1.3. Вязкость жидкостей.
Механизм вязкости жидкостей оказывается более сложным, чем газов.
Во- первых, вязкость жидкостей много больше вязкости газов, во-вторых, с повышением температуры вязкость жидкостей уменьшается ( а вязкость газов растет). Эти моменты связаны, в первую очередь, с тем, что в жидкостях существует сильное межмолекулярное взаимодействие ( в газах взаимодействием молекул практически можно пренебречь).
Поскольку, в настоящее время строгой теории жидкого состояния не существует, то нет и строго теоретического расчета коэффициента вязкости. Существует разные подходы к анализу природы вязкости жидкости, которые, как правило, основаны на каких-либо модельных представлениях.
Качественно
суть явления можно проанализировать,
если учесть особенность поведения
молекул жидкости, которая состоит в
том, что каждая молекула некоторое время
совершает колебания около положения
равновесия (в это время она связана со
своими ближайшими соседями), а затем
совершает перескок в новое положение
равновесия. Некоторая степень «оседлости»
в существовании молекул определяет
свойства жидкости, сближающие ее с
твердым телом, а подвижность молекул
наделяет жидкость таким свойством как
текучесть (текучесть – величина, обратная
вязкости -
).
Время «оседлой жизни» молекулы
пропорционально
величине:
,
где
- энергия активации, необходимая для
разрыва связи молекул с соседями и
перехода в новое положение равновесия.
В этом случае коэффициент самодиффузии
,
будет пропорционален величине
Отсюда следует, что если для жидкостей считать справедливым соотношение (4), то
Эксперимент же показывает, что вязкость жидкости как функция температуры определяется формулой вида:
(9)
где
-
некоторый коэффициент.
Следовательно,
вязкость жидкости (в отличие от газов)
будет определяться временем «оседлого
существования» молекулы
,
т.е. решающую роль в механизме вязкости
должны играть молекулярные контакты,
а не трансляционный перенос импульса.
Детальное
рассмотрение такого механизма вязкости
осуществляется Панченковым Г.М. Он
считал, что каждая молекула слоя,
движущегося со скоростью
относительно соседнего, передает
молекуле соседнего слоя ( с которой
взаимодействует) импульс
.
Эта передача происходит только между
молекулами, кинетическая энергия которых
меньше энергии активации
.
Используя закон распределения молекул
по энергиям Больцмана, определяя число
столкновений молекулы за единицу времени
со всеми, энергии которых меньше
,
можно получить соотношение:
(10)
где
-
собственный объем молекул одного моля
жидкости,
-
число Авогадро,
- мольная масса.
Это выражение находится в согласии с экспериментом не только качественном, но и количественном для многих жидкостей, что подтверждает правильность рассмотренного механизма вязкости жидкости.
Конечно,
формула (10) сложна и прямой расчет по
ней величины
не всегда возможен, но ценность ее
состоит в том, что по экспериментальным
сведениям о вязкости можно изучать
поведение микроскопических характеристик
жидкости. Поэтому, вязкость
является очень важным экспериментально
измеряемым параметром жидкости.