3. В’язкість. Рівняння де Гузмана

Якщо яка-небудь речовина рухається по поверхні, тоді цьому руху пере-шкоджає тертя. Якщо цією речовиною є рідина, то тертя викликає ефект, що називається в’язкістю.

І. Ньютон показав, що сила опору рідини між шарами f пропорційна площі шарів S і градієнту швидкості між ними dv/dy:

.

(60)

Звичайно  називають коефіцієнтом в’язкості або в’язкістю: f/s = F – напруга зрушення; dv/dy = G – градієнт зрушення або швидкість зрушення. Якщо  величина постійна, рідина називається ньютоновою, якщо  – функція F або G , тоді рідина – неньютонова.

Якщо прийняти S = 1м², dv/dy = 1м/с на 1м і F = 1Н, тоді із рівняння (60) можна отримати одиниці в’язкості:

.

(61)

В’язкість, яка дорівнює 1 Па  с, відповідає в’язкості рідини, у якої при градієнті швидкості 1 м/с на 1 м сила тертя між шарами площею в 1м² дорівнює 1 Н. Значення в’язкості деяких рідин наведені в табл. 10.

Таблиця 10. В’язкість деяких рідин при 293 К

Рідина	В’язкість, МПа  с	Рідина	В’язкість, МПа  с
Вода	1,005	Хлороформ	0,570
Бензол	0,649	Гліцерин	1,490
Етанол	1,190	Тетрахлорометан	0,969

О.І. Бачинський встановив, що в’язкість багатьох рідин виражається формулою

або ,

(62)

де С – стала величина; V_пит.– питомий об’єм; V_вл. – власний об’єм, який займають частки рідини;  – текучість.

В’язкість рідини зменшується з підвищенням температури, оскільки при цьому збільшується середня відстань між молекулами рідини, послаблюється взаємне тяжіння між ними, і, отже, зменшується сила тертя між рухомими шарами.

Для багатьох рідин залежність в’язкості від T підлягає рівнянню де Гузмана:

= A  ,

(63)

де 1/ – текучість; Е – енергія активації текучості.

Для вимірювання в’язкості користуються прила-дами, які називаються віскозиметрами. Широко роз-повсюджені капілярні візкозиметри, в яких в’язкість визначається за часом витікання певного об’єму рідини через капіляр. Один із капілярних віскозиметрів показаний на рис. 29. При роботі з віскозиметром цього типу визначають час витоку рідини, яка знаходиться в об’ємі між мітками 1 і 2. Для розрахунку в’язкості використовують формулу Пуазейля:

Рис. 29. Капілярний віскозиметр

, (64)

де r – радіус капіляра; l – довжина капіляра; V – об’єм рідини, яка витікає; р – тиск, під яким рідина протікає через капіляр; t – час витікання.

На практиці звичайно визначають відносну в’язкість, тобто відношення в’язкості випробовуваної рідини до в’язкості іншої рідини. Для одного й того ж віскозиметра із рівнянь Пуазейля можна отримати відношення:

.

(65)

Якщо обидві рідини протікають через капіляр під тиском власної ваги, тоді відношення р/р_о можна замінити відношенням їх густин /_о:

/о = t/0t0.

(66)

Звідки:

.

(67)