вискозиметрия
ВИСКОЗИМЕТРИЯ (от лат. viscosus — клейкий, вязкий и греч. metred — измеряю)
совокупность методов измерения вязкости жидкостей и газов. При абс. измерениях проводят независимые параллельные определения касательного напряженияи скорости сдвига при течении исследуемой среды; вязкостьвычисляют по формуле При относит. измерениях результаты определения параметра, зависящего от вязкости, сравнивают с результатом, полученным при аналогичной процедуре определения того же параметра для жидкости (или газа) известной вязкости. В случае неньютоновских жидкостей определяемая величина наз. эффективной или кажущейся вязкостью (т. к. она зависит от и). При этом измерения необходимо выполнять при разл. скоростях деформации. Ниж. предела изменения скорости не существует; верх. предел связан с возникновением неустойчивости потока, напр. для маловязких сред — с появлением инерц. турбулентности, для полимерных систем — с упругими деформациями.
В. основывается на двух эксперим. принципах: измеряется сопротивление движению, обусловленное вязкостью среды, либо при протекании исследуемого вещества в канале той или иной геометрич. формы, либо при движении твердого тела в среде, вязкость которой определяют. Наиб. распространены капиллярная, ротационная, вибрационная В., метод падающего шарика, пенетрация и пластометрия.
В капиллярной В. измеряют перепад давления между концами капилляра и соответствующую объемную скорость истечения Q при ламинарном течении исследуемой жидкости через капиллярный канал длиной L c известной и постоянной формой поперечного сечения. Обычно применяют цилиндрич. трубку с внутр. радиусом R. Вязкость рассчитывают по формуле Гагена — Пуазейля: . Реже используется плоскощелевой канал шириной b и высотой; тогда , Для ньютоновской жидкости= const и, следовательно, = const; для неньютоновской жидкости эффективная вязкость зависит от условий эксперимента. Обычно измеряют Q при = const (метод постоянного давления) либо при Q = const (метод постоянного расхода), хотя есть приборы, в которых в ходе эксперимента непрерывно изменяется как , так и Q. При измерении вязкости газов учитывают изменение давления вдоль капилляра (в случае практически несжимаемых жидкостей влиянием давления можно пренебречь).
Часто используют вариант капиллярной В., в котором характеристикой вязкости служит продолжительность истечения определенного (стандартизованного) объема жидкости под действием собственного веса через калиброванный капилляр. С помощью этого метода определяют вязкость нефтепродуктов, молекулярную массу полимеров и т. д. Поскольку сопротивление протеканию среды по капилляру зависит не только от ее вязкости, в формулы, используемые для расчета, вводят поправки, которые учитывают возможные погрешности, связанные, напр., с изменением кинетич. энергии струи, с накоплением упругой энергии, разогревом системы.
В ротационной В. измеряют крутящий момент М и угловую скорость вращения В одном из осн. вариантов метода слой исследуемой жидкости высотой Н находится между двумя коаксиальными цилиндрами с внутр. радиусами Ri и Rо (Ri < Ro) которые вращаются один относительно другого. Вязкость вычисляется по формуле Маргулеса: , где=R0 /Ri. Обычно зазор между цилиндрами мал [(R0 — Ri)/R01], что обеспечивает однородность условий деформирования в исследуемом образце. В этом осн. преимущество ротационной В. перед капиллярной, поскольку в капилляре неизбежно распределение скоростей и напряжений по радиусу канала. Если наружный цилиндр отсутствует , вязкость вычисляют по формуле: . Образец можно помещать также между конусом и плоскостью, между двумя конусами или сферами. Для ньютоновских жидкостей= const. При расчетевводят всевозможные поправки, в первую очередь на краевые эффекты.
Вибрационная В. основана на измерении сопротивления колебательному (с постоянной частотой) движению тела в исследуемой среде. Часто определяют скорость затухания колебаний (или интенсивность поглощения энергии колебаний). Этот метод особенно удобен для измерения вязкости расплавов металлов и солей при высоких температурах и других сред, в которых колебания затухают сравнительно медленно.
В лаб. практике распространен простой метод падающего шарика, основанный на измерении скорости U равномерного падения шарика в исследуемой среде. Вязкость вычисляют по формуле Стокса: где dl и d2- соотв. плотности материала, из которого изготовлен шарик, и среды, R — радиус шарика, -ускорение своб. падения. При этом необходимо вводить поправки на инерц. эффект и на влияние стенок сосуда, в котором производятся измерения. В разл. вариантах этого метода вместо шарика используют тела иной формы (напр., цилиндр), исследуют не своб. падение, а скатывание шарика по стенке цилиндрич. трубки (относит. метод). Метод особенно удобен для измерения вязкости под давлением.
Для измерения вязкости высоковязких сред применяют методы пенетрации и пластометрии. В первом случае в среду вдавливают твердое тело (напр., конус, цилиндр, сферу) и по скорости его движения или величине приложенного усилия судят о вязкости. В методах второй группы исследуют: сдвиговое течение жидкости между двумя плоскопараллельными пластинками, смещающимися одна параллельно другой; растекание жидкости при сдавливании двух плоскопараллельных пластинок ("сжимающие пластометры"); т. наз. телескопич. сдвиг, состоящий в том, что исследуемую жидкость помещают между соосными цилиндрами, один из которых движется вдоль их общей оси. Во всех пластометрич. методах о вязкости судят по отношению силы, вызывающей движение твердого тела, к скорости его движения.
Для высоковязких неньютоновских сред измеряют также продольную вязкость, равную отношению растягивающего напряжения к градиенту скорости при одноосном растяжении образца. В случае ньютоновских жидкостей нет необходимости специально определять продольную вязкость, т. к. для них выполняется закон Трутона:
Очень широкий диапазон значений вязкости (от ~ 10−5 Па∙с у газов до ~1012 Па∙с у стеклующихся жидкостей), необходимость выполнения измерений при разных температурах и давлениях, а также для сред с разл. свойствами (сжиженные газы, агрессивные кислоты и щелочи, расплавленные металлы и соли, полимеры, коллоидные системы и др.) обусловливают огромное разнообразие конструкций вискозиметров. В. часто сочетается с измерениями др. реологич. свойств жидкостей (см. реология).
При прецизионных измерениях вязкости погрешность может составлять 0,1%; в большинстве случаев погрешность ~ 1%; в техн. приложениях допускаются еще более грубые измерения. Поверку вискозиметров (т. е. установление правильности градуировочных характеристик или их возобновление) обычно проводят с помощью относит. измерений с использованием стандартных жидкостей известной вязкости. Наиб. точный эталон в В. — дистиллированная вода, вязкость которой при 20 °C составляет 1,002 мПа∙с.
Лит.: Малкин А. Я., Чалых А. Е., Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения, М., 1979.
А. Я. Малкин
Значения в других словарях
- ВИСКОЗИМЕТРИЯ — Раздел измерит. физики и техники, посвящённый изучению и разработке методов измерения вязкости... Физический энциклопедический словарь
- Вискозиметрия — Раздел физики, посвященный изучению методов измерения вязкости (См. Вязкость)... Большая советская энциклопедия
- вискозиметрия — орф. вискозиметрия, -и Орфографический словарь Лопатина
- вискозиметрия — Вискоз/и/ме́тр/и/я [й/а]. Морфемно-орфографический словарь
- вискозиметрия — вискозиметрия ж. Совокупность методов измерения вязкости жидкости и газов. Толковый словарь Ефремовой
- ВИСКОЗИМЕТРИЯ — ВИСКОЗИМЕТРИЯ — совокупность методов измерения вязкости. Наиболее распространены методы: капиллярный, основанный на Пуазейля законе; падающего шара (см. Стокса закон); ротационный (соосных цилиндров) и ультразвуковой. Большой энциклопедический словарь