Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность
Содержание:
Вязкость гудрона
Гудрон — это остаток, образующийся в процессе отгонки из нефти фракций, которые выкипают до 450–600 °С под вакуумом при атмосферном давлении. Выход данного вещества составляет 10–45 % от нефтяной массы. Гудрон представляет собой очень вязкую жидкость черного цвета либо твердую асфальтоподобную субстанцию с блестящим изломом. Вещество содержит нефтяные смолы, углеводороды (парафиновые, нафтеновые, ароматические), карбоиды, карбены, асфальтены, небольшой объем примесей металлов, которые содержались в нефти.
В зависимости от температуры кинематическая вязкость гудрона составляет 40–91 сСт.
Применяется вещество в основном в дорожном строительстве, кровельных работах, производстве малозольного кокса, в качестве смягчителя в резиновой промышленности.
Вязкость растворителей
Растворители представляют собой химические соединения, способные преобразовывать различные вещества в раствор (гомогенную однородную систему, состоящую из 2 и более компонентов). Обычно они используются в роли среды для проведения химических реакций, для технологических целей. В связи с этим растворители востребованы в различных сферах производства (лакокрасочном, электротехническом, фармацевтике, парфюмерии, создании взрывчатых веществ), сельском хозяйстве.
Растворители классифицируются на органические и неорганические (важнейший из них — это вода). По степени вязкости они подразделяются на маловязкие (до 0,002 Па•с), средневязкие (0,002–0,01 Па•с), высоковязкие (свыше 0,01 Па•с).
Растворители в промышленности перекачивают разными типами насосов, например мембранными, вихревыми, плунжерными аппаратами.
Вязкость ацетона
К группе маловязких растворителей относится ацетон. Это бесцветная летучая жидкость органического происхождения, отличающаяся характерным резким запахом. Вязкость продукта составляет 0,000 33 Па•с.
Вязкость керосина
Растворитель керосин также имеет небольшую вязкость (0,001 49 Па•с при комнатной температуре). Это прозрачное вещество масляной структуры, прозрачное либо желтоватого оттенка. Получают керосин при прямой перегонке нефти.
Данная субстанция применяется и в других целях: как реактивное топливо в ракетах, самолетах, как горючее для бытовых осветительных приборов, при обжиге стекла и фарфора, в оборудовании для резки металлов.
Вязкость некоторых веществ
Для авиастроения и судостроения наиболее важно знать вязкости воздуха и воды.
Вязкость воздуха
Зависимость вязкости сухого воздуха от давления при температурах 300, 400 и 500 K
Вязкость воздуха зависит в основном от температуры.
При 15,0 °C вязкость воздуха составляет 1,78⋅10−5 кг/(м·с) = 17,8 мкПа·с = 1,78⋅10−5 Па·с. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью программ расчёта вязкостей газов.
Вязкость воды
Зависимость динамической вязкости воды от температуры в жидком состоянии (Liquid Water) и в виде пара (Vapor)
Динамическая вязкость воды составляет 8,90·10−4 Па·с при температуре около 25 °C. Как функция температуры: T = A × 10B/(T−C), где A = 2,414·10−5 Па·с, B = 247,8 K, C = 140 K.
Значения динамической вязкости жидкой воды при разных температурах вплоть до точки кипения приведены в таблице:
| Температура, °C | Вязкость, мПа·с |
|---|---|
| 10 | 1,308 |
| 20 | 1,002 |
| 30 | 0,7978 |
| 40 | 0,6531 |
| 50 | 0,5471 |
| 60 | 0,4668 |
| 70 | 0,4044 |
| 80 | 0,3550 |
| 90 | 0,3150 |
| 100 | 0,2822 |
Динамическая вязкость разных веществ
Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости некоторых ньютоновских жидкостей:
| Газ | при 0 °C (273 K), мкПа·с | при 27 °C (300 K), мкПа·с |
|---|---|---|
| воздух | 17,4 | 18,6 |
| водород | 8,4 | 9,0 |
| гелий | 20,0 | |
| аргон | 22,9 | |
| ксенон | 21,2 | 23,2 |
| углекислый газ | 15,0 | |
| метан | 11,2 | |
| этан | 9,5 |
| Жидкость | Вязкость, Па·с | Вязкость, мПа·с |
|---|---|---|
| ацетон | 3,06·10−4 | 0,306 |
| бензол | 6,04·10−4 | 0,604 |
| кровь (при 37 °C) | (3—4)·10−3 | 3—4 |
| касторовое масло | 0,985 | 985 |
| кукурузный сироп | 1,3806 | 1380,6 |
| этиловый спирт | 1.074·10−3 | 1.074 |
| этиленгликоль | 1,61·10−2 | 16,1 |
| глицерин (при 20 °C) | 1,49 | 1490 |
| мазут | 2,022 | 2022 |
| ртуть | 1,526·10−3 | 1,526 |
| метиловый спирт | 5,44·10−4 | 0,544 |
| моторное масло SAE 10 (при 20 °C) | 0,065 | 65 |
| моторное масло SAE 40 (при 20 °C) | 0,319 | 319 |
| нитробензол | 1,863·10−3 | 1,863 |
| жидкий азот (при 77K) | 1,58·10−4 | 0,158 |
| пропанол | 1,945·10−3 | 1,945 |
| оливковое масло | 0,081 | 81 |
| пек | 2,3·108 | 2,3·1011 |
| серная кислота | 2,42·10−2 | 24,2 |
| вода | 8,94·10−4 | 0,894 |
Вязкость каучука
Каучук представляет собой продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Он может иметь природное или синтетическое происхождение. В процессе вулканизации каучук, сам по себе непрочный и липкий, трансформируется в упругую эластичную резину. Важнейшими свойствами вещества являются эластичность, электроизоляция, газо- и водонепроницаемость.
Как и большинство полимеров, каучук способен пребывать в одном из следующих состояний: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластичном. При обычных температурных условиях вещество высокоэластично.
Вязкость каучука обусловлена его молекулярной массой и способом его синтеза.
Вязкость жидкостей
Динамическая вязкость
Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Для так называемых ньютоновских жидкостей (которых вокруг нас большинство) справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:
- τ=−η∂v∂n.{\displaystyle \tau =-\eta {\frac {\partial v}{\partial n}}.}
Коэффициент вязкости η{\displaystyle \eta } (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η{\displaystyle \eta } будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля — Андраде:
- η=CewkT.{\displaystyle \eta =Ce^{w/kT}.}
Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества VM{\displaystyle V_{M}}. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение
- η=cVM−VC,{\displaystyle \eta ={\frac {c}{V_{M}-V_{C}}},}
где:
- c{\displaystyle c} — константа, характерная для определенной жидкости;
- VC{\displaystyle V_{C}} — собственный объём, занимаемый частицами жидкости.
Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры и растёт с увеличением давления.
Кинематическая вязкость
В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной
- ν=ηρ,{\displaystyle \nu ={\frac {\eta }{\rho }},}
и эта величина получила название кинематической вязкости.
Здесь ρ{\displaystyle \rho } — плотность жидкости; η{\displaystyle \eta } — коэффициент динамической вязкости.
Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1 мм2/c = 10−6 м2/c.
Условная вязкость
Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 мл испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле
- ν=7,4⋅10−6Et,{\displaystyle \nu =7,4\cdot 10^{-6}E_{t},}
где ν{\displaystyle \nu } — кинематическая вязкость (в м2/с), а Et{\displaystyle E_{t}} — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.
Ньютоновские и неньютоновские жидкости
Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье — Стокса):
- σij=η(∂vi∂xj+∂vj∂xi),{\displaystyle \sigma _{ij}=\eta \left({\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}\right),}
где σi,j{\displaystyle \sigma _{i,j}} — тензор вязких напряжений.
Среди неньютоновских жидкостей по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.
С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.[источник не указан 108 дней]
Связь динамической и кинематической вязкости
Вязкость жидкости определяет способность жидкости сопротивляться сдвигу при ее движении, а точнее сдвигу слоев относительно друг друга
Поэтому на производствах, где требуется перекачка различных сред, важно точно знать вязкость перекачиваемого продукта и правильно подбирать насосное оборудование
В технике встречаются два вида вязкости.
- Кинематическая вязкость чаще используется в паспорте с характеристиками жидкости.
- Динамическая используется в инженерных расчетах оборудования, научно-исследовательских работах и т.д.
Перевод кинематической вязкости в динамическую производят с помощью формулы, указанной ниже, через плотность при заданной температуре:
Где:
v – кинематическая вязкость,
n – динамическая вязкость,
p – плотность.
Таким образом, зная ту или иную вязкость и плотность жидкости можно выполнить пересчет одного вида вязкости в другой по указанной формуле или через конвертер выше.
Измерение вязкости
Понятия для этих двух типов вязкости присуще только жидкостям в связи с особенностями способов измерения.
Измерение кинематической вязкости используют метод истечения жидкости через капилляр (например используя прибор Уббелоде). Измерение динамической вязкости происходит через измерение сопротивление движения тела в жидкости (например сопротивление вращению погруженного в жидкость цилиндра).
От чего зависит значение величины вязкости?
Вязкость жидкости зависит в значительной мере от температуры. С увеличением температуры вещество становится более текучим, то есть менее вязким. Причем изменение вязкости, как правило, происходит достаточно резко, то есть нелинейно.
Поскольку расстояние между молекулами жидкого вещества намного меньше, чем у газов, у жидкостей уменьшается внутреннее взаимодействие молекул из-за снижения межмолекулярных связей.
Форма молекул и их размер, а также взаимоположение и взаимодействие могут определять вязкость жидкости. Также влияет их химическая структура.
Например, для органических соединений вязкость возрастает при наличии полярных циклов и групп.
Для насыщенных углеводородов – рост происходит при “утяжелении” молекулы вещества.
Сила вязкого трения
Сила вязкого трения F, действующая на жидкость, пропорциональна (в простейшем случае сдвигового течения вдоль плоской стенки) скорости относительного движения v тел и площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:
F→∝−v→⋅Sh{\displaystyle {\vec {F}}\propto -{\frac {{\vec {v}}\cdot S}{h}}}
Коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Этот закон был предложен Исааком Ньютоном в 1687 году и носит его имя (закон вязкости Ньютона). Экспериментальное подтверждение закона было получено в начале XIX века в опытах Кулона с крутильными весами и в экспериментах Хагена и Пуазёйля с течением воды в капиллярах.
Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.
Коэффициент — кинематическая вязкость
Для несжимаемых жидкостей коэффициент кинематической вязкости, вообще говоря, убывает с возрастанием температуры. В качестве иллюстрации здесь приведен график изменения коэффициента кинематической вязкости воды при изменении температуры ( фиг.
Часто приходится определять коэффициент кинематической вязкости воздуха для разных высот над уровнем моря.
Кроме того, применяют коэффициент кинематической вязкости v, который учитывает отношение сил вязкого сопротивления к силам инерции жидкости.
Согласно кинетической теории газов коэффициент кинематической вязкости пропорционален произведению средней квадратичной скорости теплового движения на среднюю длину свободного пробега.
С увеличением температуры жидкости коэффициент кинематической вязкости снижается, жидкость становится более подвижной, для перекачки ее по трубопроводу затрачивается меньше энергии.
Далее принято, что коэффициенты кинематической вязкости в обеих фазах равны ( е — 1) и объемы обеих фаз либо очень велики, либо равны между собой. Так как vx v.2, структура потоков в обеих фазах одинакова, и только коэффициенты молекулярной диффузии будут оказывать влияние на градиент концентрации на поверхности раздела фаз.
Шмидта, равное отношению коэффициента кинематической вязкости к коэффициенту диффузии, Pr v / x — число Прандтля, равное отношению коэффициента кинематической вязкости к коэффициенту температуропроводности.
Вязкость жидкости характеризуется также коэффициентом кинематической вязкости, т.е. отношением динамической вязкости к плотности жидкости. За единицу в этом случае принят м / с. На практике иногда пользуются понятием условной вязкости, представляющей собой отношение времени истечения из вискозиметра определенного объема жидкости ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 С.
В этих формулах v — коэффициент кинематической вязкости при температуре Т; v, v2 v3 v4 vs — известные значения вязкости; а а1 а2 аз Ь1 Ь2 Ь3 Ь4 — коэффициенты, определяемые из приведенных формул, если известны вязкости при двух или трех температурах; и — коэффициент крутизны вискограммы.
Скорость потока воздуха w и коэффициент кинематической вязкости воздуха ( или жидкости) берут из таблиц.
Перегрев приводит к значительному снижению коэффициентов кинематической вязкости и поверхностного натяжения, что сопровождается увеличением дисперсности и однородности образующейся капельной системы.
Здесь v TI / PO — коэффициент кинематической вязкости, a v — единичный вектор, направленный по вертикали вверх.
Обычно задается диаметр трубы d, коэффициент кинематической вязкости жидкости v и потребный объемный расход.
|
Динамическая вязкость масел. 1 — АКпЮ. 2 — турбинное 46. g — индустриальное 45. 4 — турбинное 30 и индустриальное 80. 5 — турбинное 22. 6 — индустриальное 20. |
В справочных таблицах и стандартах на масла указывается коэффициент кинематической вязкости, или просто кинематическая вязкость v в сантистоксах ( ест), а в гидродинамических расчетах подшипников, направляющих и пр.
Вязкость аморфных материалов
Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс:
η(T)=A⋅exp(QRT),{\displaystyle \eta (T)=A\cdot \exp \left({\frac {Q}{RT}}\right),}
где:
- Q{\displaystyle Q} — энергия активации вязкости (Дж/моль);
- T{\displaystyle T} — температура (К);
- R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К);
- A{\displaystyle A} — некоторая постоянная.
Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q{\displaystyle Q} изменяется от большой величины QH{\displaystyle Q_{H}} при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину QL{\displaystyle Q_{L}} при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда (QH−QL)<QL{\displaystyle \left(Q_{H}-Q_{L}\right)<Q_{L}}, или ломкие, когда (QH−QL)≥QL{\displaystyle \left(Q_{H}-Q_{L}\right)\geq Q_{L}}. Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса RD=QHQL{\displaystyle R_{D}={\frac {Q_{H}}{Q_{L}}}}: сильные материалы имеют RD<2{\displaystyle R_{D}<2}, в то время как ломкие материалы имеют RD≥2{\displaystyle R_{D}\geq 2}.
Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением:
η(T)=A1⋅T⋅1+A2⋅expBRT⋅1+CexpDRT{\displaystyle \eta (T)=A_{1}\cdot T\cdot \left\cdot \left}
с постоянными A1{\displaystyle A_{1}}, A2{\displaystyle A_{2}}, B{\displaystyle B}, C{\displaystyle C} и D{\displaystyle D}, связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.
В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования Tg{\displaystyle T_{g}} это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.
Вязкость
Если температура существенно ниже температуры стеклования T<Tg{\displaystyle T<T_{g}}, двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса
η(T)=ALT⋅exp(QHRT),{\displaystyle \eta (T)=A_{L}T\cdot \exp \left({\frac {Q_{H}}{RT}}\right),}
с высокой энергией активации QH=Hd+Hm{\displaystyle Q_{H}=H_{d}+H_{m}}, где Hd{\displaystyle H_{d}} — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а Hm{\displaystyle H_{m}} — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T<Tg{\displaystyle T<T_{g}} аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.
При T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}} двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса
η(T)=AHT⋅exp(QLRT),{\displaystyle \eta (T)=A_{H}T\cdot \exp \left({\frac {Q_{L}}{RT}}\right),}
но с низкой энергией активации QL=Hm{\displaystyle Q_{L}=H_{m}}. Это связано с тем, что при T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}} аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.
Вязкость некоторых веществ
Для авиастроения и судостроения наиболее важно знать вязкости воздуха и воды.
Вязкость воздуха
Зависимость вязкости сухого воздуха от давления при температурах 300, 400 и 500 K
Вязкость воздуха зависит в основном от температуры.
При 15,0 °C вязкость воздуха составляет 1,78⋅10−5 кг/(м·с) = 17,8 мкПа·с = 1,78⋅10−5 Па·с. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью программ расчёта вязкостей газов.
Вязкость воды
Зависимость динамической вязкости воды от температуры в жидком состоянии (Liquid Water) и в виде пара (Vapor)
Динамическая вязкость воды составляет 8,90·10−4 Па·с при температуре около 25 °C. Как функция температуры: T = A × 10B/(T−C), где A = 2,414·10−5 Па·с, B = 247,8 K, C = 140 K.
Значения динамической вязкости жидкой воды при разных температурах вплоть до точки кипения приведены в таблице:
| Температура, °C | Вязкость, мПа·с |
|---|---|
| 10 | 1,308 |
| 20 | 1,002 |
| 30 | 0,7978 |
| 40 | 0,6531 |
| 50 | 0,5471 |
| 60 | 0,4668 |
| 70 | 0,4044 |
| 80 | 0,3550 |
| 90 | 0,3150 |
| 100 | 0,2822 |
Динамическая вязкость разных веществ
Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости некоторых ньютоновских жидкостей:
| Газ | при 0 °C (273 K), мкПа·с | при 27 °C (300 K), мкПа·с |
|---|---|---|
| воздух | 17,4 | 18,6 |
| водород | 8,4 | 9,0 |
| гелий | 20,0 | |
| аргон | 22,9 | |
| ксенон | 21,2 | 23,2 |
| углекислый газ | 15,0 | |
| метан | 11,2 | |
| этан | 9,5 |
| Жидкость | Вязкость, Па·с | Вязкость, мПа·с |
|---|---|---|
| ацетон | 3,06·10−4 | 0,306 |
| бензол | 6,04·10−4 | 0,604 |
| кровь (при 37 °C) | (3—4)·10−3 | 3—4 |
| касторовое масло | 0,985 | 985 |
| кукурузный сироп | 1,3806 | 1380,6 |
| этиловый спирт | 1.074·10−3 | 1.074 |
| этиленгликоль | 1,61·10−2 | 16,1 |
| глицерин (при 20 °C) | 1,49 | 1490 |
| мазут | 2,022 | 2022 |
| ртуть | 1,526·10−3 | 1,526 |
| метиловый спирт | 5,44·10−4 | 0,544 |
| моторное масло SAE 10 (при 20 °C) | 0,065 | 65 |
| моторное масло SAE 40 (при 20 °C) | 0,319 | 319 |
| нитробензол | 1,863·10−3 | 1,863 |
| жидкий азот (при 77K) | 1,58·10−4 | 0,158 |
| пропанол | 1,945·10−3 | 1,945 |
| оливковое масло | 0,081 | 81 |
| пек | 2,3·108 | 2,3·1011 |
| серная кислота | 2,42·10−2 | 24,2 |
| вода | 8,94·10−4 | 0,894 |
Вязкость аморфных материалов
Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс:
- η(T)=Aexp(QRT),{\displaystyle \eta (T)=A\exp \left({\frac {Q}{RT}}\right),}
где
- Q{\displaystyle Q} — энергия активации вязкости (Дж/моль);
- T{\displaystyle T} — температура (К);
- R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К);
- A{\displaystyle A} — некоторая постоянная.
Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q{\displaystyle Q} изменяется от большой величины QH{\displaystyle Q_{H}} при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину QL{\displaystyle Q_{L}} при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда (QH−QL)<QL{\displaystyle (Q_{H}-Q_{L})<Q_{L}}, или ломкие, когда (QH−QL)⩾QL{\displaystyle (Q_{H}-Q_{L})\geqslant Q_{L}}. Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса RD=QHQL{\displaystyle R_{D}={\frac {Q_{H}}{Q_{L}}}}: сильные материалы имеют RD<2{\displaystyle R_{D}<2}, в то время как ломкие материалы имеют RD⩾2{\displaystyle R_{D}\geqslant 2}.
Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением
- η(T)=A1T(1+A2expBRT)(1+CexpDRT){\displaystyle \eta (T)=A_{1}T\left(1+A_{2}\exp {\frac {B}{RT}}\right)\left(1+C\exp {\frac {D}{RT}}\right)}
с постоянными A1{\displaystyle A_{1}}, A2{\displaystyle A_{2}}, B{\displaystyle B}, C{\displaystyle C} и D{\displaystyle D}, связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.
В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования Tg{\displaystyle T_{g}} это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.
Пример вязкости стёкол
Если температура существенно ниже температуры стеклования, T<Tg{\displaystyle T<T_{g}}, двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса
- η(T)=ALTexp(QHRT){\displaystyle \eta (T)=A_{L}T\exp \left({\frac {Q_{H}}{RT}}\right)}
с высокой энергией активации QH=Hd+Hm{\displaystyle Q_{H}=H_{d}+H_{m}}, где Hd{\displaystyle H_{d}} — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а Hm{\displaystyle H_{m}} — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T<Tg{\displaystyle T<T_{g}} аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.
При T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}} двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса
- η(T)=AHTexp(QLRT),{\displaystyle \eta (T)=A_{H}T\exp \left({\frac {Q_{L}}{RT}}\right),}
но с низкой энергией активации QL=Hm{\displaystyle Q_{L}=H_{m}}. Это связано с тем, что при T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}} аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.
Вискозиметры
Вязкость измеряется в градусах Энглера (°Е), универсальных секундах Сейболта («SUS) или градусах Редвуда (°RJ) в зависимости от типа применяемого вискозиметра. Три типа вискозиметров отличаются только количеством вытекающей жидкой среды.
Вискозиметр, измеряющий вязкость в европейской единице градус Энглера (°Е), рассчитан на 200 см 3 вытекающий жидкой среды. Вискозиметр, измеряющий вязкость в универсальных секундах Сейболта («SUS или «SSU), используемый в США, содержит 60 см 3 испытываемой жидкости. В Англии, где используются градусы Редвуда (°RJ), вискозиметр проводит измерения вязкости 50 см 3 жидкости. Например, если 200 см 3 определенного масла течет в десять раз медленнее, чем аналогичный объем воды, то вязкость по Энглеру составляет 10°Е.
Поскольку температура является ключевым фактором, изменяющим коэффициент вязкости, то измерения обычно проводятся сначала при постоянной температуре 20°С, а затем при более высоких ее значениях. Результат, таким образом, выражается путем добавления соответствующей температуры, например: 10°Е/50°С или 2,8°Е/90°С. Вязкость жидкости при 20°С выше, чем ее вязкость при более высоких температурах. Гидравлические масла имеют следующую вязкость при соответствующих температурах:
190 сСт при 20°С = 45,4 сСт при 50°С = 11,3 сСт при 100°С.
