Чем обусловлена текучесть жидкости

Чем обусловлена текучесть жидкости

Основные понятия и определения

Жидкости и газы отличаются от твёрдых тел прежде всего тем, что обладают таким свойством, как текучесть. Текучесть проявляется в способности жидкости и газа принимать форму сосуда. Из-за чего появляется и чем объясняется текучесть, по наличию которой и устанавливают, что данное тело не является твёрдым?

У твёрдого тела сдвинуть один слой (часть) тела относительно другого без приложения значительных усилий невозможно. У жидкости и газа одни слои (части) могут скользить по другим слоям под действием ничтожно малых сил. Этим и объясняется текучесть.

Если подуть вдоль поверхности воды, то верхние слои воды придут в движение относительно нижних, причём силы трения между слоями будут тем меньше, чем меньше относительная скорость движения слоёв. Другой пример текучести. Даже очень осторожное, медленное и малое наклонение сосуда с жидкостью приводит к перемещению верхних слоёв жидкости относительно нижних и в результате поверхность жидкости становится снова горизонтальной.

Сила трения покоя между стенкой сосуда и соприкасающейся с ней неподвижной жидкостью тоже равна нулю.

Мы здесь не будем рассматривать проявление так называемых сил поверхностного натяжения, возникающих из-за того, что поверхностный слой жидкости ведёт себя подобно тонкой упругой оболочке. Силами поверхностного натяжения объясняется существование капель жидкости, возможность каплям удерживаться на наклонной поверхности твёрдого тела, капиллярность и другое.

Из всего сказанного выше следует, что в неподвижной жидкости (или газе) слои (части) жидкости действуют друг на друга и на стенки сосуда с силами, направленными перпендикулярно к поверхности их соприкосновения. На рисунке показан сосуд с жидкостью.

Выделим мысленно из всей жидкости её части в объёмах `1` и `2`. Жидкость в объёме `1` давит на жидкость в объёме `2` с силой `F_1` направленной перпендикулярно к поверхности `AB` их соприкосновения. С такой же по модулю силой `F_2` давит и жидкость `2` на `1`. Это следует из так называемого третьего закона Ньютона, согласно которому тела действуют друг на друга с равными по модулю и противоположными по направлению силами. Жидкость в сосуде давит на часть `MN` стенки сосуда с силой `F_3`, направленной перпендикулярно стенке. Часть `MN` стенки давит на жидкость с такой же силой `F_4`.

Величиной, характеризующей взаимодействие частей жидкости или газа друг с другом и со стенками сосуда, служит давление.

Давлением называется величина, равная отношению модуля силы `F` давления, действующей по нормали (перпендикулярно) к плоской поверхности, к площади `S` этой поверхности: `P=F/S`.

Уточним, что следует понимать под давлением в жидкости или газе.

Поместим в жидкость или газ небольшую плоскую пластину. Одну из сторон этой пластины назовём площадкой. Жидкость (газ) давит на площадку с некоторой силой `F`. Если площадь площадки `S`, то давление жидкости на площадку `P = F/S`. Из условия равновесия вырезанной мысленно из жидкости (газа) призмы с основанием в виде прямоугольного треугольника, находящейся в месте расположения площадки, можно вывести, что давление на площадку в жидкости или газе не зависит от ориентации площадки. Вывод приводить не будем. Теперь можно дать определение давления в жидкости или газе.

Давлением в некоторой точке жидкости называется давление жидкости на небольшую площадку, произвольно ориентированную и помещённую вблизи этой точки. Аналогично и для газа.

Источник

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена при покое жидкости, так как она проявляется только при её движении. Для правильной оценки таких гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости, необходимо прежде всего установить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное представление о механизме самого движения.

Содержание статьи

Физический смысл вязкости

Для понятия физической сущности такого понятия как вязкость жидкости рассмотрим пример. Пусть есть две параллельные пластинки А и В. В пространство между ними заключена жидкость: нижняя пластинка неподвижна, а верхняя пластинка движется с некоторой постоянной скоростью υ₁

Как при этом показывает опыт, слои жидкости, непосредственно прилегающие к пластинкам (так называемые прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ним скорости, т.е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, будет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью υ₁.

Промежуточные слои жидкости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут пропорциональны расстояниям от нижней пластинки.

Ещё Ньютоном было высказано предположение, которое вскоре подтвердилось опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Если взять площадь соприкосновения равной единице, это положение можно записать в виде

где τ – сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или напряжение трения

μ – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода жидкости и называемый коэффициентом абсолютной вязкости или просто абсолютной вязкостью жидкости.

Величину dυ/dy – изменение скорости в направлении, нормальном к направлению самой скорости, называют скоростью скольжения.

Таким образом вязкость жидкости – это физическое свойство жидкости, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу

Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная

Теперь определимся с различными понятиям вязкости:

Динамическая вязкость. Единицей измерения этой вязкости является паскаль в секунду (Па*с). Физический смысл состоит в снижении давления в единицу времени. Динамическая вязкость характеризует сопротивление жидкости (или газа) смещению одного слоя относительно другого.

Динамическая вязкость зависит от температуры. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.

Кинематическая вязкость. Единицей измерения является Стокс. Кинематическая вязкость получается как отношение динамической вязкости к плотности конкретного вещества.

Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания определенного объема жидкости через калиброванное отверстие при воздействии силы тяжести

Абсолютная вязкость получается при умножении кинематической вязкости на плотность. В международной системе единиц абсолютная вязкость измеряется в Н*с/м2 – эту единицу называют Пуазейлем.

Коэффициент вязкости жидкости

В гидравлике часто используют величину, получаемую в результате деления абсолютной вязкости на плотность. Эту величину называют коэффициентом кинематической вязкости жидкости или просто кинематической вязкостью и обозначают буквой ν. Таким образом кинематическая вязкость жидкости

где ρ – плотность жидкости.

Единицей измерения кинематической вязкости жидкости в международной и технической системах единиц служит величина м2/с.

В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет единицу измерения см 2 /с и называется Стоксом(Ст).

Вязкость некоторых жидкостей

Величину, обратную коэффициенту абсолютной вязкости жидкости, называют текучестью

Как показывают многочисленные эксперименты и наблюдения, вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры. Для различных жидкостей зависимость вязкости от температуры получается различной.

Поэтому, при практических расчетах к выбору значения коэффициента вязкости следует подходить очень осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно брать за основу специальные лабораторные исследования.

Вязкость жидкостей, как установлено из опытов, зависит так же и от давления. Вязкость возрастает при увеличении давления. Исключение в этом случае является вода, для которой при температуре до 32 градусов Цельсия с увеличением давления вязкость уменьшается.

Что касается газов, то зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, очень существенна. С увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается.

Методы измерения вязкости. Метод Стокса.

Область, посвященная измерению вязкости жидкости, называется вискозиметрия, а прибор для измерения вязкости называется вискозиметр.

Современные вискозиметры изготавливаются из прочных материалов, а при их производстве используются самые современные технологии, для обеспечение работы с высокой температурой и давлением без вреда для оборудования.

Существует следующие методы определения вязкости жидкости.

Капиллярный метод.

Сущность этого метода заключается в использовании сообщающихся сосудов. Два сосуда соединяются стеклянной трубкой известного диаметра и длины. Жидкость помещается в стеклянный канал и за определенный промежуток времени перетекает из одного сосуда в другой. Далее зная давление в первом сосуде и воспользовавшись для расчетов формулой Пуазейля определяется коэффициент вязкости.

Метод по Гессе.

Этот метод несколько сложнее предыдущего. Для его выполнения необходимо иметь две идентичные капиллярные установки. В первую помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а во вторую – исследуемую жидкость. Затем замеряют время по первому методу на каждой из установок и составляя пропорцию между опытами находят интересующую вязкость.

Ротационный метод.

Для выполнения этого метода необходимо иметь конструкцию из двух цилиндров, причем один из них должен быть расположен внутри другого. В промежуток между сосудами помещают исследуемую жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру.

Жидкость вращается вместе с цилиндром со своей угловой скоростью. Разница в силе момента цилиндра и жидкости позволяет определить вязкость последней.

Метод Стокса

Для выполнения этого опыта потребуется вискозиметр Гепплера, который представляет из себя цилиндр, заполненный жидкостью.

Вначале делаются две пометки по высоте цилиндра и замеряют расстояние между ними. Затем шарик определенного радиуса помещается в жидкость. Шарик начинает погружаться в жидкость и проходит расстояние от одной метки до другой. Это время фиксируется. Определив скорость движения шарика затем вычисляют вязкость жидкости.

Видео по теме вязкости

Определение вязкости играет большую роль в промышленности, поскольку определяет конструкцию оборудования для различных сред. Например, оборудование для добычи, переработки и транспортировки нефти.

Источник

Вязкость жидкости. Определение вязкости, сравнение 50 различных сред

Вязкость — важное свойство жидкостей. Она бывает динамической и кинематической. Разные жидкости обладают разной вязкостью, для некоторых этот показатель определяет их промышленное использование.

Вязкость различных веществ:

Что такое вязкость

Важной характеристикой вещества является его вязкость. Вязкость жидкости — это ее способность оказывать сопротивление перемещению одних частиц относительно других, то есть противостоять касательным усилиям в потоке. Данный параметр среды нельзя обнаружить в состоянии покоя, он оценивается только во время движения вещества, когда начинают действовать силы сцепления между молекулами.

Существует две разновидности вязкости: динамическая (или абсолютная) и кинетическая. Оба показателя уменьшаются при повышении температуры вещества.

Данное свойство присутствует у всех веществ, которые обладают текучестью. Текучесть — это сдвиг (перемещение) одних частиц по отношению к другим той же самой среды. За счет силы внутреннего трения вязкость противостоит процессу текучести. Данная формулировка относится не только к жидким, но и к газообразным веществам. А вот применительно к твердым это свойство имеет несколько другую природу.

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость определяет величину сопротивления текучести жидкости при перемещении ее слоя площадью 1 см2 на расстояние в 1 см со скоростью 1 см/сек. В СИ (Международной системе единиц) данный показатель измеряется в Па•с (паскаль•секунда). В системе же СГС единицей измерения вязкости является пуаз (в честь Ж. Пуазейля, французского физика).

Чем выше вязкость жидкости, тем, соответственно, больше время ее истечения. Например, чем дольше по времени краска, нефть, смола, мед или любая другая жидкая среда будет вытекать через воронку, тем больше будет вязкость данного вещества.

С точки зрения физики динамическая вязкость обозначает потерю давления за единицу времени (поэтому в системе СИ этот параметр и измеряется в Па•с). У жидкостей данный параметр снижается при росте температуры (то есть когда среда нагревается, она течет легче) и повышается при увеличении давления.

Кинематическая вязкость

Кинетическая вязкость — это соотношение коэффициента динамической вязкости жидкости к ее плотности. В системе СИ эта величина выражается в м2/с, а в системе СГС — в стоксах (Ст).

Кинетическая вязкость у жидкостей демонстрирует, насколько легко способно течь данное вещество. В практическом применении это связано с тем, насколько продукт густой. На данный показатель температура влияет несколько меньше, нежели на абсолютную вязкость, ведь тепло также уменьшает и плотность (при нагревании молекулы смещаются дальше друг от друга).

Вязкость различных веществ

При всем многообразии существующих жидкостей они различаются по степени своей вязкости. Этот показатель имеет важное значение для использования вещества в промышленных и бытовых целях.

Вязкость воды

Вязкость воды – одно из ее ключевых свойств, с которым мы сталкиваемся ежедневно. Кинематическая вязкость этой самой популярной на планете жидкости при температуре 0 °С составляет 1,789 •106 м2/с. Динамическая вязкость воды при температуре 20 °С будет 1,004•10-3 Па•с.

Данный параметр очень важен для здоровья и жизнедеятельности человека:

Вязкость масла

Растительные масла — это продукты, которые извлекаются из растительного сырья, состоят из жирных кислот и сопутствующих компонентов (воски, стеролы, красящие пигменты и пр.). Вязкость растительных масел обусловлена молекулярной массой жирных кислот, которые входят в их состав. Чем она больше, тем, соответственно, масло более вязкое.

В целом вязкость натуральных масел колеблется в узком диапазоне, она примерно в 158 раз больше вязкости воды. К примеру, вязкость оливкового масла составляет 84•10-3 Па•с, касторового — 987•10-3 Па•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.

Вязкость нефти

Нефть является маслянистой горючей жидкостью природного происхождения. Она состоит из сложной смеси углеводородов с разной молекулярной массой и некоторых других компонентов. Вязкость этой жидкости, как и плотность, представляет собой ее важнейшее физическое свойство. Ее значение колеблется в широких пределах и составляет 2–300 мм2/с (при температуре 20 °С), средний же показатель равен 40–60 мм2/с.

От вязкости нефти зависят ее технологические характеристики:

Показатель вязкости нефти позволяет примерно оценить ее состав: чем выше это значение, тем больше в веществе молекулярный вес фракций. Высоковязкая нефть (более тяжелая) содержит много смолисто-асфальтеновых компонентов, что затрудняет процесс ее переработки. Такой продукт труднее транспортировать и перерабатывать.

Растворенный в нефти газ также влияет на ее вязкость: углеводороды разжижают продукт, а азот, напротив, повышает вязкость.

Вязкость газа

Газ — это такое агрегатное состояние вещества, при котором связи между его частицами очень слабые, а сами они подвижны, почти свободно, хаотически перемещаются в промежутках между столкновениями, при которых резко меняют характер своего движения.

За счет вязкости газа выравниваются скорости движения различных его слоев. Именно поэтому, например, ветер со временем затихает.

Примечательно, что при повышении температуры вязкость газов в отличие от жидкостей возрастает. Связано это с тем, что интенсивность беспорядочного теплового движения молекул при нагревании увеличивается, они перемещаются быстрее.

Динамическая вязкость основных газов имеет следующие показатели при 0 °С:

Вязкость краски

Вязкость — важный показатель для лакокрасочных материалов. Для краски это основа ее качества, устойчивости к разрушению в процессе работы. Вязкость определяет толщину краски, способ ее нанесения (кистью, валиком, распылителем и пр.), влияет на производительность.

Неправильная вязкость краски или лака может спровоцировать растрескивание вещества на поверхности. Данный параметр зависит от ряда факторов:

Для перекачивания лакокрасочных материалов лучше всего подходят мембранные пневматические насосы.

Вязкость жидкой стали

Жидкая сталь — это сплав железа с примесями. Их сочетания разнообразны, потому свойства вещества колеблются в широких диапазонах, в том числе вязкость.

При температуре 1480–1650 °С показатель вязкости жидкой стали находится в пределах 4,5–6,0 мПа•с (для сравнения: вязкость железа при его перегреве выше точки плавления —5,4 мПа•с).

Легирующие элементы и раскислители в составе стали влияют на ее вязкость. К примеру, увеличение доли никеля приводит к снижению данного показателя, а увеличение содержания хрома — к ее возрастанию.

Вязкость смазки

Для смазочных материалов, например моторного масла, вязкость является главнейшей характеристикой. Она определяет толщину и несущую способность масляной пленки между трущимися деталями. Чем выше показатель вязкости, тем больше нагрузки выдерживает смазочный материал при взаимном движении деталей, тем меньше их износ.

В любом смазочном материале содержатся специальные присадки (полимеры). Их процентное содержание в составе отвечает за его вязкость.

Для перекачивания смазки, как правило, используют пневматические поршневые насосы.

Вязкость глицерина

Глицерин представляет собой органическое соединение, относящееся к группе спиртов (трехатомный спирт). Это бесцветная сиропообразная жидкость, сладковатая на вкус, с широким спектром использования: востребована не только в лекарственных и косметических целях, но и в пищевой, лакокрасочной, бумажной, текстильной промышленности, электротехнике, сельском хозяйстве и пр. Добывают глицерин из растительных жиров или посредством химического синтеза.

Вязкость глицерина довольно высока — составляет 1,48 Па•с при температуре 20 °С, а это почти в 1500 раз выше вязкости воды.

Для перекачивания глицерина больше всего подходят шестеренчатые, импеллерные и мембранные насосы.

Вязкость бензина

Вязкость — важный показатель качества любого моторного топлива, в том числе бензина. От него зависят надежность работы аппаратуры, использования топлива при низкой температуре, его противоизносные характеристики, процесс сгорания. От вязкости бензина зависит скорость его поступления к двигателю по топливной системе.

На вязкость бензина влияет его химический и фракционный состав. Так, при увеличении процентного содержания нафтеновых и ароматических углеводородов, утяжелении фракционного состава топлива оно становится более вязким.

В целом вязкость бензина невелика (у разных марок она колеблется в узком диапазоне — 0,3–-0,7 Ст при температуре 20 °С, так что при конструировании бензопроводов эта величина считается относительно постоянной), и даже ее небольшое увеличение при понижении температуры не вызывает осложнений в функционировании двигателей (в отличие от других видов топлива, для которых вязкость более сильно влияет на эксплуатационные свойства).

Для перекачивания бензина (как и для прочих видов топлива) используют многочисленные типы насосов: поршневые, шестеренчатые, плунжерные, мембранные, винтовые, пластинчатые.

Вязкость битума

Битум — это остаточный продукт, образуемый в ходе переработки нефти. Он представляет собой смесь углеводородов и их производных. По консистенции это вещество твердое или смолоподобное, но при использовании в промышленных условиях (например, при приготовлении асфальтобетонных смесей) его нагревают до текучего состояния. Оптимальная вязкость битума при этом должна составить примерно 20 Па•с.

Для битумов различных марок, имеющих разную консистенцию, температура, которая позволяет достигнуть указанной вязкости, неодинакова. Она колеблется от 100 до 160 °С. Причем при необходимой температуре вещество можно выдерживать не более 5 часов, чтобы не допустить развития процессов старения (при температуре не более 80 °С вязкий битум допускается выдерживать до 12 ч).

Вязкость кислот

Кислоты представляют собой целый класс химических веществ, в составе которых имеется атом водорода и кислотный остаток. Эти соединения бывают неорганическими и минеральными.

Вязкость кислот в целом больше, чем у воды. К примеру, серная кислота по данному показателю напоминает масло: динамическая вязкость составляет 0,027 534 Па•с. а кинематическая — 0,1501 см²/с (при 20 °C).

Такие агрессивные среды, как кислоты, в промышленных условиях перекачивают мембранными и центробежными насосными аппаратами.

Вязкость теста

Тесто принадлежит к группе пластичных тел, сочетает в себе свойства жидкости и твердого тела. Поэтому оно должно иметь определенное соотношение упругих и вязких свойств. Это коллоидная система, имеющая эластичный элемент в виде соприкасающихся и слипающихся нитей и пленок, а в качестве вязкого элемента — массу из набухших зерен крахмала и раствора коллоидных веществ (белков, декстринов и пр.) и сахаров.

От вязкости теста зависит его пластичность. После прекращения растяжения продукт теряет напряжение. В растянутом жгутике теста сочетаются вязкость и эластичность, а напряжение постепенно уменьшается (затухает).

Более мягким и вязким тесто становится от сахара, однако при его избытке продукт начинает прилипать к рабочему оборудованию, а сами заготовки расплываются в процессе выпекания.

Вязкость смолы

Смола представляет собой твердое либо очень вязкое вещество. Оно может иметь растительное (ее выделяют деревья смолоносных пород) либо синтетическое происхождение (например, эпоксидная смола). Данная структура довольно сложна по своему химическому составу, она застывает при контакте с воздухом, не растворяется в воде, при этом хорошо плавится в химических растворителях.

Вязкость смол очень высока. К примеру, у эпоксидных смол она достигает 2–25 Па•с.

Смолы перекачивают перистальтическими, мембранными, винтовыми бочковыми насосами.

Вязкость мазута

Мазут является продуктом первичной нефтепереработки. Вязкость является важнейшим критерием его эксплуатации, транспортировки, перекачивания, сжигания. Мазут бывает высоковязким и маловязким. В первом случае он содержит больше смолистых веществ и парафина.

Согласно показателю вязкости выделяют несколько марок мазута, каждая из них имеет свою температуру застывания вещества. Наиболее вязкие сорта застывают уже при 25 °С. Чтобы перекачивать такой продукт, его приходится подогревать до 60–70 °С. В подогреваемом мазуте начинают плавиться церезины, твердые парафины, но прекращение термообработки вновь приводит к увеличению вязкости, она быстро возвращается на исходный уровень.

Для перекачивания мазута подходят шестеренчатые, винтовые, ламинарные, реже центробежные насосы.

Вязкость клея

Клей — это вещество либо смесь органического или неорганического происхождения, способные соединять различные материалы. Для данного продукта вязкость перед его отверждением выступает важной характеристикой. Многочисленные современные клеевые системы имеют разную степень вязкости, она варьируется от водоподобных жидкостей до смолообразных субстанций.

От вязкости зависит способ нанесения клея. Составы низкой вязкости наносятся с минимальным давлением, однако могут требовать фиксации, чтобы не допустить нежелательного вытекания.

Клеи на основе ПВА относят к псевдопластическим жидкостям: их вязкость меняется от скорости течения, при перемешивании они разжижаются. Данная зависимость отличается у разных составов.

В целом жидкие клеевые материалы классифицируются на 3 группы:

Вязкость молока

Вязкость молока складывается из данного показателя воды, а также суммы приращений от вязкости дисперсной фазы и структурных связей. Данное свойство продукта напрямую зависит от содержания в нем жиров и казеина, состояния сывороточных белков и технологических режимов обработки (они вызывают изменение агрегатного состояния компонентов молока).

Вязкость продукта будет тем больше, чем выше массовая доля молочного жира и казеина, а также степень дисперсности среды. Так, этот показатель у обезжиренного молока в среднем равен 1,5•10-3 Па•с, у цельного питьевого — 1,8•10-3 Па•с, у молока, гомогенизированного при давлении 1500 Па, — 1,86•10-3 Па•с.

Вязкость молока и молочных продуктов возрастает с увеличением в них массовой доли сухих веществ. При нагревании данный показатель возрастает тогда, когда температура переходит за точку коагуляции сывороточных белков, что применяется в производстве сгущенного молока (его вязкость будет гораздо больше, чем у исходного продукта, — 3,6 Па•с).

Для перекачивания молока в промышленности востребованы различные типы насосного оборудования: пищевые центробежные, шестеренчатые, мембранные, перистальтические, импеллерные, насосы-дозаторы.

Вязкость растворителей

Растворители представляют собой химические соединения, способные преобразовывать различные вещества в раствор (гомогенную однородную систему, состоящую из 2 и более компонентов). Обычно они используются в роли среды для проведения химических реакций, для технологических целей. В связи с этим растворители востребованы в различных сферах производства (лакокрасочном, электротехническом, фармацевтике, парфюмерии, создании взрывчатых веществ), сельском хозяйстве.

Растворители классифицируются на органические и неорганические (важнейший из них — это вода). По степени вязкости они подразделяются на маловязкие (до 0,002 Па•с), средневязкие (0,002–0,01 Па•с), высоковязкие (свыше 0,01 Па•с).

Растворители в промышленности перекачивают разными типами насосов, например мембранными, вихревыми, плунжерными аппаратами.

Вязкость ацетона

К группе маловязких растворителей относится ацетон. Это бесцветная летучая жидкость органического происхождения, отличающаяся характерным резким запахом. Вязкость продукта составляет 0,000 33 Па•с.

Вязкость керосина

Растворитель керосин также имеет небольшую вязкость (0,001 49 Па•с при комнатной температуре). Это прозрачное вещество масляной структуры, прозрачное либо желтоватого оттенка. Получают керосин при прямой перегонке нефти.

Данная субстанция применяется и в других целях: как реактивное топливо в ракетах, самолетах, как горючее для бытовых осветительных приборов, при обжиге стекла и фарфора, в оборудовании для резки металлов.

Вязкость дизеля

Дизельное топливо является продуктом фракционирования нефти с температурой кипения 140–360 °С. Оно может содержать добавки, которые улучшают его эксплуатационные свойства, например температуру застывания.

Важным показателем дизеля выступает его вязкость. Именно от нее во многом зависят важные свойства топлива: способность хорошо распыляться, полностью сгорать в моторе, не вызывать коррозии, хорошо прокачиваться в топливной аппаратуре, не утрачивать свои характеристики при длительном хранении. При недостаточной вязкости данного горючего плунжер и гильза насоса скорее изнашиваются, при повышенной дизель плохо прокачивается, недостаточно тонко распыляется, сгорает не полностью.

Летние сорта дизеля отличаются высокой вязкостью. Они становятся плотными при 3–5 °С, в топливе кристаллизуются частицы парафина. Летними марками нельзя пользоваться при температуре ниже 0 °С. Зимние сорта дизельного топлива имеют меньшую вязкость, что обеспечивает исправную работу двигателя в холодный сезон, в том числе в осенне-весенний период.

Вязкость гудрона

Гудрон — это остаток, образующийся в процессе отгонки из нефти фракций, которые выкипают до 450–600 °С под вакуумом при атмосферном давлении. Выход данного вещества составляет 10–45 % от нефтяной массы. Гудрон представляет собой очень вязкую жидкость черного цвета либо твердую асфальтоподобную субстанцию с блестящим изломом. Вещество содержит нефтяные смолы, углеводороды (парафиновые, нафтеновые, ароматические), карбоиды, карбены, асфальтены, небольшой объем примесей металлов, которые содержались в нефти.

В зависимости от температуры кинематическая вязкость гудрона составляет 40–91 сСт.

Применяется вещество в основном в дорожном строительстве, кровельных работах, производстве малозольного кокса, в качестве смягчителя в резиновой промышленности.

Вязкость серы

Сера — твердое кристаллическое вещество ярко-желтого цвета. При плавлении же она трансформируется в желтую легкоподвижную жидкость. При температуре примерно 200 °С сера становится очень вязкой, густой (93,1 Па•с), приобретает бурый цвет, но при последующем нагревании снова становится жидкостью с вязкостью 0,16 Па•с.

Вязкость меда

Очень вязкой жидкой средой является мед. Его вязкость зависит от зрелости, то есть от содержания в продукте воды. Так, при содержании 25 % воды коэффициент вязкости меда равен 1,051, а при 16,6 % — 9,436 (при температуре 45 °С). Кроме того, этот показатель увеличивается в результате кристаллизации. Вязкость продукта повышают декстрины и коллоиды.

Зрелость меда определить несложно. Нужно зачерпнуть ложкой продукт и быстро поворачивать ее: незрелый мед будет стекать.

Хотя состав меда не особо влияет на его вязкость, некоторые сорта в этом отношении отличаются. В связи с этим выделяется 5 групп продукта:

Вязкость спирта

Спирты представляют собой органические соединения, углеводороды, которые обязательно содержат гидроксильную группу ОН (одну или несколько), связанную с углеводородным радикалом.

Спирты бывают жидкими, вязкими, твердыми — это обусловлено количеством в молекуле углеводородных радикалов. С ростом их количества снижается водорастворимость вещества.

Хотя некоторые спирты токсичны для человека (этиленгликоль, метилен), они необходимы для естественных процессов метаболизма в организме. Так, многие липиды, поставщики энергии, в своей основе имеют глицерин (представитель спиртов).

Вязкость многих спиртов соизмерима с соответствующим показателем у воды. Например, вязкость этилового спирта составляет 0,00119 Па•с.

Вязкость муки

Мука — продукт, который получают посредством измельчения зерен с/х культур (в основном злаковых) до порошкообразной консистенции. На муку размалывают преимущественно пшеницу, рожь, в меньших объемах кукурузу, ячмень и прочие зерновые культуры.

Сила муки — показатель, определяющий ее хлебопекарные качества. Он обозначает, как поведет себя тесто при замесе, каким будет его вязкость, эластичность, упругость, водопоглотительная способность. В зависимости от реологических свойств теста классифицируют муку сильную, среднюю, слабую по силе.

Вязкость водно-мучной смеси обусловлена содержанием в муке клейковины, которая разбухает в растворенном виде.

Вязкость натрия

Натрий является пластичным металлом серебристого оттенка. На воздухе он быстро окисляется, тускнеет. Данный металл настолько мягкий, что его можно резать ножом, прессовать, прокатывать. Он легче воды, хорошо проводит тепло, электрический ток. Натрий имеет значительную разницу между температурами кипения и плавления — около 800 градусов: плавится при 98 °С, а кипит при 883 °С. За счет этого вещество представляет собой хороший теплоноситель для атомных реакторов. Оно в целом широко востребовано в промышленности.

Натрий важен для живых организмов, для обменных процессов, функционирования сердечно-сосудистой и нервной систем. Для человека вреден как недостаток, так и избыток этого химического элемента.

Кинематическая вязкость натрия при температуре 98 °С составляет 6,7•10-7 м2/с, при температуре же 927 °С этот показатель уже равен 2,1•10-7 м2/с.

Вязкость грунта

Грунт — многокомпонентное геологическое образование, включающее в себя почвы, различные горные породы, являющееся объектом инженерно-строительной деятельности человека.

Вязкость грунтов определяет их сопротивление течению под воздействием внешних сил. Этот показатель зависит от их структуры, химико-минералогического состава. Коэффициент вязкости для грунтов разного типа колеблется в широких диапазонах: от 102–104 пз для илов до 1022 пз для известняка. С увеличением плотности грунта его вязкость, а кроме того, порог ползучести увеличиваются.

По величине вязкости данной среды выделяются:

Вязкость каучука

Каучук представляет собой продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Он может иметь природное или синтетическое происхождение. В процессе вулканизации каучук, сам по себе непрочный и липкий, трансформируется в упругую эластичную резину. Важнейшими свойствами вещества являются эластичность, электроизоляция, газо- и водонепроницаемость.

Как и большинство полимеров, каучук способен пребывать в одном из следующих состояний: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластичном. При обычных температурных условиях вещество высокоэластично.

Вязкость каучука обусловлена его молекулярной массой и способом его синтеза.

Вязкость мыла

Мыло — твердый либо жидкий продукт, который содержит поверхностно-активные вещества. При соединении с водой он ведет себя как косметическое средство, очищающее кожу (туалетное мыло), или же как моющее средство бытовой химии (хозяйственное мыло). В последнее время данный продукт массового использования все больше применяется именно в жидком виде.

По химическому составу мыло представляет собой натриевые либо калиевые соли высших карбоновых кислот, которые получают в процессе гидролиза жиров в щелочной среде. Также оно может содержать ароматизаторы, красители и прочие ингредиенты.

Вязкость мыльных растворов зависит не только от температуры. Этот показатель растет с повышением концентрации мыла. Включение в мыльные растворы небольшого объема электролитов снижает вязкость, а введение их большого количества ведет к повышению вязкости и последующему высаливанию продукта.

Вязкость парафина

Парафин является смесью углеводородов преимущественно метанового ряда. Парафины бывают жидкими (температуре их плавления составляет менее 27 °C), твердыми (28–70 °C), микрокристаллическими (или церезины, плавятся при температуре свыше 60–80 °C). Размер и форма кристаллов обусловлена особенностями их получения. Так, нефтяное сырье и медленное охлаждение обеспечивают мелкие тонкие кристаллы, а крупные получаются из селективно очищенных дистиллятных рафинатов.

Расплавленные парафины обладают небольшой вязкостью. Но при одинаковой температуре наиболее вязкими являются церезины.

Применяются парафины для изготовления парафинистой бумаги, пропитывания древесины в карандашном и спичечном производстве, для аппретирования тканей, в медицине для парафинотерапии и пр.

Вязкость этиленгликоля

Этиленгликоль является простейшим двухатомным спиртом. В очищенном виде он представляет собой бесцветную прозрачную жидкость маслянистой консистенции. Вещество со сладковатым вкусом не имеет запаха. Этиленгликоль токсичен.

Вязкость вещества примерно в 19 раз превышает вязкость воды.

Вязкость сахарного сиропа

Сахаром в быту называется сахароза. Свекловичный и тростниковый сахар (в виде песка и рафинада) — очень важный продукт питания. Сахароза относится к углеводам, питательным веществам, заряжающим организм энергией.

Сахарный сироп (основа многих мучных и кондитерских изделий) обладает определенной вязкостью. Она есть уже у самой воды, в составе данной среды. С повышением концентрации растворов вязкость сиропов увеличивается. При концентрации сахара свыше 80 % начинается процесс кристаллизации сахара.

Выделяют следующие разновидности сиропов.

1. Сахарно-паточный. Помимо растворенного в воде сахара содержит патоку. Имеет более высокую вязкость.

2. Инвертный. Обладает более низкой вязкостью, но повышенной гигроскопичностью.

3. Молочный. Растворителем здесь служит молоко (цельное, сухое, сгущенное, сливки), возможно добавление патоки. Данный сироп выступает основным полуфабрикатом при изготовлении молочных конфет, помадных масс.

Вязкость электролитов

Электролит — это вещество (кислоты, соли, основания), раствор или расплав которого способен проводить электрический ток за счет распада на ионы. В человеческом организме электролиты имеют важное значение: в крови вместе с ионами железа они переносят кислород, регулируют работу сердца, кишечника, водно-солевой баланс.

На процесс электролиза влияет (наряду с прочими свойствами) вязкость электролита. При этом в промышленности, например в работе аккумуляторов, предпочтительны электролиты с меньшей вязкостью.

Перекачивают электролиты погружными химическими насосами центробежной конструкции.

Вязкость меди

Медь является золотисто-розовым металлом с характерным блеском. Она имеет высокую плотность (почти в 4 раза тяжелее железа, алюминия), температуру плавления (1083 °С) и кипения. Важным свойством меди является устойчивость к коррозии.

Металл хорошо подвергается обработке. Благодаря своим ценным качествам он востребован в электротехнике, электромашиностроении, приборостроении, радиоэлектронике, ювелирном деле, медицине. Медь применяется в сплавах с цинком, оловом, алюминием, никелем, золотом, серебром, титаном.

Вязкость жидкой меди при температуре 1145 °С имеет значение 0,0341 Пуаз. На данный показатель (как и на другие механические свойства) влияет наличие примесей, предварительная механическая обработка (прокатка, прессование). Большое влияние на вязкость расплавленного металла оказывает растворенный в ней кислород. Некоторые элементы (свинец, мышьяк, сурьма, фосфор) снижают вязкость медных расплавов.

Вязкость сыра

Сыр — это пищевой продукт, получаемый из молока путем введения молочнокислых бактерий, ферментов, способствующих его свертыванию, либо посредством плавления молочных продуктов.

Сыры классифицируются на твердые, мягкие, плавленые, рассольные. Показатель вязкости целесообразно рассматривать у плавленых сыров.

Вязкость данного продукта снижается при повышении содержания в нем влаги. На нее также влияет зрелость исходного сырья, вид и доза солей-плавителей, активная кислотность сыра. В слабой степени на вязкость влияет содержание в сырье жира, хотя он и увеличивает пластичность сырной массы.

Вязкость патоки

Патока представляет собой очищенный концентрированный сироп, полученный при неполном гидролизе картофельного или кукурузного крахмала или производстве сахара. Это вязкая прозрачная, сладкая жидкость (на вкус слаще сахара), состоящая из смеси глюкозы, мальтозы, высших сахаридов. Многообразие сортов патоки обусловлено сочетаниями данных углеводов.

Существует две разновидности патоки:

Вязкость патоки составляет 0,1 Па•с.

В промышленности данный пищевой продукт перекачивают винтовыми насосами.

Вязкость сметаны

Сметана – кисломолочный продукт, получающийся посредством кисломолочного брожения из сливок и закваски. В процессе образования продукта участвуют белки и молочный жир. Последний в процессе затвердевания и кристаллизации увеличивает устойчивость структуры и вязкость сметаны. Сметана различается по проценту жирности (от 10 до 40 %) и, соответственно, степени калорийности.

Для получения сметаны нужной вязкости при ее производстве сливки пастеризуют при довольно высокой температуре (85–95 °С). Увеличению вязкости конечного продукта также способствует гомогенизация сливок.

Вязкость 15%-ной сметаны составляет 6,722 Па•с при температуре 10 °С.

Перекачивают сметану импеллерными, кулачковыми, винтовыми насосами.

Вязкость кефира

Кефир, густой кисломолочный продукт, получают из молока (цельного или обезжиренного) посредством брожения с использованием специальных кефирных грибков (симбиоза ряда микроорганизмов). Напиток имеет кисловатый вкус, относительно богат углекислым газом.

Вязкость хорошего кефира составляет 2,9–3,2 Па•с. Этот показатель обусловлен содержанием в продукте жира, кислотности напитка.

Вязкость сливок

Сливки синтезируют из цельного молока методом сепарации жировой фракции. В ходе данного процесса крупные шарики жира переходят в сливки, мелкие же остаются в молоке.

Продукт представляет собой полидисперсную многофазную систему, состоящую из аналогичных с молоком компонентов, но с иным соотношением жировой фазы и плазмы. По этой причине физико-химические свойства данных жидкостей различны.

Вязкость сливок прямо пропорциональна массовой доле содержащегося в них жира. Так, в продукте жирности 32%его вязкость составит примерно 21•10-3 Па•с, при жирности 33% — 35•10-3 Па•с.

Вязкость чернил

Чернила представляют собой жидкий краситель, предназначенный для письма либо создания изображений посредством штампов или специальной аппаратуры (принтер). Данное вещество состоит из ряда компонентов:

На качество струйной печати существенно влияют физические характеристики чернил: вязкость, плотность, водо- и цветостойкость, поверхностное натяжение и пр. При этом особенно важна вязкость жидкости. Она влияет на следующие качества печати:

Вязкость воска

Воск как продукт восковых желез пчел представляет собой смесь сложных эфиров жирных кислот и высших спиртов. По своим физическим свойствам это твердая, мелкозернистая в изломе субстанция (при комнатной температуре) с окраской, которая варьируется от коричневой до практически бесцветной. Воск нерастворим в воде, плохо растворяется в спиртах, но при нагревании полностью растворяется в некоторых жидкостях (бензине, скипидаре, эфире, ацетоне, животных жирах, жирных маслах).

Кроме животного воска, существуют природные растительные и минеральные воски, по своим свойствам близкие к пчелиному. Пример первых — воск пальмовых листьев (карнаубский воск), пример вторых — парафин, нефтяные отложения. Также данный продукт синтезируют искусственным путем.

Наибольшей вязкостью воск обладает при температуре, близкой к температуре его застывания. Причем при 100 °С вязкость воска снижается вдвое, но все равно она значительно больше, чем у воды.

Вязкость крема

Любой крем независимо от плотности является эмульсией — состоит из масляной основы, воды и вещества, которое удерживает их вместе (эмульгатора). Вязкость данной субстанции (особенно востребованной в косметической отрасли) определяется ее консистенцией, густотой, текучестью.

Правильная вязкость крема зависит от его предназначения: должен ли он, к примеру, впитываться в кожу либо, наоборот, образовывать на ней защитный слой. В любом случае крем должен иметь вязкость, которая позволит ему равномерно и легко распределяться при втирании.

Источник