерения в диапазонах от 10 мкПа·с до 10 кПа·с. Простейший капиллярный вискозиметр представляет собой сосуд определённого объёма с капилляром (верхняя часть рисунка). Наливаемая в сосуд жидкость под влиянием силы тяжести и, соответственно, определённого перепада давления P вытекает через капилляр диаметром 2R и длины L в другой сосуд.

Название прибора «вискозиметр» (от лат. viscosus – вязкий) подчёркивает, что текучесть и вязкость – взаимосвязанные понятия. Чем больше вязкость, тем меньше текучесть и наоборот. Если, например, перемешивать различные жидкости палочкой или ложкой, то будет возникать сопротивление их движению. Оно возникает при сдвиге одних слоёв жидкости относительно других и называется внутренним трением. Оно объясняется тем, что частицы жидкости подвижны, поэтому передают кинетическую энергию, получаемую от постороннего движущегося предмета, другим частицам. В результате передачи энергии другим, прежде находившимся в покое, слоям жидкости, перемешиваемый слой теряет энергию, получаемую от движущегося предмета. Это и воспринимается нами как сопротивление движению.

В физике вместо понятия «текучесть» чаще используют термин с противоположным значением – вязкость. Под этим понимают способность жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части (слоя) относительно другой части (слоя).

Вязкость – важная характеристика веществ. Значение вязкости нужно учитывать при перекачивании жидкостей по трубопроводам. Вязкость расплавленных металлов и шлаков весьма существенна в сталелитейном производстве. По вязкости часто судят о готовности или качестве продуктов или полуфабрикатов, поскольку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает те изменения веществ, которые происходят во время технологических процессов.

Вискозиметры применяют в различных областях науки и техники. Например, для измерений вязкости нефти и нефтепродуктов, лекарственных препаратов, крови человека и других жидкостей. Это позволяет косвенно судить о других, не измеряемых столь простым методом, характеристиках исследуемых жидкостей. При этом важно помнить, что вязкость, как и текучесть, сильно меняется при колебаниях температуры. Поэтому измеренния нужно проводить, соблюдая постоянство температуры.