Определение вязкости растворов
Цель работы -научиться работать с капиллярным вискозиметром и изучить влияние природы жидкости и внешних параметров на вязкость коллоидных растворов.
Теоретическая часть
Вязкость жидкости есть следствие внутреннего трения между отдельными слоями жидкости движущимися с разными скоростями. Различают два вида систем в зависимости от их поведения при действии нагрузки, вызывающей течение.
1. Нормальные или ньютоновские системы, подчиняющиеся при течении законам Ньютона (1) и Пуазейля, например, чистые жидкости, растворы веществ небольшого молекулярного веса, некоторые коллоидные растворы, имеющие частицы правильной формы, малые размеры.
2. Аномально-вязкие или упруго-пластичные (структурированные) системы не подчиняющиеся законам Ньютона и Пуазейля, например, растворы высокомолекулярных соединений.
По уравнению Ньютона (1) сила трения F между параллельно движущимися слоями жидкости пропорциональна градиенту скорости 
(при площади слоев S = 1 см² )
F = η · (1)
Коэффициентом пропорциональности служит η – вязкость системы, являющаяся константой жидкости при данной температуре. Размерность η в системе CGS : г ∙ см-1 · с-1; эта единица называется пуазом (по имени французского ученого Пуазейля); в системе СИ вязкость имеет следующую размерность :
|
|
|
[h] = Па ∙ с = 
Вязкость дисперсной системы может быть рассчитана по уравнению Эйнштейна:
η = η0 · ( 1 + α · φ ), (2)
где η – вязкость золя; η0 – вязкость дисперсионной среды; α – коэффициент, учитывающий форму частиц дисперсной фазы (для сферических частиц α = 2,5); φ - объемная концентрация дисперсной фазы (3).
φ = 
. (3)
Пуазейль вывел уравнение для расчета объема жидкости вытекающей из капилляра (4).
, (4)
где V – объем жидкости, вытекающей из капилляра, см3; 
– время протекания, с; r – радиус капилляра, см; 
– длина капилляра, см; η – вязкость жидкости, Па ∙ с; P – давление, вызывающие течение жидкости, г ∙ см / с2.
Отсюда 
(5)
Для нормальных жидкостей вязкость не зависит от приложенного давления при ламинарном режиме течения.
Графики зависимости η = f (P) и 
называются реологическими кривыми (рисунок 3.1). На рисунке 3.1 Pкр – отвечает переходу ламинарного режима течения в турбулентный.
|
|
|
При течении аномальных жидкостей могут иметь место два основных случая.
η u
Ркр Р Р кр Р
Рисунок 3.1 - Реологические кривые для нормальных (ньютоновских) жидкостей
Системы имеют непрочную пространственную структуру (рисунок 3.2). Здесь при малых давлениях пространственная структура разрушается незначительно и успевает восстанавливаться (участок АВ). На участке ВС происходит разрушение структуры и ориентация обрезков структуры вдоль оси течения жидкости, вязкость поэтому уменьшается. Участок СД характеризуется постоянной вязкостью до Ркр, при котором ламинарный режим течения переходит в турбулентный.
Связь между частицами дисперсной фазы достаточно прочная, система приобретает твердообразный характер (рисунок 3.3). В таких системах течение начинается лишь при определенном Р0 – предельное напряжение сдвига, при котором начинает разрушаться пространственная структура. На участке АВ происходит разрушение структуры и понижение вязкости.
|
|
|
| h |
| h |
А В
А Д
С Д
В С
Ркр Р Р
V V
Д́
Д́ С́
Е́
|
|
|
С́
А́ В́ А́
Ро Р1 Ркр Р Ро Р1 Ркр Р
Рисунок 3.2 - Реологические кривые Рисунок 3.3 - Реологические кривые
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 438; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!