Вязкость

ВЯЗКОСТЬ, 1) св-во газов и жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и др. видах деформации. В. характеризуют интенсивностью работы, затрачиваемой на осуществление течения газа или жидкости с определенной скоростью. При ламинарном сдвиговом течении жидкости между двумя плоскопараллельными пластинками, верхняя из к-рых движется с постоянной скоростью v под действием силы F, а нижняя неподвижна, слои жидкости перемещаются с разными скоростями - от максимальной у верх. пластинки до нуля у нижней (рис. 1). При этом касательное напряжение , а скорость деформации, где S-площадь пластинок, H-расстояние между ними. Если междуи имеется линейная зависимость, жидкость наз. ньютоновской; отношение наз. динамической В. (или просто вязкостью). Величину, равную отношению В. в-ва к его плотности, наз. кинематич. В., обратную В. величину-текучсетью. В общем случае пространств. течения для ньютоновских жидкостей имеет место линейная зависимость между тензорами напряжений и скоростей деформации. Жидкости, для к-рых указанные зависимости не являются линейными, наз. неньютоновскими (см. Реология).

В системе СИ значения В.выражают в Па*с. Для газов составляет обычно от 1 до 100 мкПа*с, для воды при 20 °С 1 мПа*с, для большинства низкомол. жидкостей до 10 Па*с. Расплавленные металлы по порядку величины близки к обычным жидкостям.

В. низкомол. жидкостей, относящихся к одному гомологич. ряду, примерно линейно растет с увеличением мол. массы в-ва; она увеличивается также с введением в молекулу циклов или полярных групп. В. разб. суспензий и эмульсий линейно возрастает с увеличением относит. объема дисперсной фазы. В. р-ров и расплавов полимеров достигает 0,1 МПа*с, каучуков и резиновых смесей, битумов и асфальтов - 100 МПа*с. В отличие от низкомол. гомологов, В. полимеров растет пропорционально их мол. массе не линейно, а в степени 3,5, т.е. гораздо сильнее.

Рис. 1. Распределение скоростей при ламинарном сдвиговом течении ньютоновской жидкости (пояснения в тексте).

Рис. 2. Распределение скоростей при ламинарном течении ньютоновской жидкости в канале (пояснения в тексте).

С повышением т-ры В. газов увеличивается, поскольку она обусловлена интенсивностью теплового движения. В. гелия при приближении к О К становится исчезающе малой (т.н. сверхтекучее состояние). В. жидкостей с повышением т-ры уменьшается благодаря снижению энергии межмол. взаимод., препятствующих перемещению молекул. В представлениях теории своб. объема (см. Жидкость)установлено количеств. соответствие между увеличением своб. объема жидкости и ее В. с ростом т-ры.

С увеличением давления В. всегда возрастает (см. Давление). При течении жидкости в цилиндрич. канале из-за тормозящего действия вязкого сопротивления устанавливается распределение скоростей по радиусу канала: у стенки канала она равна нулю, а в центре максимальна. При ламинарном течении ньютоновской жидкости профиль скоростей оказывается параболическим (рис. 2), и В. выражается через перепад давления , требуемый для создания определенного объемного расхода Q:, где R-радиус, Z-длина канала (ф-ла Гагена-Пуазёйля).

Для мн. расплавов и р-ров полимеров и коллоидных систем, в отличие от низкомол. жидкостей, В. зависит от режима течения (т. е. отили). Поэтому при характеристике таких сред необходимо указывать условия измерения В. (значенияили). Различают: наибольшую ньютоновскую В. (или В. неразрушенной структуры), отвечающую предельно низким; эффективную (или "структурную") В., зависящую от уровня действующих в среде напряжений; наименьшую ньютоновскую В. (или В. предельно разрушенной структуры), измеряемую при наиб. интенсивном режиме деформирования, когда В. перестает зависеть от,

Значением В. характеризуют переход некристаллизующихся (переохлажденных) жидкостей из текучего в стеклообразное состояние при охлаждении. Т-ру, при к-рой В. достигает 10¹¹-10¹² Па*с, условно принимают за т-ру стеклования. Свойства разб. р-ров полимеров оценивают т. наз. характеристической В. ("предельным числом В."), к-рая определяется как при С -> 0, где-В. р-рителя, а С-концентрация р-ра. Величина связана с размерами и формой макромолекул в р-ре и используется для их определения.

Вследствие высокой чувствительности В. жидкостей к мол. массе и строению молекул ее измерения служат основой физ.-хим. методов анализа и контроля технол. процессов (см. Вискозиметрия). Значения В. среды обусловливают мощность мешалок, насосов и т.п., оказывая влияние на скорость тепло- и массопереноса. Температурная зависимость В.-важнейшая характеристика нефтепродуктов, особенно смазочных материалов.

2) Способность твердых тел необратимо поглощать энергию, затрачиваемую на их деформацию без течения (внутреннее трение). Обычно поглощение энергии при деформировании упругих тел мало, но оно может заметно возрастать в нек-рых узких температурных диапазонах, наз. областями релаксац. переходов. При деформировании эластомеров (каучуков и резин) наблюдается заметное поглощение энергии, сопоставимое с энергией упругих колебаний, что приводит к разнообразным гистерезисным явлениям при их деформировании, в частности к значит. саморазогреву при многократных циклич. деформациях.

Лит.: Гатчек Э., Вязкость жидкостей, пер. с англ., 2 изд., М.-Л., 1935; Виноградов Г. В., МалкинА.Я., Реология полимеров, М., 1977, с. 120-235. См. также лит. при ст. Растворы полимеров. А. Я. Малкип.

---