Viskozita kapaliny Metody pro stanovení viskozity kapaliny

V průmyslu musí výzkumné činnosti často počítat s viskozitou tekutiny. Při práci s běžnými nebo dispergovanými médii ve formě aerosolů vyžadují plynové emulze znalosti o fyzikálních vlastnostech těchto látek.

Jaká je viskozita kapaliny?

Dokonce i Newton založil takovou vědu jako reologii. Toto odvětví se zabývá studiem odolnosti látky v pohybu, tj. Viskozitě.

V kapalinách a plynech dochází ke kontinuální interakci molekul. Utíkali, odpuzovali nebo prostě letěli. Výsledkem je, že vrstvy hmoty vzájemně spolupracují a každému z nich dávají rychlost. Fenomén takové interakce molekul kapalin / plynů se nazývá viskozita nebo vnitřní tření.

Pro lepší zvážení tohoto procesu je nutné prokázat zkušenost s dvěma deskami, mezi kterými je kapalné médium. Pokud přesunete horní desku, pak se vrstva kapaliny "přilepená" k ní začne pohybovat s určitou rychlostí v1. Po krátké době zjistíme, že podkladové vrstvy tekutiny se také začínají pohybovat po stejné trajektorii rychlostí v2, v3 ... vn, atd., S v1> v2, v3 ... vn. Míra nejnižšího z nich zůstává nula.

Použití plynu jako příkladu je takový experiment téměř nemožné provést, protože síly interakce molekul mezi sebou jsou velmi malé a nebude možné se registrovat vizuálně. Zde hovoří také o vrstvách, o rychlosti pohybu těchto vrstev, a proto v plynných médiích je také viskozita.

Newtonovské a non-newtonské média

Newtonovská tekutina je tekutina, jejíž viskozita může být vypočtena podle Newtonova vzorce.

Taková prostředí zahrnují vodu a řešení. Viskozita tekutiny v takovém prostředí může záviset na faktorech, jako je teplota, tlak nebo atomová struktura látky, ale gradient rychlosti zůstane vždy stejný.

Non-newtonovské tekutiny jsou takové média, ve kterých se výše zmíněná hodnota může změnit, což znamená, že formula Newton nebude působit zde. Takové látky zahrnují všechna dispergovaná média (emulze, aerosoly, suspenze). To také zahrnuje krev. O tom budeme podrobněji diskutovat níže.

Krev jako vnitřní prostředí těla

Jak víte, 80% krve je plazma, která má kapalný stav agregace a zbývajících 20% tvoří červené krvinky, krevní destičky, bílé krvinky a různé inkluze. Lidské erytrocyty mají průměr 8 nm. V stacionárním stavu vytvářejí agregáty ve formě sloupců na mince a významně zvyšují viskozitu kapaliny. Pokud je průtok krve aktivní, tyto "konstrukce" se rozpadají a vnitřní tření se snižuje.

Poměry střední viskozity

Vzájemná interakce vrstev média navzájem ovlivňuje charakteristiky celého systému kapaliny nebo plynu. Viskozita je jedním příkladem fyzického jevu, jako je tření. Díky tomu horní a spodní vrstvy média postupně vyrovnávají rychlosti jejich proudu a nakonec se rovnají nule. Viskozita může být také charakterizována jako odpor jedné vrstvy média k druhé.

Pro popsání těchto jevů existují dvě kvalitativní charakteristiky vnitřního tření:

• dynamický koeficient viskozity (dynamická viskozita kapaliny);
• kinetický koeficient viskozity (kinetická viskozita).

Obě veličiny se vztahují rovnicí υ = η / ρ, kde ρ je hustota média, υ je kinetická viskozita a η je dynamická viskozita.

Metody stanovení viskozita kapaliny

Viscometrie je měření viskozity. V současné fázi vývoje vědy lze prakticky najít hodnotu viskozity kapaliny čtyřmi způsoby:

1. Kapilární metoda. Pro tento účel je nutné mít dvě nádoby spojené skleněným kanálem o malém průměru známé délky. Také je třeba znát hodnoty tlaku v jedné nádobě av druhé. Kapalina je umístěna ve skleněném kanálu a po určitou dobu proudí z jedné baňky do druhé.

Další výpočty se provádějí pomocí vzorce Poiseuille, aby se zjistila hodnota koeficientu viskozity kapaliny.

V praxi mohou být kapalná média směsmi vyhřívanými na 200 až 300 stupňů. Obvyklá skleněná trubka v takových podmínkách by se jednoduše deformovala nebo dokonce praskla, což je nepřijatelné. Moderní kapilární viskozimetry jsou sestaveny z vysoce kvalitního a odolného materiálu, který snadno snáší takové zatížení.

2. Lékařská metoda podle Hesse. Pro výpočet viskozity kapaliny tímto způsobem není nutné mít jedno, ale dvě stejné kapilární zařízení. V jednom z nich klademe prostředí s dříve známou hodnotou vnitřního tření a v druhé - zkušební kapalinou. Dále změřte dvě časové hodnoty a upravte poměr, kterým dosáhnou požadované číslo.

3. Metoda otáčení. Pro jeho realizaci je nutné mít konstrukci dvou koaxiálních válců. To znamená, že jeden z nich musí být uvnitř druhého. V intervalu mezi nimi nalijte tekutinu a pak dáte rychlost vnitřnímu válci. Toto úhlová rychlost tekutina také hlášena. Rozdíl v síle momentu nám umožňuje vypočítat viskozitu média.

4 Stanovení viskozity kapaliny metodou Stokes. K provedení této zkušenosti je nutné mít viskozimetr Goppler, který je válec naplněný kapalinou. Před zahájením experimentu zhotovte dvě značky na válci a změřte jejich délku. Poté zaujměte kuličku o určitém poloměru R a přemístěte jej do kapalného média. Chcete-li zjistit rychlost pádu, najděte čas pohybu objektu z jednoho štítku na druhý. Znalost rychlosti míče je možné vypočítat viskozitu kapaliny.

Praktické použití viskozimetrů

Stanovení viskozity kapaliny má velký význam v rafinérském průmyslu. Při práci s vícefázovými disperzními médii je důležité znát jejich fyzikální vlastnosti, zejména vnitřní tření. Moderní viskozimetry jsou vyrobeny z odolných materiálů, ve své výrobě používají moderní technologie. To vše společně umožňuje pracovat s vysokou teplotou a tlakem bez poškození samotného zařízení.

Fluidní viskozita hraje v průmyslu velkou roli, protože doprava, zpracování a extrakce například oleje závisí na hodnotách vnitřního tření kapalné směsi.

Jakou roli hraje viskozita v lékařských zařízeních?

Průtok plynné směsi přes endotracheální trubici závisí na vnitřním tření tohoto plynu. Změna viskozity média zde má jiný účinek na pronikání vzduchu zařízením a závisí na složení plynné směsi.

Zavedení léků, vakcín pomocí stříkačky je také živým příkladem působení viskozity média. Mluvíme o tlakových ztrátách na konci jehly při vstřikování kapaliny, i když se původně předpokládalo, že tento fyzický jev může být opomíjen. Výskyt vysokého tlaku na špičce je výsledkem vnitřního tření.

Závěr

Viskozita média je jedním z fyzikálních veličin, který má velkou praktickou aplikaci. V laboratoři, v průmyslu, v medicíně - ve všech těchto oblastech se velmi často projevuje koncept vnitřního tření. Práce nejjednoduššího laboratorního vybavení může záviset na stupni viskozity média, který se používá pro výzkum. Dokonce i zpracovatelský průmysl nemůže bez znalostí v oboru fyziky.