Вязкость

Вязкость —внутреннее трение, проявля ющееся при наличии относительного движения соседних слоев жидкости или газа и зависящее от сил сцепления между молекулами. Если через s обозначить площадь соприкосновения двух параллельных перемещающихся слоев, а через υ—скорость перемещения

Той же цели служит разноцветная пряжа, сработанная из разноокрашен. волокон или цветных топсов (меланж). На белье и чулки низких сортов идет вигоневая пряжа, а также пряжа с примесью 25 % шерсти. Из натуральных шелков в вязании употребляются преимущественно gum, далее—крученый, отлогий "шелк и пряжа из шелковых угаров и шелкового тряпья.

Намотка пряжи играет весьма важную роль в В.-т. п.Правильно намотанная пряжа, с определенным натяжением, дает надлежащую длину изделия. Мотку пряжи необходимо производить на специальных машинах, например на машинах Гроссера, Шлафгор-ста или Universal winding. В крупных предприятиях для достижения лучшей выработки и максимальной экономичности вязальные машины, например круглые чулочновязальные автоматы, нужно располагать по бригадной системе. Если мотка происходит на фабрике, то определенное количество веретен мотальной машины закрепляется за бригадой, и мотанная пряжа переходит на определенное число вязальных, откуда изделие идет в просмотр, штопку, красильню или отбелку. После этого товар поступает на центрифуги, отжимается до известного % влажности, формуется на деревянных формах, сушится в печах, прессуется в гидра слоя, то сила /’взаимодействия между слоями выразится ф-лой:=здесь ~ есть градиент скорости в направлении, перпендикулярном плоскости s, & η есть В., или коэффициент внутреннего трения.

Единицы измерения. Из определения В. вытекает ее размерность:

г„1 _ И__Ж¹1т¹ Г^-1=^а (^масс?) _

L/J |dtH сантиметров ск.

_ дииа-ск. _ 0,00102 з(вес)-ск._ см² см²

Эта абсолютная единица В. называется пуазом. Обычно применяют величину в 100 раз меньшую—центипуаз, что особенно удобно для измерительных целей, так как ему равна абсолютная вязкость воды при 20,5°. Для некоторых веществ (применяемых при калибрировании) абсолютные В. при давлении 760 миллиметров—таковы:

Название вещества	t°	Абсолютная вязкость (центипуазы)
Воздух..	0	0,0172
Вода..	0	1,792
»	20,5	1,000
Анилин ..	0	ОК. 10,00
Касторовое масло.	-20	ок.100 000
» ».	+20	1 000

Из жидкостей при 15° одной из наименьших наблюденных В. обладает жидкая С0₂(в критическ. состоянии в 50 раз меньше В" воды); весьма большою В. обладают касторовое масло и глицерин: при 2,8° В. последнего в 2 500 раз больше В. воды при той же В. Еще выше вязкость крепких растворов сахара в глицерине (в 100 000 раз больше вязкости воды) и В. расплавленного стекла.

Величина, обратная абсолютной вязкости, называется текучестью (нем. Fluiditat) и обозначается через φ; φ=·~· Эрк предлагает абсолютную В. называть д и и а м и-ческой, в отличие от т. н. кинематической. Последняя получается делением абсолютной В. тела на его уд. в D и обозначается. через V или V_k, причем V_k=100v и выражается в кинематич. центипуазах. Ее размерность: ~· Т. о. V_k=Удельная вязкость представляет собой отношение В. измеряемой жидкости к В. воды при 0°:

η η

^Ζ ~ b ~ 1,792

Все эти единицы В. находят применение почти исключительно при научных исследованиях, и только удельной В. пользуются иногда в технике. На практике чаще всего применяют условные единицы: градусы Энгл ер а, секунды Сейболта или Р е д в у д а или градусы Барбье (смотрите Вязкость масел); последняя величина, собственно, служит выражением текучести.

Измерение В. производится в приборах, называемых вискозиметрами. Устройство их основано на следующих принципах: 1) качание помещенного в жидкость твердого тела, поварачивающегося на прикрепленной к его центру проволоке (способ Кулона); 2) падение твердого тела в вязкой жидкости (способ Джонса, основанный на формуле Стокса); 3) вращение тела в жидкости или вращение жидкости в сосуде (торсионный способ); 4) истечение вязкой жидкости из капиллярных трубок (способ Пуазейля). Последний способ основан _с, на следующем законе Пуазейля: если под давлением р из капилля-ра длиною I и радиуса г за время t протечет объём жидкости v, то

Для точных измерений употребляют обычно приборы Оствальда или Уббелоде. Применяемые капилляры должны быть строго цилинд-ричны, с возможно одинаковым диам. по всей Фигура i. длине. В вискозиметре

Оствальда (фигура 1, А) измеряется время истечения точно измеренного (менаду метками с и d) объёма жидкости под давлением собственного веса. Высота ее и, следовательно, давление постепенно меняются; это служит причиной некоторой неточности, так как для жидкостей

с разным удельным весом это изменение давлений будет различно. В вискозиметре Уб-белоде (фигура 1, Б) истечение производится посредством определенного давления воздуха; при этом, кроме измерительного шарика Ь, откуда вытекает жидкость, имеется совершенно одинаковый компенсирующий шарик δ, куда жидкость поступает по мере истечения ее из 6. Т. о., если в начале давление было Рвозд.+Ржидк., ТО К КОНЦУ ОНО бу-дет РвозЭ.—Ржидк., то есть избыток давления р в начале опыта компенсируется недостатком давления, тоже р, в конце опыта, и давление истечения в среднем будет равно Р. Техиич. приборы основаны на измерении времени истечения определенного объёма испытуемой жидкости в условиях строгого постоянства i’ во время опыта. Все они определяют кинематич. В. в условных градусах и м. б. переведены в абсолютную кинематич. В. по общей формуле Фогеля, пригодной для всех вискозиметров, в которых истечение происходит под влиянием собствен. тяжести жидкости:

г <

V_k=г · а где а—константа аппарата, зависящ. от размеров капилляра, а г—отношение времени истечения вязкой жидкости и воды при 20,5°.

Вискозиметр Энглера (фигура 2) имеет следующее устройство. Измерительный сосуд а—цилиндро-коническ. латунный резервуар с крышкой, в к-рую вставляется термометр с для исследуемой жидкости и штифт δ, закрывающий трубку для истечения (с платиновой обкладкой). Внутри сосуда на стейках— три крючка для установления уровня наполнения сосуда; f—термо-статич., также латунный, сосуд с мешй d; е—ручка мешалки. Перед началом опыта сосуд а и особенно трубка для истечения тщательно промываются и высушиваются, f заполняется водой (или маслом—для измерения при 100° и выше), которая доводится до желательной темп-ры. Измерительный сосуд а, при закрытом штифтом отверстии, заполняется испытуемой жидкостью до крючков и накрывается крышкой. Когда В жидкости дошла до необходимой высоты (в термостате В должен быть на 0,5—3,0° выше, в зависимости от В измерения), поднимают штифт b. Жидкость начинает вытекать в подставленную мерную колбу. Одновременно пускают секундомер и останавливают его, когда жидкость в колбе достигнет деления 200 см³.

Универсальны и в и с к о з и м е т р Ре д в уд а (фигура 3) состоит из измерительного посеребренного латунного сосуда А с отверстием для истечения В, закрываемым шариком палочки С; D—четыре крыла и Е—ручка мешалки, представляющей собою латунный сосуд, вращающийся вокруг измерительного вместе с термометром F; G—водяная баня со спускным краном Н и насадкой для подогрева I. Прибор устана-

вливается по ватерпасу посредством установочных винтов треножника. При закрытом отверстии В наливается масло, чтобы при t° опыта, показываемой термометром F_lt оно достигло конца крючка К. Операции—те же, что и в приборе Энглера, причем измеряется время истечения 50 см³ жидкости.

Вискозиметр Сейболта (фигура 4) состоит из бани, снабженной приборами для

4Г0¹

! " i

[и

1 ! /Г¹

нагревания (обычно электрической грелкой, газовой горелкой или паровым змеевиком). Измерительный сосуд укрепляется в крышке, к-рую для перемешивания можно поворачивать в бане посредством рычагов. Измерительный сосуд а представляет цилиндр; уровень жидкости в нем устанавливается автоматически, так как он снабжен закраинами, куда переливается избыток жидкости. Перед наполнением нижнее отверстие закрывается пробкой b. Тогда между пробкой и капилляром образуется воздушная пробка, мешающая вытеканию жидкости, пока корковая пробка на месте. Определяется истечение 60 см³ жидкости.

В вискозиметрах Энглера, Редвуда и Сейболта уровень жидкости во время измерения меняется. В и к с о м е-тре В ар б ье (фигура 5) истечение происходит при постоянном давлении. Он представляет собою трубку В (8 миллиметров диаметром), соединенную посредством трубки С с трубкой А (5 миллиметров диаметром). Внутри А концентрически вставлена стальная палочка а (точно 4 миллиметров диаме-тром). Истечение через труоочку D в градуированную бюретку К происходит под давлением столба жидкости в 100 миллиметров (разность уровней между нижними точками начала трубок D и F у воронки G, куда жидкость постепенно поступает из воронки-резервуара Н).

Фигура 5.

Данные о порядке измерений при помощи этих приборов помещены в прилагаемой таблице. Перевод из одних единиц в другие см. Справочник фаз., хим. и технолог.величин Т. Э., m. I, стр. 35.

Кроме описанных выше, за последнее время в технику начали проникать вискозиметры, основанные на других принципах. Все технич. вискозиметры применяются преимущественно при исследовании масел, нефтепродуктов, а также коллоидов.

Влияние темп-ры на В. очень велико. В. жидкостей сильно падает с Р и тем быстрее, чем выше величина В. Известна лишь одна аномалия: В. воды между 4 и 5° немного возрастает. Общей формулы зависимости В. от С не существует. В простейшем случае В. падает обратно пропорционально темп-ре:

η=γ· то есть текучесть растет пропорционально темп-ре: <р=аТ, что и было показано Бачинским для ртути; обычно, однако, зависимость сложнее; хорошо применима, особенно к нормальным неассоциированным жидко-

стям, такая формула Бачинского: η=-ψϊ

Для неассоциированных жидкостей общей зависимостью вязкости от В является формула Бачинского (1913 год):

V=утл ^или Ψ=к(У- «О,

где V—молекулярный объём при данной Р, с ω — константы, особые для каждой жидкости, причем ω соответствует константе b в формуле Ван-дер-Ваальса (смотрите Газ), то есть связана с размещением свободного пространства между молекулами (V — са); V меняется с Р, в зависимости от чего меняется и η. Денн (1927 год) предложил формулу, хорошо согласующуюся с данными для мнргих веществ различных классов, но еще не подверг-

нутуго широкой проверке: <р=Ае ^т, где А и Q—константы. Денн выводит формулу из основных положений учения о диффузии. Примером влияния Р на В. может служить касторовое масло (в пуазах):

темп-ра 0° 20° 40° 60° 80° 100°

Вязкость 72 10 2,27 0,80 0,35 0,17

Влияние давления на В. значительно меньше, что объясняется меньшим влиянием его на изменение свободного пространства между молекулами. В. несколько возрастает с повышением давления, притом тем быстрее, чем сложнее молекула. Исключением является вода, у которой при Р ниже 25° с повышением давления В. слегка падает. Пример. Изменения вязкости касторового масла от давления:

давление (кг/СМ²) 0 23,9 227,5 550,5 864,5 1 164 кинем, вязкость (впуазах) 1,94 1,97 2,63 4,37 6,82 9,80

В. растворов и смесей. В. водных растворов бывает иногда выше, иногда ниже В. воды, например В. растворов галоидных и азотнокислых солей калия и аммония при низких температурах меньше, при высоких—больше В. чистой воды.

В случае однородных смесей двух нормальных жидкостей текучесть <Р=~ обладает аддитивностью, как показал Бачинский,

вязкость

Наименование условной единицы	Условные обозначения	Страны, в которых приняты эти обозначения	Объем испытуемой жидкости в см³	Выражение для условной единицы (Т — время истеч. испыт. жидкости в ск. Т_В— для воды. Тр — для рапсового масла).
Градусы Энглера.	^СЕ	Германия СССР Скандинавские страны	200	Т при ί° Т_в при 20°
Секунды Энглера.	"Е	То же	200	Т при (°
Секунды Сейболт-Уни-версаль ..	"S	С. Ш. А.	60	Т при (°Ф

Секунды Сейболт-Фурол.	"SF	С. Ш. А.	60	Т при ί°Φ
Секунды Редвуд-Торго-вого..	"R	Великобритания	50	Г при (°Ф d °Т при 60°Ф 0,915 d-плотн. испыт. жидк. при ί°Φ; 0,915-плотн. рапсов. масла при 60°Ф.
Секунды Редвуд-Адмирал-тейского ..	"RA	С. Ш. А.	50	Т при 32°Ф
Градусы Барбье.	°В	Франция	Число см³, вытекших в 1 ч.	Число см³ в 1 ч.

* См. Лит. [Ь²].

исходя из своего закона и основываясь главк, обр. на экспериментальном материале Торпе и Роджерса. Из ф-лы Бачинского: <p=7c(F— со) видно, что собственно не В., а обратная величина—текучесть—аддитивна для жидкой смеси, если концентрацию выражать не в весовых, а в объёмных %; если же сжатие при смешении не велико, она сводится лишь константы с являющейся мерой межмолекулярных сил, с концентрацией смеси может служить для отыскания образующихся в смеси химических соединений компонентов. Связь между В. и химия, строением жидкости была гл. обр. изучена Торпе и Роджерсом (1894 г.) на большом экспериментальном материале. Оказалось, что текучесть φ или

°£

ЗО/оА

80%А 70%Л

60%А ⁵⁰°^/оЛ 40%А 30%А 20%А 10%А

Фигура 6.

к изменению объёма со, «занятого молекулами». При этом, если для смеси написать зависимость от Т (через V),to в ней <о будет аддитивно слагаться из значения со для чистых компонентов смеси, константа же к

(=-ί) связана с концентрацией значительно более сложной зависимостью. Изменение выражение, то есть молекулярная кинематическая В. (Ы—мол. в.), м. б. аддитивно вычислены из постоянных значений для отдельных групп атомов и других элементов структуры, например двойных связей, входящих в молекулу; так, при введении в молекулу одной группы СН₂, то есть при переходе в гомологическом ряду от одного члена к последующему, возрастает на 0,08 абс. ед.

В противоположность неассоциированным жидкостям (углеводороды, галоидопроизвод-ные и др.), У жидкостей ассоциированных текучесть ψ и не слагаются аддитивно из значений для компонентов молекулы. Уклонения от аддитивности могут служить для вычисления факторов ассоциации (смотрите). Вальден показал, что произведение из предельной эквивалентной электропроводности данного электролита (при бесконечном разведении) на В. растворителя есть постоянная, не зависящая от природы растворителя: η_α ·μ«,= Const. Величина Const не зависит также и от температуры, как было показано Вальденом и Сахановым. При расчетах степени диссоциации а электролита по данным электропроводности надо вводить поправку на вязкость:

здесь η и μ относятся к данному раствору, а и /.«,»—к бесконечному разведению.

В. коллоидов, например эмульсий, зависит не только от природы среды и дисперсной фазы, но и от эмульгатора. С повышением содержания дисперсной фазы В. обычно повышается тем сильнее, чем больше степень дисперсности. Вязкость эмульсий обычно вычисляется по формуле Эйнштейна:

V=n_ai 1 + 2.5F),

где η—вязкость эмульсии, η₀—В. дисперсионной среды и F— объём глобул в единице объёма эмульсии.

Применение В. В теории—для изучения молекулярного строения жидкостей, их ассоциации, строения коллоидов; в прак-тич. областях—как один из физич. методов анализа в чистой и прикладной химии, при решении гидродинамическ. вопросов вообще, в частности—турбулентного движения, скорости распределения потоков, падения давления в гладких и шероховатых трубах, при расчете трубопроводов и особенно нефтепроводов. Большое значение В. имеет в области теплопередачи, так как она в сильной степени зависит от движения струй, которые, в свою очередь, связаны с В. Наконец, в области учения о смазке (смотрите) и при оценке нефтепродуктов часто пользуются определениями вязкости.

Для быстрого нахождения В. смесей двух минеральных масел любой вязкости от 2 до 50 Έ весьма удобна вискограмма Молина (фигура 6), на которой А обозначает вязкость в °Е одного из смешиваемых масел, а объёмный % его в смеси указан в верхней части вискограммы; В—вязкость другого смешиваемого масла, и объёмный % его в смеси указан в нижней части вискограммы. Вискограмма применима при любой температуре, но одинаковой как для смешиваемых масел, так и для их смеси. Ею пользуются сл. обр.

1. Нахождение вязкости смеси масел, когда даны их вязкости и % содержания в смеси. Пример. Масло А с вязкостью 35 Έ—30%; масло В с вязкостью в 6,5 °Е—70%. Натягивают нитку между точками, отвечающими «35» по левой вертикальной линии и «6,5»—по правой. Пересечение нитки с вертикальной линией «30% А» (или «70% В») происходит на горизонтали «10,1». Искомая вязкость смеси равна 10,1 Έ.

2. Нахождение соотношения смешиваемых масел по заданным вязкостям компонентов и их смеси. Пример. Из масел с вязкостью 25°Е и 5°Е составить смесь с вязкостью

6,6 °Е. Нитку протягивают между точками «25» на вертикали А и «5,0» на вертикали В. Точка ее пересечения с горизонталью «6,6» отвечает «20% А». Для приготовления смеси надо взять 20% масла А.

3. Нахождение вязкости одного из масел по заданным вязкостям смеси, другого масла и содержанию последнего в смеси. Пример. Составить смесь с вязкостью 5°Е из масла с вязкостью 3,0°Е, при содержании его в смеси—60%. Нитку протягивают от точки «3,0» вертикали А так, чтобы она пересекла вертикаль «60% А» в месте ее пересечения с горизонталью «5,0». Вертикаль В нитка пересекает в точке «16». Другой компонент (40%) должен иметь вязкость 16Έ. Нитку надо натягивать тщательно. Вместо нитки можно употреблять правильную линейку. При соблюдении этих условий и тщательности установки и отсчета точек расхождение с таблицами Молина-Гурвича не превышает 1% от определяемой величины.

Лит.: ’) Осборн У. Ф., Смазка силовых установок, нер. с англ., М.—Л., 1928; ) Е л о х Л. С. и Добрянский А. Ф., Вязкость нефтяных продуктов, М.—Л., 1927; Хвольсон О. Д., Курс физики, т. 1, Берлин, 1923; E г k S., Zahigkeitsmes-sungen an Fliissigkeiten und Untersuclmngen v. Viseo-siinetern, Berlin, 1927; К i e s s к a 1 t E., Unter-sucliungen tlber d. Einfluss d. Druckes auf die Zahig-keit v. Olen u. seine Bedeutung Г. die Sclimiertechnik, B., 1927; L i e s e g a n g R. E., Kolloidcliemisclie Teclinologie, Dresden, 1926—27. Б. Тычинин.