Viscosità del fluido Metodi per determinare la viscosità del fluido

Nell'industria, le attività di ricerca spesso devono calcolare la viscosità di un fluido. Lavorando con mezzi ordinari o dispersi sotto forma di aerosol, le emulsioni di gas richiedono la conoscenza delle proprietà fisiche di queste sostanze.

Qual è la viscosità del fluido?

Persino Newton gettò le basi per una scienza come la reologia. Questa industria è impegnata nello studio della resistenza di una sostanza in movimento, cioè della viscosità.

Nei liquidi e nei gas si verifica un'interazione continua delle molecole. Si colpiscono, si respingono o semplicemente sorvolano. Di conseguenza, gli strati di materia interagiscono tra loro, dando velocità a ciascuno di essi. Il fenomeno di tale interazione di molecole di liquidi / gas si chiama viscosità, o attrito interno.

Per meglio considerare questo processo, è necessario dimostrare l'esperienza con due piastre tra le quali esiste un mezzo liquido. Se muovi la piastra superiore, anche lo strato di liquido "bloccato" inizierà a muoversi con una certa velocità v1. Dopo un breve periodo di tempo, notiamo che anche gli strati fluidi sottostanti iniziano a muoversi lungo la stessa traiettoria alla velocità di v2, v3 ... vn, ecc., Con v1> v2, v3 ... vn. Il tasso del più basso di questi rimane zero.

Usando il gas come esempio, è quasi impossibile effettuare un simile esperimento, dal momento che le forze di interazione tra le molecole sono molto piccole e non sarà possibile registrarsi visivamente. Qui parlano anche di strati, della velocità di movimento di questi strati, quindi, nei media gassosi, c'è anche la viscosità.

Newton e non newtoniani

Il fluido newtoniano è un fluido la cui viscosità può essere calcolata usando la formula di Newton.

Tali ambienti includono acqua e soluzioni. La viscosità di un fluido in tali ambienti può dipendere da fattori quali temperatura, pressione o struttura atomica sostanze, ma il gradiente di velocità rimarrà sempre lo stesso.

I fluidi non newtoniani sono tali mezzi in cui il valore sopra menzionato può cambiare, il che significa che la formula di Newton non agirà qui. Tali sostanze includono tutti i mezzi dispersi (emulsioni, aerosol, sospensioni). Questo include anche il sangue. Ne discuteremo più in dettaglio qui sotto.

Sangue come ambiente interno del corpo

Come sapete, l'80% del sangue è plasma, che ha uno stato liquido di aggregazione, e il restante 20% è costituito da globuli rossi, piastrine, globuli bianchi e varie inclusioni. Gli eritrociti umani hanno un diametro di 8 nm. In uno stato stazionario, formano aggregati sotto forma di colonne di monete, mentre aumentano significativamente la viscosità del liquido. Se il flusso sanguigno è attivo, queste "costruzioni" si disintegrano e l'attrito interno, rispettivamente, diminuisce.

Rapporti di viscosità media

L'interazione tra gli strati del mezzo a vicenda influenza le caratteristiche dell'intero sistema di un liquido o di un gas. La viscosità è un esempio di un fenomeno fisico come l'attrito. Grazie ad esso, gli strati superiore e inferiore del mezzo equalizzano gradualmente le velocità della loro corrente, e alla fine è pari a zero. La viscosità può anche essere caratterizzata come la resistenza di uno strato del mezzo a un altro.

Per descrivere tali fenomeni, ci sono due caratteristiche qualitative di attrito interno:

• coefficiente dinamico di viscosità (viscosità dinamica del fluido);
• coefficiente cinetico di viscosità (viscosità cinetica).

Entrambe le quantità sono correlate dall'equazione υ = η / ρ, dove ρ è la densità del mezzo, υ è la viscosità cinetica, e η è la viscosità dinamica.

Metodi di determinazione viscosità del fluido

La viscometria è una misura della viscosità. Allo stadio attuale dello sviluppo della scienza, è possibile trovare il valore della viscosità di un liquido in modo pratico in quattro modi:

1. Metodo capillare. Con questo scopo è necessario avere due navi collegate da un canale di vetro di diametro piccolo di lunghezza conosciuta. È inoltre necessario conoscere i valori di pressione in una nave e nell'altra. Il liquido viene posto in un canale di vetro e per un certo periodo di tempo scorre da un pallone all'altro.

Ulteriori calcoli vengono eseguiti utilizzando la formula di Poiseuille per trovare il valore del coefficiente di viscosità del fluido.

In pratica, i liquidi possono essere miscele riscaldate a 200-300 gradi. Un comune tubo di vetro in tali condizioni sarebbe semplicemente deformato o addirittura scoppiato, il che è inaccettabile. I moderni viscosimetri capillari sono assemblati con materiali resistenti e di alta qualità che sopportano facilmente tali carichi.

2. Metodo medico secondo Hessen. Per calcolare la viscosità di un liquido in questo modo, è necessario non avere uno, ma due identici impianti capillari. In uno di essi, l'ambiente viene classificato con un valore precedentemente noto di attrito interno e nell'altro il liquido di prova. Quindi, misurare due valori temporali e creare la proporzione in base alla quale raggiungono il numero desiderato.

3. Metodo di rotazione. Per la sua implementazione è necessario avere un design di due cilindri coassiali. Ciò significa che uno di questi deve essere all'interno dell'altro. Nell'intervallo tra di loro versare liquido, e quindi dare velocità al cilindro interno. questo velocità angolare fluido anche riportato. La differenza di forza del momento ci consente di calcolare la viscosità del mezzo.

4. Determinazione della viscosità del fluido secondo il metodo di Stokes. Per realizzare questa esperienza, è necessario avere un viscosimetro Geppler, che è un cilindro pieno di liquido. Prima di iniziare l'esperimento, fai due segni sul cilindro e misura la lunghezza tra loro. Quindi prendi una palla di un certo raggio R e abbassala in un mezzo liquido. Per determinare la velocità della sua caduta, trova il tempo di movimento dell'oggetto da un'etichetta all'altra. Conoscendo la velocità della palla, è possibile calcolare la viscosità del fluido.

Uso pratico di viscosimetri

La determinazione della viscosità del fluido è di grande importanza pratica nel settore della raffinazione del petrolio. Quando si lavora con media dispersi multifase, è importante conoscere le loro proprietà fisiche, in particolare l'attrito interno. I viscosimetri moderni sono fatti di materiali durevoli, nella loro produzione usano tecnologia avanzata. Tutto ciò insieme consente di lavorare con temperature e pressioni elevate senza danneggiare l'apparecchiatura stessa.

La viscosità del fluido gioca un ruolo importante nell'industria, in quanto il trasporto, la lavorazione e l'estrazione, ad esempio, dell'olio dipendono dai valori dell'attrito interno della miscela di fluidi.

Che ruolo gioca la viscosità nell'attrezzatura medica?

Il flusso della miscela di gas attraverso il tubo endotracheale dipende dall'attrito interno di questo gas. La variazione della viscosità del fluido qui ha un effetto diverso sulla penetrazione dell'aria attraverso l'apparecchio e dipende dalla composizione della miscela di gas.

L'introduzione di farmaci, i vaccini attraverso una siringa sono anche un vivido esempio dell'azione della viscosità del mezzo. Stiamo parlando di cadute di pressione alla fine dell'ago quando si inietta un liquido, anche se inizialmente si credeva che questo fenomeno fisico potesse essere trascurato. Il verificarsi di alta pressione sulla punta è il risultato di attriti interni.

conclusione

La viscosità del mezzo è una delle quantità fisiche, che ha una grande applicazione pratica. In laboratorio, industria, medicina - in tutte queste aree il concetto di attrito interno appare molto spesso. Il lavoro delle più semplici attrezzature di laboratorio può dipendere dal grado di viscosità del mezzo utilizzato per la ricerca. Anche l'industria di trasformazione non può fare a meno di conoscenza nel campo della fisica.