Исследование зависимости вязкости растворов от концентрации с помощью вискозиметра. измерение вязкости крови: учебно-методическая разработка лабораторной работы по курсу «медицинская и биологическая ф

Содержание:

Вязкость некоторых веществ
Понятие вязкости авто-масла
Вязкость, как физическая величина
- Сводная таблица кинематическая вязкости нефтепродуктов
Вязкость газов
- Влияние температуры на вязкость газов
Вязкость газов
- Вязкость некоторых газов (при 0°C)
Кинематическая вязкость — вода
От чего зависит вязкость масла
Вязкость жидкости
Вводные сведения
Вязкость газов
- Вязкость некоторых газов (при 0°C)
Сила вязкого трения
Динамическая вязкость газов при температуре от -213 до 1927°С
Вязкость крови
Коэффициент вязкости: формула
Ньютоновские и неньютоновские среды
Вязкость жидкостей
Сила вязкого трения

Вязкость некоторых веществ

Для авиастроения и судостроения наиболее важно знать вязкости воздуха и воды.

Вязкость воздуха

Зависимость вязкости сухого воздуха от давления при температурах 300, 400 и 500 K

Вязкость воздуха зависит в основном от температуры.
При 15,0 °C вязкость воздуха составляет 1,78·10−5 кг/(м·с), 17,8 мкПа·с или 1,78·10−5 Па·с. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью программ расчёта вязкостей газов.

Вязкость воды

Зависимость динамической вязкости воды от температуры в жидком состоянии (Liquid Water) и в виде пара (Vapor)

Динамическая вязкость воды составляет 8,90·10−4 Па·с при температуре около 25 °C. Как функция температуры: T = A × 10B/(T−C), где A = 2,414·10−5 Па·с; B = 247,8 K; C = 140 K.

Значения вязкости жидкой воды при разных температурах вплоть до точки кипения приведены в таблице:

Температура, °C	Вязкость, мПа·с
10	1,308
20	1,002
30	0,7978
40	0,6531
50	0,5471
60	0,4668
70	0,4044
80	0,3550
90	0,3150
100	0,2822

Динамическая вязкость разных веществ

Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости некоторых ньютоновских жидкостей:

Вязкость отдельных видов газов
Газ	при 0 °C (273 K), мкПа·с	при 27 °C (300 K), мкПа·с
воздух	17,4	18,6
водород	8,4	9,0
гелий		20,0
аргон		22,9
ксенон	21,2	23,2
углекислый газ		15,0
метан		11,2
этан		9,5

Вязкость жидкостей при 25 °C
Жидкость	Вязкость, Па·с	Вязкость, мПа·с
ацетон	3,06·10−4	0,306
бензол	6,04·10−4	0,604
кровь (при 37 °C)	(3—4)·10−3	3—4
касторовое масло	0,985	985
кукурузный сироп	1,3806	1380,6
этиловый спирт	1.074·10−3	1.074
этиленгликоль	1,61·10−2	16,1
глицерин (при 20 °C)	1,49	1490
мазут	2,022	2022
ртуть	1,526·10−3	1,526
метиловый спирт	5,44·10−4	0,544
моторное масло SAE 10 (при 20 °C)	0,065	65
моторное масло SAE 40 (при 20 °C)	0,319	319
нитробензол	1,863·10−3	1,863
жидкий азот (при 77K)	1,58·10−4	0,158
пропанол	1,945·10−3	1,945
оливковое масло	0,081	81
пек	2,3·108	2,3·1011
серная кислота	2,42·10−2	24,2
вода	8,94·10−4	0,894

Понятие вязкости авто-масла

Если говорить словами обывателя, то вязкость масла – это его умение пребывать на поверхности внутренних деталей двигателя и при этом сохранять свойства пластичности. Нужно учитывать, что температурный режим способен влиять на состояние внутреннего трения.

Свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой также можно описать как меру трения между пластами жидкости.

В помощь автомобилистам создана классификация моторных масел по вязкости, которая характеризует вязкость смазок в зависимости от рабочих температур. Данная система показывает диапазон температур, при которых функционирование двигателя является безопасным.

Индекс вязкости (ИВ) – это расчетная величина, которая характеризует тип зависимости кинематической вязкости масла от температуры. Эту величину рассчитывают таким образом. Берут две аналогичные моторные смазки с идентичной вязкостью при 100ºС.

Но при этом первое масло будет сильно сгущаться при снижении температуры, а второе не станет густеть. ИВ первого масла будет равняться 0, а второго 100. Вязкость всех прочих масел будут сравнивать с эталонным показателем. Чем данный индекс выше, тем лучше.

Естественно при высоком индексе смазки мотор запускается легче в зимнюю пору. По степени отличают следующим образом. ИВ качественных минмасел из добротного сырья: от 90 до 105. Синтетические моторные смазки имеют индекс от 120 до 150.

Вязкость, как физическая величина

Согласно общему закону внутреннего трения Ньютона, сила внутреннего трения жидкости (f) зависти от:

площади соприкосновения ее слоев (S)
разности скоростей слоев (Δv)
расстояния между слоями (Δh)
молекулярных свойств жидкости

Коэффициент пропорциональности η, присутствующий в формуле, и зависящий от молекулярных сил сцепления жидкости, получил название коэффициент внутреннего трения, или динамическая вязкость.

Сводная таблица кинематическая вязкости нефтепродуктов

Жидкость	Температура	Кинематическая вязкость, сСт
Анилин	20	4,3
Бензин	15	0,65
Бензол	20	0,07
Глицерин 50% водный раствор	20	6
Глицерин 86% водный раствор	20	105
Глицерин безводный	20	870
Керосин	15	2,7
Нефть легкая	18	25
Нефть тяжелая	18	140
Скипидар	16	1,83
Спирт этиловый	20	2,54
Дизельное топливо (ГОСТ 305-82)	20	18 — 60
Масло авиационное МС, МК (ГОСТ 21743-76)	100	14 – 22
Масло веретенное АУ (ГОСТ 1642-75)	20	49
Масло индустриальное (ГОСТ 20799-75):	—	—
И-5А	50	4
И-8А	50	7
И-12А	50	12
И-25А	50	25
И-30А	50	30
И-40А	50	40
И-70А	50	70
И-100А	50	100
Касторовое масло	20	1002
Турбинное масло (ГОСТ 32-74, ГОСТ 9972-74):	—	—
ТП-30	50	30
ТП-46	50	46

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

η=13⟨u⟩⟨λ⟩ρ{\displaystyle \eta ={\frac {1}{3}}\langle u\rangle \langle \lambda \rangle \rho },

где ⟨u⟩{\displaystyle \langle u\rangle } — средняя скорость теплового движения молекул, ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } − средняя длина свободного пробега. Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность ρ{\displaystyle \rho } прямо пропорциональна давлению, а ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } — обратно пропорциональна. Такой же вывод следует и для других кинетических коэффициентов для газов, например, для коэффициента теплопроводности. Однако этот вывод справедлив только до тех пор, пока разрежение газа не становится столь малым, что отношение длины свободного пробега к линейным размерам сосуда (число Кнудсена) не становится по порядку величины равным единице; в частности, это имеет место в сосудах Дьюара (термосах).

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа u{\displaystyle u}, растущей с температурой как T{\displaystyle {\sqrt {T}}}

Влияние температуры на вязкость газов

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:

μ=μT+CT+C(TT)32,{\displaystyle {\mu }={\mu }_{0}{\frac {T_{0}+C}{T+C}}\left({\frac {T}{T_{0}}}\right)^{3/2},}

где:

μ — динамическая вязкость в (Па·с) при заданной температуре T;
μ — контрольная вязкость в (Па·с) при некоторой контрольной температуре T;
T — заданная температура в Кельвинах;
T — контрольная температура в Кельвинах;
C — постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10 %, обусловленной зависимостью вязкости от давления.

Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах приведены в таблице ниже:

Газ	C, K	T, K	μ, мкПа·с
Воздух	120	291,15	18,27
Азот	111	300,55	17,81
Кислород	127	292,25	20,18
Углекислый газ	240	293,15	14,8
Угарный газ	118	288,15	17,2
Водород	72	293,85	8,76
Аммиак	370	293,15	9,82
Оксид серы(IV)	416	293,65	12,54
Гелий	79,4	273	19

Вязкость газов

Вязкость газов (явление внутреннего трения) — это появление сил трения между слоями газа, движущимися друг относительно друга параллельно и с разными по величине скоростями. Вязкость газов увеличивается с ростом температуры

Взаимодействие двух слоев газа рассматривается как процесс, в ходе которого от одного слоя к другому передается импульс. Сила трения на единицу площади между двумя слоями газа, равная импульсу, передаваемому за секунду от слоя к слою через единицу площади, определяется законом Ньютона:

τ=-η•dν/_dz

где:
dν/_dz — градиент скорости в направлении перпендикулярном направлению движения слоев газа.
Знак минус указывает, что импульс переносится в направлении убывания скорости.
η — динамическая вязкость.

η=1/₃•ρ(ν)•λ,

ρ — плотность газа,
(ν) — средняя арифметическая скорость молекул
λ — средняя длина свободного пробега молекул.

Вязкость некоторых газов (при 0°C)

Вещество	Вязкость 10 -5 кг/(м*с)
Азот	1,67
Аммиак	0,93
Водород	0,84
Воздух	1,72
Гелий	1,89
Гелий	1,89
Кислород	1,92
Метан	1,04
Углекислый газ	1,40
Хлор	1,29

Кинематическая вязкость — вода

Кинематическая вязкость воды, содержащей достаточное количество мелких ( менее 0 05 мм) взвешенных твердых частиц, может существенно увеличиться по сравнению с чистой ( без взвеси) водой. & связи с этим при изучении движения воды, несущей большое количество мелких наносов ( особенно Б придонной области потока в реке или канале), часто учитывают изменение кинематической вязкости в зависимости от положения движущегося слоя относительно дна.

Кинематическая вязкость воды при 20 2 С равна 1 ест. Вязкость определяется в приборах вискозиметрах посредством замера объема жидкости, протекающей через капиллярную трубу за определенный период времени. Чем быстрее вытекает жидкость из прибора, тем меньше у нее вязкость. Так, при 20 С вязкость дистиллированной воды равняется приблизительно 1 ест, а вязкость керосина — 4 ест. Это значит, что в вискозиметре керосин вытекает через капиллярную трубку в четыре раза медленнее воды.

Кинематическая вязкость воды при 20 С принята равной 1 0068 санти-стокса на основании исследований Э. П. Халфина как наиболее вероятное значение; отсюда один градус Энглера равен — 1 007 сантистокса.

Кинематическая вязкость воды при 20 С близка одному сантистоксу. Таким образом, условная вязкость показывает, во сколько раз данная жидкость при данной температуре более или менее вязка по сравнению с водой при 20 С.

Коэффициент кинематической вязкости воды при температуре 15 С равен v 0 0114 — 10 — м8 / сек.

Величина кинематической вязкости воды v определена при средней температуре ее 87 С.

С, кинематическая вязкость воды при 30 С составляет vso0 805 ест.

При повышении температуры кинематическая вязкость воды понижается, причем весьма существенно.

Одному сантистоксу равняется кинематическая вязкость воды при 20 С.

Здесь у — кинематическая вязкость воды, принимается по графику фиг.

Для предварительных тодсчетов величину кинематической вязкости воды v можно принять равной 0 01 см2 / с 1 Ю-6 м2 / с, что отвечает температуре 20 С.

В табл. 11 приведена зависимость кинематической вязкости воды от ее температуры.

В табл. 12 приведены сравнительные данные кинематической вязкости воды и воздуха в зависимости от температуры.

Выясним, каково будет число Рейнольдса, если кинематическая вязкость воды при 50 С v 0 556 Ю-6 м / сек.

В квадратичной области гидравлическая крупность не зависит от кинематической вязкости воды ( от температуры) при прочих равных условиях. При ламинарном режиме обтекания гидравлическая крупность не зависит от формы частиц наносов.

От чего зависит вязкость масла

Степень густоты продукта напрямую зависит от внедренных технологий и присадок во время компоновки формулы. Однако ключевыми принято считать такие факторы.

Основа.Существует три разновидности базовых групп масел. Все отличаются по изначальной густоте.

Минеральная – изготавливается путем перегонки сернистых пород нефти и преимущественно используется летом. В холодное время года быстро кристаллизуется, что делает ее эксплуатацию невозможной.
Полусинтетика – более современная технология. Популярными представителями являются гидрокрекинговые масла. Степень вязкости здесь допускает применение зимой, однако защита от перепадов температуры недостаточна.
Синтетика – передовая технология, показывающая новый технологический уровень, где внедрена процедура расщепления молекул природного газа или рапсовых соков, для получения сложных углеводородов. Эти автомасла выделяются повышенной текучестью и стойкостью к суровым климатическим условиям.

Присадки.Дополнительные включения в современных смазках в 80% имеют ключевое значение. Депрессорные компоненты стабилизируют поведение смеси во время перепадов температур, однако зависимость индекса вязкости от них мала.

Густота лубриканта зависит от комплекса технологических решений и подбора компонентов формулы.

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости — это свойство, проявляющееся только при движении жидкости, и не влияющее на покоящиеся жидкости. Вязкое трение в жидкостях подчиняется закону трения, принципиально отличному от закона трения твёрдых тел, т.к. зависит от площади трения и скорости движения жидкости.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Если рассмотреть то, как распределяются скорости различных слоёв жидкости по сечению потока, то можно легко заметить, что чем дальше от стенок потока, тем скорость движения частиц больше. У стенок потока скорость движения жидкости равна нулю. Иллюстрацией этого является рисунок, так называемой, струйной модели потока.

Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся с большей скоростью, увлекает (тянет) за собой слой, движущийся с меньшей скоростью. Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.
Если между соседними слоями жидкости выделить некоторую площадку S, то согласно гипотезе Ньютона:

F=μ•S•(du/_dy),

где:

μ — коэффициент вязкого трения;
S – площадь трения;
du/dy — градиент скорости

Величина μ в этом выражении является динамическим коэффициентом вязкости, равным:

μ=F/_S•1/_{du/_dy},

или

μ=τ•1/_{du/_dy},

где:

τ – касательное напряжение в жидкости (зависит от рода жидкости).

Физический смысл коэффициента вязкого трения

Физический смысл коэффициента вязкого трения — число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости.

На практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости, названный так потому, что в его размерности отсутствует обозначение силы. Этот коэффициент представляет собой отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к её плотности:

ν=μ/_ρ,

Единицы измерения коэффициента вязкого трения:

Н·с/м2;
кГс·с/м2
Пз (Пуазейль) 1(Пз)=0,1(Н·с/м2).

Анализ свойства вязкости жидкости

Для капельных жидкостей вязкость зависит от температуры t и давления Р, однако последняя зависимость проявляется только при больших изменениях давления, порядка нескольких десятков МПа.

Зависимость коэффициента динамической вязкости от температуры выражается формулой вида:

μ_t=μ•e-k_t(T-T),

где:

μ_t — коэффициент динамической вязкости при заданной температуре;
μ — коэффициент динамической вязкости при известной температуре;
Т — заданная температура;
Т — температура, при которой измерено значение μ;
e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Зависимость относительного коэффициента динамической вязкости от давления описывается формулой:

μ_р=μ•e-k_р(Р-Р),

где:

μ_Р — коэффициент динамической вязкости при заданном давлении,
μ — коэффициент динамической вязкости при известном давлении (чаще всего при нормальных условиях),
Р — заданное давление,;
Р — давление, при которой измерено значение μ;
e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Влияние давления на вязкость жидкости проявляется только при высоких давлениях.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

σ_ij=η•(dv_i/_{dx_i}+dv_j/_{dx_i}),

где σ_ij — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость жидкостей (при 18°C)

Вещество	Вязкость 10 -5 кг/(м*с)
Анилин	4,6
Ацетон	0,337
Бензол	0,673
Бром	1,02
Вода	1,05
Гелий	1,89
Глицерин	1400
Масло машинное легкое	113
Масло машинное тяжелое	660
Масло оливковое	90
Масло оливковое	90
Пентан	0,244
Ртуть	1,59
Спирт этиловый	1,22
Уксусная кислота	1,27
Эфир этиловый	0,238

Вводные сведения

Вязкостью
называется способность жидкости
оказывать сопротивление сдвигающим
усилием.

Вязкость
жидкости характеризуется динамическим
коэффициентом вязкости.

Сила
вязкости, действующая на пластину,
перемещающуюся по слою жидкости со
скоростью,
для случая плоского течения (рис. 4.1)
может быть записана формулой

гдединамический
коэффициент вязкости,

площадь
пластин,

градиент
скорости по нормали к слою.

Рис.4.1.
Схема к определению силы вязкости при
слоистом движении жидкости

При
прочих равных условиях та жидкость
более вязкая, динамический коэффициент
вязкостикоторой больше.

Динамический
коэффициент вязкостиимеет размерность

гдемасса,

длина,

время,

и
измеряется влибо в пуазах:.

Кроме
динамического коэффициента вязкостиполучил распространение кинематический
коэффициент вязкости,
гдеплотность
жидкости. Кинематический коэффициент
вязкости имеет размерностьи измеряется вили в.
1носит название «Стокс».

Коэффициентыизависят, прежде всего, от рода жидкости,
а для данной жидкости являются функциями
давления и температуры.

Для
сжимаемых и несжимаемых жидкостей эти
зависимости проявляются по-разному. В
капельных жидкостях кинематический
коэффициент вязкости уменьшается при
повышении температуры, а в газах
(например, в воздухе), наоборот,
увеличивается. Причину неодинакового
поведения можно объяснить на основе
кинетической теории.

Коэффициент
вязкостиопределяется согласно кинетической
теории по формуле

В
этой формуле 0,31 и 0,4 – коэффициенты,
принимаемые в зависимости от закона
распределения скоростей и характера
удара молекул газа в их тепловом движении;

число
молекул в 1;

масса
молекул;

средняя
скорость теплового движения;

длина
свободного пробега молекулы между двумя
столкновениями.

Так
как,
то кинематический коэффициент вязкости

Скорость
молекул прямо пропорциональна корню
квадратному из абсолютной температурыТ,
а длина свободного пробега молекулы
увеличивается с увеличением температуры,
следовательно с повышением температуры
увеличиваются как кинематический, так
и динамический коэффициенты вязкости
в газах.

В
капельных жидкостях не наблюдается
такого движения молекул, как в газах.
Согласно кинетической теории каждая
молекула жидкости совершает колебание
около незакрепленного (в кристаллическом
теле около закрепленного) положения,
причем молекулы многоатомные, имея
несимметричную форму, склонны
ориентироваться относительно друг
друга; нарушение этой ориентировки при
перемещении одних слоев жидкости
относительно других вызывает сопротивление,
тем большее, чем ниже температура. С
повышением температуры уменьшается
сопротивляемость изменению ориентировки
молекул, уменьшается и сопротивление
молекул перемещению, уменьшается сила
трения, т.е. уменьшаются коэффициенты
вязкости (динамический и кинематический).

Зависимость
вязкости капельной жидкости от давления
значительно меньше, чем от температуры.
С увеличением давления вязкость
возрастает тем быстрее, чем сложнее
молекула, и увеличивается в среднем на
1/300 – 1/500 от своей величины при увеличении
давления на 1.

Вязкость
рабочей жидкости имеет большое значение
при работе гидромашин. Функции, выполняемые
рабочей жидкостью разнообразны, и
предъявляют к ней целый ряд требований,
многие из которых противоречивы. Выбор
рабочей жидкости является самостоятельной
задачей, причем знание величины вязкости
является обязательным условием ее
успешного решения. Приборы, предназначенные
для определения вязкости жидкости
называются вискозиметрами.

Вязкость газов

τ=-η•dν/_dz

η=1/₃•ρ(ν)•λ,

Вязкость некоторых газов (при 0°C)

Вещество	Вязкость 10 -5 кг/(м*с)
Азот	1,67
Аммиак	0,93
Водород	0,84
Воздух	1,72
Гелий	1,89
Гелий	1,89
Кислород	1,92
Метан	1,04
Углекислый газ	1,40
Хлор	1,29

Сила вязкого трения

Сила вязкого трения F, действующая на жидкость, пропорциональна (в простейшем случае сдвигового течения вдоль плоской стенки) скорости относительного движения v тел и площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:

F→∝−v→⋅Sh{\displaystyle {\vec {F}}\propto -{\frac {{\vec {v}}\cdot S}{h}}}

Коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Этот закон был предложен Исааком Ньютоном в 1687 году и носит его имя (закон вязкости Ньютона). Экспериментальное подтверждение закона было получено в начале XIX века в опытах Кулона с крутильными весами и в экспериментах Хагена и Пуазёйля с течением воды в капиллярах.

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Динамическая вязкость газов при температуре от -213 до 1927°С

В таблице представлены значения коэффициента динамической вязкости газов в зависимости от температуры при атмосферном давлении. Вязкость газов указана при отрицательных от 60К (-213°С) и положительных температурах до 2200К (1927°С).

Вязкость в таблице выражена в Па·сек с множителем 10-6. Например, коэффициент динамической вязкости газа аргона при температуре 27°С (300 К) равен 22,7·10-6 или 0,0000227 Па·с.

В таблице указан коэффициент динамической вязкости следующих газов: гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, водород H₂, дейтерий D₂, азот N₂, кислород O₂, фтор F₂, хлор Cl₂, окись углерода CO, углекислый газ CO₂, сероводород H₂S, углерода оксид-сульфид (сероокись, карбонилсульфид) COS, синильная (циинистоводородная) кислота (цианистый водород) HCN, дициан C₂N₂, силан (кремневодород, гидрид кремния) SiH₄, воздух, фосфин PH₃, четыреххлористый углерод (тетрахлорметан, ЧХУ) CCl₄, бром Br₂, иод I₂, аммиак NH₃, водород хлористый (газообразная соляная кислота, хлороводород) HCl, водород йодистый (йодоводород) HI, окись азота NO, оксид азота NO₂, оксид азота N₂O, сернистый газ SO₂, водяной пар H2O.

Следует отметить, что с ростом температуры значение динамической вязкости газов увеличивается.

Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Вязкость крови

Кровь представляет собой жидкую среду организма (вязкопластическую жидкость), состоящую из плазмы и находящихся в ней клеток (эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, белков). Она определяет качество всех процессов, происходящих в тканях и отдельных органах.

Вязкость крови показывает соотношение количества ее кровяных клеток к объему плазмы. Этот показатель крайне важен для полноценной работы организма и прежде всего сердечно-сосудистой системы. Нормальным значением в среднем считается 4–5 мПа•с, отклонения же в ту или иную сторону способны вызвать серьезные патологии. На вязкость крови влияют многие факторы: температура тела, состав (венозная более вязкая, чем артериальная), пол (у мужчин — 4,3–5,3 мПа•с, у женщин — 3,9–4,5 мПа•с), возраст (у новорожденных вязкость выше), внешние воздействия, применение медицинских препаратов.

Для перекачивания крови животных на производстве используется насосные установки разных типов: центробежные, мембранные, шестеренчатые, винтовые, перистальтические.

Коэффициент вязкости: формула

В упрощенном виде процесс движения вязкой жидкости в трубопроводе можно рассмотреть в виде плоских параллельных слоев А и В с одинаковой площадью поверхности S, расстояние между которыми составляет величину h.

Эти два слоя (А и В) перемещаются с различными скоростями (V и V+ΔV). Слой А, имеющий наибольшую скорость (V+ΔV), вовлекает в движение слой B, движущийся с меньшей скоростью (V). В то же время слой B стремится замедлить скорость слоя А. Физический смысл коэффициента вязкости заключается в том, что трение молекул, представляющих собой сопротивление слоев потока, образует силу, которую Исаак Ньютон описал следующей формулой:

F = µ × S × (ΔV/h)

Здесь:

ΔV – разница скоростей движений слоев потока жидкости;
h – расстояние между слоями потока жидкости;
S – площадь поверхности слоя потока жидкости;
μ (мю) – коэффициент, зависящий от свойства жидкости, называется абсолютной динамической вязкостью.

В единицах измерения системы СИ формула выглядит следующим образом:

µ = (F × h) / (S × ΔV) = (Паскаль × секунда)

Здесь F – сила тяжести (вес) единицы объема рабочей жидкости.

Ньютоновские и неньютоновские среды

Ньютоновская жидкость – это такая жидкость, вязкость которой можно высчитать с помощью формулы Ньютона.

К таким средам относятся вода и растворы. Коэффициент вязкости жидкости в таких средах может зависеть от таких факторов, как температура, давление или строение атома вещества, однако градиент скорости всегда останется неизменным.

Неньютоновские жидкости – это такие среды, в которых упомянутое выше значение может изменяться, а значит, формула Ньютона здесь действовать не будет. К таким веществам относятся все дисперсные среды (эмульсии, аэрозоли, суспензии). Сюда же относится и кровь. Об этом более подробно поговорим далее.

Вязкость жидкостей

Динамическая вязкость

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

τ = − η ∂ v ∂ n , {\displaystyle \tau =-\eta {\frac {\partial v}{\partial n}},}

Коэффициент вязкости η {\displaystyle \eta } (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η {\displaystyle \eta } будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде:

η = C e w / k T {\displaystyle \eta =Ce^{w/kT}}

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества V M {\displaystyle V_{M}} . Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение:

η = c V M − V C , {\displaystyle \eta ={\frac {c}{V_{M}-V_{C}}},}

где:

c {\displaystyle {c}} — константа, характерная для определенной жидкости;
V C {\displaystyle V_{C}} — собственный объем, занимаемый частицами жидкости.

Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной:

ν = η ρ , {\displaystyle \nu ={\frac {\eta }{\rho }},}

и эта величина получила название кинематической вязкости.

Здесь ρ {\displaystyle \rho } — плотность жидкости; η {\displaystyle \eta } — коэффициент динамической вязкости.

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1 мм²/c = 10−6 м²/c.

Условная вязкость

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 см³ испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 см³ дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле:

ν = 7 , 4 ⋅ 10 − 6 E t , {\displaystyle \nu =7,4\cdot 10^{-6}E_{t},}

где ν {\displaystyle \nu } — кинематическая вязкость (в м2/с), а E t {\displaystyle E_{t}} — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

σ i j = η ( ∂ v i ∂ x j + ∂ v j ∂ x i ) , {\displaystyle \sigma _{ij}=\eta \left({\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}\right),}

где σ i , j {\displaystyle \sigma _{i,j}} — тензор вязких напряжений.

Сила вязкого трения

F→∝−v→⋅Sh{\displaystyle {\vec {F}}\propto -{\frac {{\vec {v}}\cdot S}{h}}}