Вода
Как видно из представленных данных, сдвиговая вязкость воды при давлении, равном 1 атм, и температуре ниже 25ºС больше, чем вязкость CCl4, а при температурах от 25ºС до 90ºС меньше, чем вязкость ССl4.
С увеличением давления при температуре 2,2 и 10º сдвиговая вязкость имеет минимум при давлении от 1000-2000 атм. Исследование сдвиговой вязкости Джонасом и Фризом (1976) при давлениях до 6000 атмосфер и температурах от -16 до 10ºС показало, что с понижением температуры от 10 до -15ºС при Р = 1000 атм сдвиговая вязкость Н2О имеет минимум при всех указанных температурах и увеличивается приблизительно в 2 раза от 1,27 сП при 10ºС до 2,77 сП при -15ºС.
На представленных данных видно, что в интервале температуры от -15 до -15ºС вязкость уменьшается как с ростом температуры, так и с ростом давления.
Как будет видно дальше, аналогичные температурные зависимости при указанных Р и Т имеют место для ряда кинетических характеристик жидкой воды, таких как самодиффузия и время спин-решетчатой релаксации дейтрона в D2O.
Очень интересный подход к проблеме вязкости Максвелла (1868), который определил явление вязкости как отклонение от равновесия системы системы, вызванное ее возбуждением, обусловленным напряжением или упругой силой F. Как известно, упругая сила пропорциональна деформации
,
где А – деформация, которая представляет собой относительное изменение какой-либо величины (например, при деформации объема ), - модуль упругости.
Если нет вязкости, то деформация и сила проявляются одновременно:
.
Если же среда вязкая, то упругая сила будет изменяться в зависимости от величины силы и природы тела. Первым естественным предположением у Максвелла было предположение пропорциональности деформации величине приложенной силы:
,
если - постоянная величина, то . Если , т.е. имеет место равномерное движение, которое все время увеличивает смещение, то
.
Коэффициент при скорости деформации представляет собой вязкость. Таким образом, вязкость, по Максвеллу, определяется произведением модуля упругости на время релаксации упругих сил:
.
Модуль сдвига G полностью определяет сдвиговую вязкость:
.
В случае объемной вязкости процесс деформации будет определяться модулем объемной упругости В и .
Как G, как и В могут быть как адиабатическими, так и изотермическими, в зависимости от условий эксперимента.
Если прилагаемое синусоидальное напряжение создается звуковой волной, то изменение объема жидкости происходит адиабатически.
Зависимость объемной и вязкости воды от температуры и давления представлены в табл.7 (Литовец, Дэвис, 1955; Кюдиш, 1975, Цволинский, 1971).
Таблица 7 | ||||||
Зависимость объемной и сдвиговой вязкости воды от температуры (Р = 1 атм) | ||||||
Т, ºС |
|
D2O |
|
D2O | ||
Н2О |
D2O |
Н2O |
Н2O |
D2O |
Н2O | |
- 8,28 - 6,67 - 4,534 - 1,108 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40.000 50,000 60,000 80,000 90,000 100,000 |
2,4551 2,2960 2,1137 1,8630 1,7919 1,5190 1,3067 1,1381 1,0020 0,89020 0,7972 0,7191 0,6527 0,5471 0,4666 0,3547 0,3148 0,2822 |
1,9819 1,4347 1,2471 1,0965 0,9732 0,8710 0,7848 0,5497 0,4129 0,3647 0,3255 |
1,3 1,26 1,24 1,23 1,22 1,21 1,202 1,178 1,164 1,159 1,153 |
5,61 4,55 3,75 2,84 2,27 1,81 1,47 1,22 |
5,12 4,24 3,10 2,41 1,92 |
1,13 1,13 1,09 1,06 1,06 |
Т = 0ºС | Т = 30ºС | ||||
Р, атм | , Пз |
| Р, атм | , Пз |
|
1 246 522 1115 2183 3283 3908 4724 | 5,61 5,53 6,00 6,23 5,94 6,66 6,00 6,46 | 3,13 3,20 3,57 3,82 3,58 3,74 3,21 3,21 | 1 228 494 1017 1978 3001
| 2,27 2,18 2,20 2,21 2,46 2,76
| 2,84 2,72 2,78 2,73 2,93 2,79 |