14.3. Вязкость жидкостей

При перемещении одних слоев жидкости относительно других возникают силы трения. Со стороны слоя, движущего более быстро, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Наоборот, со стороны слоя, движущего медленнее, на более быстрый слой действует задерживающая сила, которая называется силой внутреннего трения F_тр

, (14.11)

где  – коэффициент внутреннего трения или коэффициент вязкости;

S – площадь сечения, через которую проходит поток жидкости;

–градиент скорости или перепад скорости по высоте Z от слоя к слою.

Коэффициент  иногда называют динамической вязкостью _д: в системе СИ _д = Пас.

На практике обычно пользуются другой единицей, которая называется пуаз

1 пуаз = = 0,1 Пас.

Вязкость жидкостей обычно определяют методом Стокса – методом падающего в жидкости шарика радиусом r. Сила сопротивления движению шарика в жидкости называется силой Стокса

, (14.12)

где  - скорость движения шарика.

Кроме динамической вязкости _д различают кинематическую вязкость _к

_д =  _к, (14.13)

где  - плотность жидкости.

Единица измерения кинематической вязкости с системе СИ _к =.

На практике обычно пользуются единицей измерения Стокс

1 Стокс = 10^-4 .

14.4. Поверхностное натяжение

Внутри жидкости сумма сил, действующих на одну молекулу, равна нулю, а вблизи поверхности эта сумма сил не равна нулю. Для того, чтобы этой молекуле вырваться из поверхности необходимо совершить работу против этой силы. Таким образом, каждая молекула вблизи поверхности обладает избытком потенциальной энергии. Чем больше площадь S поверхности, тем большее число молекул обладают избытком потенциальной энергии вблизи поверхности. Эта дополнительная энергия называется поверхностной энергией.

Поверхностная энергия W_n – это энергия, которую надо затратить для создания новой поверхности

, (14.14)

где  – это коэффициент поверхностного натяжения.

Сила поверхностного натяжения F_n – это сила, действующая по всей поверхности жидкости, перпендикулярно к линии l, ограничивающей эту поверхность и стремящуюся сократить эту поверхность

. (14.15)

В системе СИ  = или.

Фактически коэффициент поверхностного натяжения – это сила, действующая на единицу длины образующей поверхности.

Поверхностные эффекты проявляются в самых разнообразных явлениях:

Сорбция – поглощение твердым телом или жидкостью (сорбентом) жидкого вещества или газа (сорбата) из окружающей среды.

Абсорбция – поглощение вещества из газовой фазы всем объемом жидкого сорбента.

Хемосорбция – образование химического соединения при абсорбции.

Адсорбция – поглощение вещества поверхностным слоем сорбента.

Окклюзия – поглощение вещества из газовой фазы всем объемом твердого тела или расплава.

Экстракция – извлечение из жидкости какого либо компонента другой жидкостью.

Адгезия – возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (твердых или жидких) тел (фаз), приведенных в соприкосновение.

Когезия – (частный случай адгезии) – взаимодействие соприкасающихся одинаковых тел по поверхности соприкосновения.