Федеральное агентство по образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

Кафедра физики

Антипин Е.Л., Гладской В.М., Калугина Л.И.,

Самсонов Г.А.

Физические основы технологических процессов в пищевой промышленности

Лабораторный практикум для студентов всех форм обучения

спец.220301, 230102, 260501, 260601, 260602

www. mgutm.ru

Москва – 2009

УДК 53

© Антипин Е.Л.,Гладской В.М., Калугина Л.И., Самсонов Г.А. Физические основы технологических процессов в пищевой промышленности. Лабораторный практикум для студентов всех форм обучения спец. 220301, 230102, 260501, 260601, 260602 –МГуту, 2009 г.

В пособии даны общие методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Физические основы технологических процессов в пищевой промышленности», теоретическое обоснование явлений, изучаемых в каждой работе, и вопросы для самоконтроля.

Пособие предназначено для студентов всех форм обучения специальностей: 220301, 230102, 260501,260601, 260602,

Авторы: Антипин Евгений Львович, Гладской Владимир Матвеевич, Калугина Людмила Ивановна, Самсонов Геннадий Алексеевич.

Рецензент Бреева Н.В.

Редактор Свешникова Н.И.

© Московский государственный университет технологий и управления , 109004, Москва, Земляной вал, 73.

Лабораторная работа №8. «Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса»

1. Краткая теория

Движение молекул газа в термодинамически равновесной системе полностью хаотично. Из основных представлений кинетической теории следует, что газы испытывают в 1 секунду порядка столкновений (соударений). Число столкновений (среднее) за 1с

,

где d – эффективный диаметр молекулы газа; n – концентрация (т.е. число молекул в единице объёма); ;- среднеарифметическая скорость молекул.

Расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными соударениями, называется средней длиной свободного пробега :

.

В газах и жидкостях вследствие хаотичного движения молекул происходит необратимый процесс переноса различных физических величин. Эти явления объединяются общим названием «явления переноса».

Объектами переноса могут быть количество движения (импульс), энергия и масса. В зависимости от этого различают следующие явления переноса: вязкость, теплопроводность и диффузия.

Перенос импульса молекулами из соприкасающихся слоёв газа или жидкости, в которых молекулы движутся с разными скоростями в одном направлении, определяют силы внутреннего трения (их называют вязкостью).

Сила внутреннего трения F между двумя слоями жидкости или газа, движущимися с разными скоростями в одном направлении, определяется уравнением:

,

здесь - градиент скорости, т.е. изменение скорости на единицу длины в направлении осих. Ось х направлена перпендикулярно направлению движения жидкости или газа. Коэффициент вязкости , где- плотность газа или жидкости.

При движении тела в вязкой среде возникает сопротивление этому движению. При малых скоростях и обтекаемой форме тела сопротивление обусловлено вязкостью жидкости. Слой жидкости, непосредственно прилегающий к твёрдому телу, прилипает к его поверхности и увлекается им. Следующий слой увлекается за телом с меньшей скоростью. Таким образом между слоями возникают силы внутреннего трения.

При падении шарика радиусом r в вязкой жидкости на него действуют две противоположно направленные силы. Одна из них (f) обусловлена гравитацией за вычетом выталкивающей (архимедовой) силы. Другая сила (F) обусловлена внутренним трением. Из теории следует, что

, (1)

, (2)

где - коэффициент вязкости (или внутреннего трения);- плотность вещества шарика;- плотность жидкости;g – ускорение силы тяжести; - скорость шарика;r – радиус шарика.

Как видно из (2), сила растёт с увеличением скорости до тех пор, пока не установится равенство силf и F:

. (3)

С этого момента шарик движется равномерно и прямолинейно (установившееся движение). Из (3) следует, что коэффициент вязкости

. (4)

Выражение (2) для силы сопротивления движению шара в вязкой жидкости было впервые получено Дж. Стоксом. Поэтому метод определения вязкости по исследованию движения шарика в жидкости называют методом Стокса. В методе Стокса по формуле (4), измерив r и и пользуясь известными значениями,иg, определяют коэффициент вязкости жидкости.

Цель работы – измерение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.