Sub rezerva de a studia dependența viscozității de temperatură

Cunoștințele dobândite din această lucrare va fi necesară atunci când se analizează hemodinamica fiziologie pe scaune, Propedeutica medicină internă, precum și în studiul proprietăților biologice și medicinale ale fluidelor din departamentele de medicina interna, farmacologie, si altele.

OBIECTIV: Pentru a determina dependența de temperatură a vâscozității fluidului și energia de activare a moleculelor sale.

Pentru a atinge obiectivul este necesar:

a) examinează literatura de specialitate [1] lucrare înrudite, vezi „Fluxul și proprietățile fluidelor“.

b) Răspundeți la întrebări.

1. Care este cauza frecării interne a fluidului din punct de vedere teoretic moleculară?

2. Cum este legea lui Newton pentru curgerea unui fluid adevărat?

3. Ceea ce se numește vâscozitatea fluidului?

4. Ce este un fluid newtonian și nentonovskaya?

5. În ce unități se măsoară cu vâscozitate?

7. Ce metode de măsurare a vâscozității utilizate în medicină?

8. Care caracterizat prin viscozitatea dinamică și cinematică?

9. Scrierea și să explice expresia forței Stokes și forța lui Arhimede.

10. Care sunt forțele care acționează asupra mingea care se încadrează într-un fluid vâscos? Pe măsură ce aceste forțe sunt conectate între ele, în cazul de mișcare constantă?

11. Ceea ce se numește curgerea laminară și turbulentă? Ce determină numărul Reynolds?

12. Coeficientul Ca dependent de frecare internă a lichidelor și gazelor asupra temperaturii? Explicați această relație pe baza teoriei moleculare-cinetică a structurii materiei.

13. Care este diferența dintre mecanismul de frecare internă în sectorul gazelor și lichidelor?

14. Ceea ce se numește energia de activare a fluidului?

BAZA DE CERCETARE TEORETIC

A). Vâscozitatea lichidelor și gazelor

Apariția frecării interne în gaze sau fluide din mai multe motive diferite. În gaze, în care distanța medie dintre molecule într-o mie de ori mărimea moleculelor, forța de interacțiune dintre molecule este atât de mică încât mișcarea moleculelor de coliziune la coliziune are loc într-o linie dreaptă. Apariția forțelor de frecare internă din gazele sunt cauzate numai de pătrunderea reciprocă a moleculelor de la un strat la altul. Molecule de penetrat strat mai rapid 2 la stratul 1, transmiterea unor molecule de impuls ale acestui strat. Această acțiune este echivalentă cu stratul 1 al unei forțe în direcția mișcării sale. La rândul său, moleculele infiltrați din stratul mai lent 1 la stratul 2 a dat unele impuls care duce la inhibarea stratului 2, iar acest lucru este echivalent cu o forță F în direcția opusă. Deoarece numărul de molecule care penetrează din stratul 1 la stratul 2, și invers, în medie, la fel de bine tolerat de ele puls diferite (straturi de viteză sunt diferite), un fenomen de frecare internă a gazelor are loc direcționarea moleculelor impuls într-o direcție de la un strat mai rapid mai lent ( de la stratul 2 la stratul 1). Prin urmare, fenomenul de frecare internă, împreună cu difuzia și conductivitatea termică se referă la fenomenele de transport. Trebuie reamintit faptul că vâscozitatea gazelor zi crește cu temperatură (η

). Acest lucru se datorează faptului că, cu o creștere a temperaturii gazului crește viteza mișcării termice a moleculelor care contribuie la un schimb mai intens de molecule între straturi și determină un transfer de molecule creștere direcțională impuls, adică pentru a crește viscozitatea.

În lichide, densitatea care este de mii de ori mai mare decât densitatea gazului, distanța medie dintre molecule este comparabil cu dimensiunile lor. Prin urmare, forțele de interacțiune dintre moleculele din fluidele corporale nu pot fi ignorate, și ele afectează mișcarea reciprocă a unuia în raport cu celelalte molecule. Mai mult, moleculele de lichid (spre deosebire de moleculele de gaz) efectuează o mișcare oscilantă pozițiile relative temporale ale echilibrului, schimbându-le la intervale. Este mai scăzută temperatura lichidului, cu atât mai puțin moleculele schimbă poziția de echilibru, și deplasarea unuia în raport cu celelalte molecule dificile. De aceea, vâscozitatea fluidului crește odată cu scăderea temperaturii. Astfel, vâscozitatea în lichide datorită interacțiunii moleculelor și natura specială a mișcării lor termice.

mecanisme de transfer (difuzie, conductivitate termică, vâscozitatea) lichide și gaz diferă mult datorită diferențelor în structura lor. Molecule în lichidul localizat aproape unul de altul, astfel încât proprietățile fluidelor determinate în mare măsură de natura forțelor intermoleculare. Fiecare moleculă a lichidului este înconjurată din toate părțile de „vecini“, distanțate de ea la o distanta medie, aproape de R0. Mișcarea termică a moleculelor este redusă în principal la fluctuațiile de potențial bine creat de mediul său imediat (localizare spațiu timp) și sare de la un loc la altul localizare. Astfel, per 1 moleculă de lichid își schimbă poziția aproximativ 10 de 8 ori, ceea ce face cele două salturi de 10 3 -10 5 oscilații.

Molecula minimă de energie necesară pentru a depăși bariera potențială a forțelor de interacțiune cu mediul imediat, și sări la o nouă poziție de echilibru, numit energia de activare a ɛ fluidului.

Eliberarea completă a unei singure molecule de acțiunile tuturor celorlalți trebuie să fie consumat de căldură de vaporizare. Pe ordinea de dispunere a distrugerii moleculelor trebuie consumate căldură de topire. Valoarea energiei de activare se află între căldura de evaporare și căldura de fuziune.

Ecuația de transfer pentru fluide reține în mod oficial aceeași formă ca și pentru gaze. Cu toate acestea, din cauza mecanism diferit de transfer de expresie coeficient impuls pentru gazul și lichidul sunt diferite. Fenomenul de frecare internă a fluidului REZUMAT constă în faptul că moleculele sub acțiunea forțelor externe să facă salturi predominant în direcția acestei forțe. Cel mai capabil de molecule de fluid muta dintr-o clipă în alta poziție de echilibru, cu atât mai mare debitul și scădea vâscozitatea lichidului. Sub flux de fluid realizează reciprocei viscozitate.

Spre deosebire de temperatura gazului crește viscozitatea scade lichid. La o valoare critică a coeficientului de temperatură de vâscozitatea lichidului și vaporii sunt aliniate.

Dependența viscozității de temperatură pentru lichide este descrisă de următoarea ecuație:

Acolo unde  - coeficientul de vâscozitate, energie de activare W-, T temperatura absolută, k- Boltzmann constant raportul, A-, care depinde de temperatura.

Cu mici intervale de temperatură de multiplicare A poate fi considerat constant.

De la formula (1) cu A = const obținem

Această ecuație este ecuația unei linii drepte

Unghiul liniei tangente reprezintă un coeficient de înclinare. Cunoscând constanta Boltzmann, este posibil să se calculeze energia de activare a fluidului.

B) Determinarea metodei viscozității lichidului Stokes

O minge se deplasează într-un lichid, există trei forțe: gravitația FT. flotabilitate flotabilitate forță FA și forța de rezistență FC (fig. 3). Gravitatea și flotabilitate poate fi definită după cum urmează:

unde r - raza mingii;  - densitatea mingea; 0 - densitatea lichidului.

Forța gravitațională și constanta de plutire. FC rezistența este direct proporțională cu viteza și, prin urmare, în faza inițială este mai mică decât forța de gravitație, iar mingea cade ravnouskoreno. În acest caz, crește rezistența, și vine un moment în care toate cele trei forțe sunt echilibrate. Mingea începe să se miște în mod uniform:

Pentru a determina vâscozitatea lichidului luat prin metoda Stokes vas cilindric înalt cu lichid pentru a fi investigate (Fig. 3). Pe vas există două etichete circulare A și B sunt situate la o l distanță unul de celălalt. Nivelul lichidului trebuie să se afle deasupra marcajului de sus pe L0 = 4 ... 5 cm, astfel încât timpul de trecere a trecut mingea marca superioară viteza poate fi considerată ca fiind stabilită.

A aruncat mingea în vas, să spunem că timpul cronometru t trece lingura l = distanța AB între cele două mărci.

Noi transformăm formula (1), prin substituirea expresiile pentru viteza u = l / t și bec de înlocuire raza r diametrul d:

în care: - densitate minge, 0- densitatea fluidului, - vâscozitate dinamică, accelerația gravitațională g-, d- diametru bila, t- timp de mișcare mingea din eticheta tag A la B, distanța între marcajele l-.

Ecuația (2) este valabilă numai atunci când mingea cade într-un mediu infinit. În cazul în care mingea cade de-a lungul axei de diametrul tubului D, este necesar să se ia în considerare influența pereților laterali.

Când diametrul bilei d cade într-o țeavă cilindrică cu un diametru D, o înălțime h dă seama de influența limitelor:

Astfel, cunoscând densitatea bilei și un material fluid, raze de talon și mișcarea constantă viteza navei a balonului u. prin formula (3) se poate calcula vâscozitatea dinamică a fluidului.

Sarcinile efectuate în laborator

Prin modificarea temperaturii apei, măsurată în timpul picătură bilă în tub. Se calculează vâscozitatea apei la diferite temperaturi. Plotate. Pe al doilea programul pentru a calcula energia de activare a apei.

CERCETARE SUPORT TEHNIC

Activitatea de laborator se efectuează pe instalarea companiei PHYWE (Fig. 1)

Configurația de laborator este în scădere viscozimetru cu bile, care este conectat la elementul de încălzire. Elementul de încălzire este coborât într-o baie de apă. Pe elementul de încălzire se poate regla temperatura. Cu pompa apa încălzită intră viscozimetru. Folosind un cronometru de timp este setat în care se încadrează lichid mingea.

Fig. vedere 1General de configurare experimentale.

METODE DE CERCETARE

1) Se toarnă într-o baie de apă rece, astfel încât apa nu a ajuns la marginile de 5 cm.

2) Porniți instalarea în rețea. Activați elementul de încălzire.

3) Odată ce apa umple viscozimetru, setat la temperatura elementului de încălzire de 10 ° C (vezi temperatură termometru electronic).

4) Se măsoară etrier, diametrul bulbului de sticlă. Se calculează densitatea materialului bilă cu formula. în care - volumul balonului, m = 4 g - greutatea balonului.

5) Atunci când se stabilește temperatura dorită, deschideți vascozimetru și coborâți mingea de sticlă din spate.

6) Se măsoară diametrul tubului viscozimetru etrier interior. Închide viscozimetru (în cazul în care o minge a lovit în vascozimetru cu bule de aer, este necesar de a conduce cu o baghetă de sticlă!).

5) Porniți vascozimetru și notați timpul trece etichetele extreme.

6) Se repetă măsurătorile de 5 ori, de fiecare dată de cotitură viscozimetru. Se calculează valoarea medie de timp. Măsurătorile enumerate într-un tabel.

7) Se repetă pașii 4-6, creșterea temperaturii apei la 50 ° C, cu creșteri de 5 ° C

8) Se măsoară distanța parcursă de mingea în vascozimetru.

9) Se calculează vâscozitatea formulei fluidului Pentru fiecare temperatură (2) (densitatea apei = 1000 kg / m3). Rezultatele sunt prezentate într-un tabel.

10) Construiți parcelele.

11) În al doilea program, se calculează raportul ca un unghi de înclinare linie tangentă cu axa OX. Se calculează energia de activare a fluidului.

12) trage o concluzie despre natura vâscozității fluidului în funcție de temperatura.