Значение слова Вязкость по Ефремовой:
Вязкость — Отвлеч. сущ. по знач. прил.: вязкий.
Значение слова Вязкость по словарю Ушакова:
ВЯЗКОСТЬ
вязкости, мн. нет, ж. Отвлеч. сущ. к вязкий. Вязкость — свойство нек-рых жидкостей.
Значение слова Вязкость по словарю Брокгауза и Ефрона:
Вязкость — сопротивление, оказываемое телом движению отдельной его части без нарушения связи целого. Такое движение составляет характеристику жидкостей, как "капельных", так и "упругих", т. е. газов. Малейшая сила приводит в движение часть жидкого тела и вызывает в жидкости "течение", длящееся и по прекращении действия силы. При определении В. предстоит иметь прежде всего в виду тела жидкие, капельно-жидкие и упруго-жидкие. По определению Ньютона, жидкость представляет тело, обладающее такою подвижностью, что отдельные части его могут совершенно свободно перемещаться внутри тела, как бы скользя без трения. Таково oпpeделение идеальной жидкости, реальные же жидкости обнаруживают лишь определенную степень подвижности. Движение, сообщенное части жидкости, постепенно замедляется и, наконец, совершенно прекращается, превращаясь в теплоту. Причина, задерживающая свободное движение частей жидкости, причина мешающая жидкости "течь", называется "внутренним трением", или В. жидкости. Чтобы поддерживать течение жидкости с некоторою постоянной скоростью, необходимо непрерывное действие силы, необходимо постоянное давление, величина которого и может служить мерой В. Величина В. характеризует как бы степень несовершенства жидкости. И в обычном языке "густой", или "вязкой", жидкости мы противопоставляем "жидкую" (напр., мы говорим: "жидкое вино, жидкое молоко" и т. п.), т. е. такую, которая представляет высокую степень подвижности. Как бы не были, однако, велики величины В., пока мы имеем дело с жидкостями, явления движения их должны представлять лишь количественные различия. И при огромной В. всякая, даже весьма малая сила, должна вызывать конечную скорость "течения". Только в том случае, когда величина В. является бесконечной, когда конечная сила вызывает бесконечно малую скорость течения, т. е, когда тело вовсе не течет при действии некоторой силы, оно лишено свойств жидкости. При решении вопроса о том, приложимо ли и к твердым телам понятие о В., необходимо рассмотреть, представляют ли и в каких условиях твердые тела бесконечную величину В. Твердые тела характеризуются упругостью. Сила, приложенная к упругому телу, вызывает изменение формы — деформацию, наступающую немедленно, и никаких длящихся движений в частях упругого тела не происходит. Опыт показывает, что твердые тела упруги лишь в известных пределах деформации. За этими пределами упругости твердые тела обнаруживают большую или меньшую "пластичность", свойство в основе тождественное с "текучестью" жидкостей. Многие твердые тела обладают весьма низким пределом упругости и при действии даже весьма малых сил являются пластичными. Подвергая такие тела значительному давлению, можно вызвать движение, вполне отвечающее "течению" жидкостей. По опытам Треска, свинец при большом давлении выдавливается из отверстий сосуда подобно жидкости, а по опытам Спринга — при давлении в несколько тысяч атмосфер почти все твердые тела (даже и весьма хрупкие при обычных условиях) являются пластичными. Высокую степень пластичности обнаруживают не только даже аморфные, но и кристаллические тела. Примером пластичности кристаллического тела может служить пластичность льда. Замечательны "текучие кристаллы" Лемана, обнаруживающие признаки кристаллического сложения (при оптическом исследовании) только тогда, когда их тяжесть уравновешена окружающею жидкостью. при недостаточном соблюдении этого условия кристаллы эти текут, как жидкость, и не обнаруживают кристаллического сложения. При низком пределе упругости различие между твердым телом и жидкостью сглаживается, и решить, имеем ли мы в таком случае дело с весьма вязкой жидкостью или с весьма пластичным твердым телом, нелегко. Глицерин напр., мы можем признать еще жидкостью, хотя и весьма вязкою, но чем считать вазелин, воск и т. п.? Критерием является существование предела упругости. Но при низком пределе упругости и при большой В. установить существование предала упругости невозможно. При этих условиях пришлось бы неизбежно прилагать малые силы, а при малых силах и большой В. скорость "течения" так ничтожна, что легко ускользает от наблюдения. Опыт показывает, что многие малопластичные тела, как, например, вар, даже чугун и мрамор при весьма продолжительном действии сравнительно слабых сил испытывают изменения формы, не исчезающие по прекращении действия силы. Весьма наглядно обнаруживает явления пластичности стекло. Если оставить, например, термометр в горизонтальном положении, подпертым в крайних точках, то через несколько лет он оказывается сильно изогнутым. Таким образом, подвергая тела кратковременному действию силы, можно впасть в ошибку относительно предела упругости и признать тело в известных пределах совершенно упругим и бесконечно вязким только вследствие недостаточной продолжительности наблюдения. Был, поэтому, возбуждаем вопрос: существует ли вообще предел упругости, или же при продолжительном действии даже малейших сил все тела испытывают длящиеся изменения формы. Существуют ли тела с бесконечно большой вязкостью и совершенно лишенные "текучести"? Опытного решения этого вопроса, как и аналогичного ему вопроса о летучести, или испаряемости, тел не имеется, и вряд ли такое решение можно ждать в будущем. Во всяком случае, мы можем утверждать, что по отношению к текучести нет резкой границы между жидкими и твердыми телами. Благодаря существованию весьма вязких жидкостей и весьма пластичных твердых тел оба состояния связаны столь непрерывной цепью, что можно по отношению к В. говорить о резких различиях только крайних членов цепи. Понятие о вязкости не связано исключительно с представлением о жидкости. Оно приурочено лишь к тому роду движения, который свойствен в высокой степени жидкостям и обнаруживается в их "течении". Чтобы определить меру вязкости, рассмотрим движение жидкости в простейших условиях, имеющих место при движении ее с постоянной скоростью по цилиндрической трубке, ею смачиваемой. При этом внешнее трение не имеет места, соприкасающийся с поверхностью трубки слой жидкости находится в покое и течение ее представляет скольжение бесконечного числа цилиндрических поверхностей. Такое движение по цилиндрическим поверхностям весьма наглядно обнаружено в вышеуказанных опытах Треска. Сжимая cepию пластинок свинца, Треска заставлял свинец выдавливаться через круглое отверстие внизу в форме цилиндра. Разрез этого цилиндра представлял ряд концентрических слоев, совершенно подобных годичным слоям дерева. Исходя из указанного представления и основываясь на следующих положениях Ньютона: 1) трение двух поверхностей жидкости пропорционально их относительной скорости, 2) пропорционально величине поверхностей, и 3) не зависит от давления, под которым находится жидкость, Стокс (а впоследствии и другие) вывел следующую зависимость V = (Dπ.r 4)/(8μ.l) где V — объем вытекшей в единицу времени жидкости, r — радиус трубки, l — ее длина, D — давление жидкости, μ. — постоянная, характеризующая В. жидкости, а π. — известное отношение окружности к диаметру. Такая же зависимость выведена была еще ранее из непосредственных опытов Пуазелем. Таким образом, зная объем протекшей по трубке в единицу времени жидкости, давление, длину и радиус трубки, можно вычислить μ. — постоянную В. Эта постоянная выражает силу, необходимую для того, чтобы вызвать в двух слоях жидкости с поверхностью, равной 1, и расположенных на расстоянии, равном 1, разность скоростей, равную 1, при условии, что движение представит скольжение бесконечного числа параллельных плоскостей. Точное определение абсолютной величины постоянной сопряжено с затруднениями вследствие трудности точного измерения размеров трубки. Вследствие этого предпочитают определять относительную величину этой постоянной, сравнивая время, необходимое для прохождения через одну и ту же трубку данного объема жидкостей при данном давлении. В этом случае μ./μ. 1 = t/t1 т. е. вязкости от носятся, как времена истечения. За единицу В. принимают В. воды. Описанный способ наиболее употребителен для определения В. Для той же цели применялись также наблюдения над качанием дисков. В. представляет величину весьма характерную для жидкостей [Теперь мы касаемся исключительно капельных жидкостей. Подробности, касающиеся В. упругих жидкостей, см. слово Газы, а также Жидкость.]. Зависимость между составом и В., как показал Грэм, представляет тот же характер, как и зависимость между составами и температурой кипения. Несмотря на значительное число исследований, привести зависимость между составом жидкостей и их вязкостью к простой форме и поныне не удалось. В. уменьшается с температурой. Заслуживают внимания наблюдения над В. растворов. Найдено, что раствор, составленный в пропорции, представляющей и в отношении других свойств особенности, обнаруживает и наибольшую вязкость. Так, из растворов спирта и воды наибольшую В. обнаруживает раствор, которому отвечает и наибольшее сжатие. Наибольшая В. отвечает растворам, состав которых выражается простыми частичными формулами. Замечательны также наблюдения над В. водных растворов солей хлористо-водородной кислоты, обнаруживших соотношение между В. этих растворов и положением элементов в периодической системе. Д. Коновалов.
Определение слова «Вязкость» по БСЭ:
Вязкость — внутреннее трение, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В. твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно (см. Внутреннее трение в твёрдых телах).
Основной закон вязкого течения был установлен И. Ньютоном (1687):
| (1) |
где F — тангенциальная (касательная) сила, вызывающая сдвиг слоёв жидкости (газа) относительно друг друга. S — площадь слоя, по которому происходит сдвиг. (v2 — vl)/(z2 — z1) — градиент скорости течения (быстрота изменения её от слоя к слою), иначе — скорость сдвига (см. рис. 1). Коэффициент пропорциональности &eta. называется коэффициентом динамической вязкости или просто В.
Он количественно характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению её слоёв. Величина, обратная В., &phi. =1/&eta. называется текучестью.
Согласно формуле (1), В. численно равна тангенциальной силе PS = F/S (на единицу площади), необходимой для поддержания разности скоростей, равной единице, между двумя параллельными слоями жидкости (газа), расстояние между которыми равно единице. Из этого определения следует, что в Международной системе единиц единица В. имеет размер н·сек/мІ, а в СГС системе единиц — г/(смІ·сек) (пуаз). 1 пз = 0,1 н·сек/мІ.
Наряду с динамической В. &eta. часто рассматривают так называемую кинематическую В. &nu. = &eta. &frasl. &rho., где &rho. — плотность жидкости или газа.
Единицами кинематической В. служат, соответственно, мІ/сек и смІ/сек (Стокс). В. жидкостей и газов определяют Вискозиметрами.
В условиях установившегося слоистого течения (см. Ламинарное течение) при постоянной температуре В. газов и нормальных жидкостей (так называемых ньютоновских жидкостей) — постоянная величина, не зависящая от градиента скорости. В таблице приведены значения В. некоторых жидкостей и газов:
| Вещество | &eta. при 20°C, 10&minus.3н·сек/м2 или спз |
| Водород | 0,0088 |
| Азот | 0,0175 |
| Кислород | 0,0202 |
| Вода | 1,002 |
| Этиловый спирт | 1,200 |
| Ртуть | 1,554 |
| Глицерин | ~1500 |
Расплавленные металлы имеют В. того же порядка, что и обычные жидкости (рис. 2). Особыми вязкостными свойствами обладает жидкий гелий. При температуре 2,172 К он переходит в сверхтекучее состояние, в котором В. равна нулю (см. Гелий, Сверхтекучесть).
В. — важная физико-химическая характеристика веществ. Значение В. приходится учитывать при перекачивании жидкостей и газов по трубам (нефтепроводы, газопроводы). В. расплавленных шлаков весьма существенна в доменном и мартеновском процессах. В. расплавленного стекла определяет процесс его выработки. По В. во многих случаях судят о готовности или качестве продуктов или полупродуктов производства, поскольку В. тесно связана со структурой вещества и отражает те физико-химические изменения материала, которые происходят во время технологических процессов. В. масел имеет большое значение для расчёта смазки машин и механизмов и т.д.
Молекулярно-кинетическая теория объясняет В. движением и взаимодействием молекул. В газах расстояния между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому В. газов определяется главным образом молекулярным движением. Между движущимися относительно друг друга слоями газа происходит постоянный обмен молекулами, обусловленный их непрерывным хаотическим (тепловым) движением. Переход молекул из одного слоя в соседний, движущийся с иной скоростью, приводит к переносу от слоя к слою определённого количества движения. В результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешней силы F, уравновешивающей вязкое сопротивление и поддерживающей установившееся течение, полностью переходит в теплоту.
В. газа не зависит от его плотности (давления), так как при сжатии газа общее количество молекул, переходящих из слоя в слой, увеличивается, но зато каждая молекула менее глубоко проникает в соседний слой и переносит меньшее количество движения (закон Максвелла). Для В. идеальных газов в молекулярно-кинетической теории даётся следующее соотношение:
| (2) |
где m — масса молекулы, n — число молекул в единице объёма, uЇ — средняя скорость молекул и &lambda. — Длина свободного пробега молекулы между двумя соударениями её с другими молекулами. Так как uЇ возрастает с повышением температуры T (несколько возрастает также и &lambda.), то В. газов увеличивается при нагревании (пропорционально &radic.ЇT).
Для очень разреженных газов понятие В. теряет смысл.
В жидкостях, где расстояния между молекулами много меньше, чем в газах, В. обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на «рыхление» жидкости)
расходуется так называемая энергия активации вязкого течения. Энергия активации уменьшается с ростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения В. жидкостей с повышением температуры (рис. 3) и роста её при высоких давлениях. При повышении давления до нескольких тыс. атмосфер &eta. увеличивается в десятки и сотни раз.
Строгая теория В. жидкостей, в связи с недостаточной разработанностью теории жидкого состояния, ещё не создана. На практике широко применяют ряд эмпирических и полуэмпирических формул В., достаточно хорошо отражающих зависимость В. отдельных классов жидкостей и растворов от температуры, давления и химического состава.
В. жидкостей зависит от химической структуры их молекул. В рядах сходных химических соединений (насыщенные углеводороды, спирты, органические кислоты и т.д.) В. изменяется закономерно — возрастает с возрастанием молекулярной массы. Высокая В. смазочных масел объясняется наличием в их молекулах циклов (см. Циклические соединения, Нафтены). Две жидкости различной В., которые не реагируют друг с другом при смешивании, обладают в смеси средним значением В. Если же при смешивании образуется химическое соединение, то В. смеси может быть в десятки раз больше, чем В. исходных жидкостей. На этом основано применение измерений В. в качестве метода физико-химического анализа.
Возникновение в жидкостях (дисперсных системах (См. Дисперсные системы) или растворах полимеров) пространственных структур, образуемых сцеплением частиц или макромолекул, вызывает резкое повышение В. При течении «структурированной» жидкости работа внешней силы затрачивается не только на преодоление истинной (ньютоновской) В., но и на разрушение структуры (см. Реология).
Для нормальных вязких жидкостей между количеством жидкости Q, протекающей в единицу времени через капилляр, и давлением p существует прямая пропорциональность (см. Пуазёйля закон). Течение структурированных жидкостей не подчиняется этому закону, для них кривые зависимости Q от p выпуклы к оси давления (рис. 4), что объясняется непостоянством &eta..
Аномальной В., характерной для структурированных жидких систем, обладают важнейшие биологические среды — Цитоплазма и Кровь.
М. П. Воларович.
Вязкость биологических сред определяется в большинстве случаев структурной вязкостью. В. жидкого содержимого клетки-цитоплазмы связана со структурой составляющих её биополимеров и субклеточных образований, что вызывает отклонения (характера тиксотропии) вязкого течения от ньютоновского закона нормальных жидкостей. Методы измерения В. биологических сред — наблюдение скорости перемещения гранул при центрифугировании или железных опилок в магнитном поле, измерение среднего смещения броуновских частиц (см. Броуновское движение). Абсолютная вязкость цитоплазмы колеблется от 2 до 50 спз (1 спз = 10&minus.3 н·сек/мІ), она меняется в различных частях клетки и в разные периоды клеточного цикла.
С понижением температуры ниже 12-15°C и при повышении её свыше 40-50°C вязкость цитоплазмы увеличивается. При воздействии облучения наблюдается сначала уменьшение вязкости, а затем, при увеличении дозы, — её возрастание.
Вязкость ликвора, лимфы и плазмы крови достаточно точно описывается ньютоновским законом вязкого течения, она исследуется в капиллярных или цилиндрических Вискозиметрах. Кровь — неньютоновская жидкость, так как содержит структурированные компоненты — белки и клетки крови, её вязкость у человека в норме 4-5 спз, при патологии колеблется от 1,7 до 22,9 спз, что отражается в реакции оседания эритроцитов (РОЭ).
Лит.: Гaтчек Э., Вязкость жидкостей, пер. с англ., 2 изд., М. — Л., 1935. Труды совещания по вязкости жидкостей и коллоидных растворов, т. 1-3, М. — Л., 1941-45. Френкель Я. И., Кинетическая теория жидкостей, М. — Л., 1945. Фукс Г. И., Вязкость и пластичность нефтепродуктов, М., 1956. Голубев И. Ф., Вязкость газов и газовых смесей, М., 1959. Справочник химика, 2 изд., т. 1, Л. — М.,1963. Руководство по цитологии, т. 1-2, М. — Л., 1965-66. Heilbrunn L. V. The viscosity of protoplasm, W., 1958.
Н. Н. Фирсов.
Рис. 1. Схема однородного сдвига (вязкого течения) слоя жидкости, заключенного между двумя твердыми пластинками площадью S, из которых нижняя (А) неподвижна, а верхняя (В) под действием тангенциальной силы F движется с постоянной скоростью v0. v(z) — зависимость скорости слоя от его расстояния z от неподвижной пластинки.
&Delta.x0 — величина начального сдвига жидкости.
Рис. 2. Вязкость некоторых расплавленных металлов в спз.
Рис. 3. Измерение вязкости некоторых смазочных масел в зависимости от температуры (eta. дана в пз).
Рис. 4. Зависимость количества жидкости Q, протекающей через капилляр в 1 сек, от давления p для нормальных (ньютоновских) и аномальных (неньютоновских) жидкостей.
