§ 84. ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ
Вязкость является одним из характерных свойств жидкостей и из-за практической важности этого свойства экспериментально хорошо изучена.
Вязкость обычных жидкостей примерно на один-два порядка больше вязкости их паров (у масел это различие еще больше).
Рис. 8.18
Так, при 20° С коэффициент вязкости жидкого гексана равен пуаз, а коэффициент вязкости его паров пуаз. В настоящее время имеется большой экспериментальный материал по исследованию вязкости многих жидкостей по линии их насыщения, при этом основными экспериментальными методами являются метод Пуазейля (истечение жидкостей через капилляры) и метод Стокса (падение шарика в исследуемой среде). Исследование вязкости по линии насыщения заключается в снятии температурной зависимости коэффициента вязкости (жидкость нагревают до точки кипения при атмосферном давлении, далее измерения проводят вплоть до критической температуры в условиях, когда жидкость находится в равновесии со своим насыщенным паром). При таких исследованиях с изменением температуры происходит и изменение плотности вещества. Подобные эксперименты показывают, что с повышением температуры вязкость среды сильно падает и при критической температуре сравнивается с вязкостью газообразной фазы. На рисунке 8.18 в качестве примера приведена зависимость вязкости жидкого гексана по линии насыщения от 20 до 220° С (критическая температура 234,7 °С). В указанном интервале температур вязкость гексана уменьшается примерно в 6 раз.
В настоящее время отсутствует строгая теория явлений переноса в жидких средах. Многие авторы, основываясь на тех или иных представлениях, для описания вязкости жидкостей вводят формулы, содержащие некоторые постоянные, определяемые из опыта. Такие формулы принято называть полуэмпирическими.
Я. И. Френкель в 30-х годах XX столетия, рассматривая вязкость жидкостей как результат только диффузии молекул, получил для коэффициента внутреннего трения следующую формулу:
где постоянные, определяемые из двух значений вязкости среды энергия активации частиц).
Еще ранее А. И. Бачинский (1913 г.) при рассмотрении вязкости жидкостей как результата силового взаимодействия молекул через свободный объем нашел, что
Постоянные С и тоже определяются из двух значений вязкости среды. В принципе со должна совпадать со значением эффективного объема молекул, но в действительности такого совпадения не наблюдается. В формуле (84.2) вязкость выражается через мольный объем V, который по линии насыщения является функцией температуры.
Формулы Френкеля и Бачинского, как и многие другие, пригодны для описания вязкости не во всей области существования жидкости. Основной их недостаток: формулы не могут описать изменения при непрерывных переходах от жидкого состояния к газообразному (при предельно больших разрежениях из них нельзя получить выражения для коэффициента вязкости газа).