Bine ai venit! Vă rog să sugerați dacă există alți aditivi cu care puteți crește vâscozitatea apei? Situația este următoarea - există un perete căptușit cu benzi de granit natural. Pe jetoanele de granit, picăturile de apă vin de pe perete și zboară sub un unghi până la podea. Îmi pot îngroșa cumva apa ca să nu iasă de pe perete?
Fizicianul francez Coulomb a fost unul dintre primii care studiază problemele de viscozitate și frecare internă a lichidelor. Apoi, aceste probleme au fost abordate de Meyer, Koenig, Helmholtz, Piotrovsky și alții.
Din punct de vedere fizic, viscozitatea unui lichid este o proprietate a unui lichid care rezistă mișcării particulelor sale și caracterizează gradul de fluiditate și mobilitate. În general, vâscozitatea este o proprietate a unui fluid în mișcare și nu apare în repaus. Viscozitatea determină apariția forțelor de rezistență în timpul mișcării fluidului. Aceste forțe sunt numite forțe interne de frecare sau forțe de viscozitate.
Prezența forțelor interne de frecare ale unui fluid în mișcare a fost inițial stabilită de Newton; ulterior omul de știință rus VN Petrov în 1888 a dat o expresie matematică forței de frecare. Din punctul de vedere al teoriei moleculare, viscozitatea este explicată atât prin mișcarea moleculelor, cât și prin prezența forțelor moleculare. În lichide, unde distanța dintre particule individuale este mult mai mică decât în gaze, interacțiunea intermoleculară joacă un rol primordial.
Teoria tuturor acestor metode conduce la formule foarte complexe, care amintește de formulele pentru curgerea lichidelor prin tuburi subțiri. Aceste calcule au dat coeficientul de frecare internă a apei la 20 ° un număr foarte apropiat de cel găsit de Poiseuille (0.01009), și anume 0.01014.
Viscozitatea dinamică a unui lichid η este determinată de metoda Stokes din observațiile privind mișcarea unei mingi în apă. Bilele care cad în lichid sunt acționate de forța gravitațională Fm, forța Archimedes Fa și forța internă de frecare F op. Din acest motiv, la o anumită viteză de mișcare a mingii, gravitatea sa este complet echilibrată de forța vâscozității și cu puterea lui Archimedes. De acum încolo, mingea se va deplasa uniform. Dependența dintre forțele care acționează asupra mingii cu mișcarea uniformă constantă este exprimată de egalitatea Fm = Fa + Fcopr .. de unde Fcopr = Fm Fa. dar Fm = mg = 4πr 3 pg / 3, unde m este masa mingii, r este raza sa, ρ este densitatea mingii. Fj = m ð g = 4πr 3 ð g / 3, unde m ¼ este masa lichidului în volumul mingii, ρ ¼ este densitatea lichidului. Savantul englez Stokes a arătat că forța de vâscozitate care are loc atunci când mingea se mută în lichid (Fsopr) este definită de Fsopr = 6πrηυ, unde υ - viteza de minge, η - viscozitate.
Graficul grafic al vâscozității apei față de temperatură este prezentat mai jos:
Din graficul dependenței vâscozității apei de temperatura, este evident că, odată cu creșterea temperaturii apei, viscozitatea acesteia scade. Care este motivul pentru aceasta? Din cursul chimiei se știe că interacțiunea dintre moleculele lichidului este cauzată în principal de legăturile de hidrogen (apă, amoniac, fluorură de hidrogen) și de forțele Van der Waals. Van der Waals - o forță de atracție între moleculele unei substanțe în stări gazoase, lichide și cristaline, ele pot avea loc între molecule polare, nepolare și polare și nepolare. Forțele de interacțiune dintre moleculele unui lichid sunt mult mai mari decât cele care acționează în gaze. Forțele de interacțiune dintre moleculele unui lichid depind de natura sa chimică. Cu cât moleculele mai polare ale unui lichid sunt mai puternice, cu atât interacțiunea dintre molecule este mai puternică și mai aproape de structura și comportamentul lichidului la cristal. Interacțiunile intermoleculare apar, de asemenea, între moleculele nepolare. Dacă între moleculele de apă acționează numai van der Waals forțele de atracție, apa ar îngheța la T = - 90 ° C și să fiarbă la T = + 80 ° C; sub acțiunea legăturilor de hidrogen, creând asociații de molecule de îngheț 0 ° C și fierbere T = + 100 ° C.
Pe măsură ce crește temperatura, legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă slăbesc, astfel încât interacțiunea dintre moleculele de apă și, prin urmare, forța de frecare interioară scade, dar principala cauză a acestui fenomen este în altul. Vâscozitatea apei se datorează interacțiunii intermoleculare a straturilor sale, ca urmare a transferului unui momentum din strat către strat prin molecule, unde u este viteza moleculelor și m este masa moleculelor de apă. Cu temperatură în creștere, interacțiunile intermoleculare sunt slăbite datorită expansiunii termice a lichidului și creșterii distanțelor intermoleculare și datorită mobilității crescute a moleculelor de apă; ca rezultat, vâscozitatea scade. Interacțiunea intermoleculară limitează mobilitatea moleculelor. Într-un lichid, o moleculă poate pătrunde într-un strat adiacent numai prin formarea unei cavități în ea suficientă pentru a sari molecule acolo. Așa-numita energie de activare a fluxului vâscos este utilizată pentru a forma o cavitate (pentru a "slăbi" un lichid). Energia de activare scade odată cu creșterea temperaturii. Acesta este unul dintre motivele pentru scăderea bruscă a vâscozității lichidelor cu creșterea temperaturii.
Tabel. 1. Vâscozitatea dinamică a apei la diferite temperaturi *
* Datele sunt date de la "Lucrări de laborator și probleme de chimie coloidală".
Coeficientul dinamic de apă de frecare internă la 0 ° este 0,081 și 0,0042 la 70 ° sau, cu alte cuvinte, în cazul în care vâscozitatea apei la 0 ° este măsurată prin numărul 100, apoi la 70 ° vâscozității apei exprimată prin numărul 23.5. De exemplu, viscozitatea mercurului la 3400 ° (punctul de fierbere al mercurului) este aproape jumătate din vâscozitate la 0 °. Dar, mai ales variază mult cu vâscozitatea la temperaturi de anumite uleiuri vegetale: pentru uleiul de migdale, prin încălzire de la 20 ° la 80 °, vâscozitatea este redusă de 6,5 ori, pentru uleiul de măsline - de la 20 ° până la 80 ° vâscozitate scade un pic peste 7 ori . Prin urmare, cea mai simplă soluție la problema dvs. poate fi utilizarea apei reci la temperaturi apropiate de 0 °. În plus, există polimeri sintetici și naturali solubili în apă care măresc vâscozitatea apei. Prin compoziție chimică, ele includ eteri de celuloză, amidonuri gelatinizate, polietilen oxizi, alginați, poliacrilamide, polimeri carboxivinilici și alcool vinilic. De la mijloace improvizate pentru a crește vâscozitatea apei în ea puteți adăuga și săpun, și amidon, adeziv, și alcaline.
Cu stimă, doctorat. O. V. Mosin
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: