Este imposibil să ne imaginăm lumea din jurul nostru fără lichide. Proprietățile oricăreia dintre ele includ capacitatea de a curge sub influența gravitației, menține volumul chiar și la presiuni foarte mari, abilitatea de a fierbe, menținerea temperaturii constante și multe altele. În acest articol, vom ține cont de fluiditatea lichidelor și de viscozitatea lor.
Fluiditatea diferitelor lichide este diferită. De exemplu, apa din fierbător, chiar și cu un nas îngust, va curge în mai puțin de un minut și, spre exemplu, laptele sau laptele condensat se va revărsa mult mai încet. Fluiditatea aceluiași fluid este, de asemenea, instabilă - poate varia în funcție de temperatură. De exemplu, miere de încălzire, observăm că a devenit mai fluidă. Un exemplu de tehnologie: dacă motorul mașinii nu este încălzit mult timp, uleiul de lubrifiere se îngroațează și fluiditatea acestuia va scădea, ceea ce va duce la o deteriorare semnificativă a caracteristicilor sale de lubrifiere. Prin urmare, substanțele speciale sunt adăugate uleiului, făcându-l să curgă bine chiar și la temperaturi scăzute și cu întreruperi în funcționarea motorului.
Fluiditatea fluidului se datorează mobilității particulelor sale (molecule, atomi, ioni) relativ una față de cealaltă. Diferitele fluidități ale diferitelor lichide se explică prin mobilitatea inegală a diferitelor particule. Dacă moleculele lichidului sunt complexe, ele au o structură "ramificată", atunci mobilitatea reciprocă este scăzută, deoarece "ramurile" creează obstacole reciproce pentru mutarea particulelor unul la celălalt.
Schimbarea fluidității aceluiași lichid când temperatura variază este explicată prin modificarea dimensiunilor interstițiilor dintre particulele sale. De exemplu, pe măsură ce crește temperatura, distanțele dintre particulele de fluid cresc, ceea ce facilitează mișcările lor transversale.
Cum se măsoară și cuantifică fluiditatea diferitelor lichide? Cea mai simplă cale este măsurarea timpului de curgere a unui volum cunoscut de lichid printr-un tub îngust (capilar) cu o diferență de presiune cunoscută la intrarea și evacuarea tubului. În consecință, unitatea utilizată pentru astfel de măsurători este 1 Pa · s (pascal-secundă).
Figura arată un dispozitiv care realizează această metodă - un viscozimetru capilar. Cu ajutorul acestuia este posibil să se efectueze măsurători în intervalul de la 10 μPa la 10 kPa. Cel mai simplu viscozimetru capilar este un vas cu un anumit volum cu capilar (partea superioară a figurii). Fluidul turnat în vas sub influența gravitației și, prin urmare, o anumită scădere de presiune P urmează printr-un capilar cu diametrul 2R și lungimea L în alt vas.
Denumirea dispozitivului "Viscozimetru" (din viscoză latină - vâscos) subliniază faptul că fluiditatea și viscozitatea sunt concepte interdependente. Cu cât este mai mare vâscozitatea, cu atât mai puțin fluiditatea și viceversa. Dacă, de exemplu, se amestecă diferite lichide cu un baston sau cu o lingură, va apărea rezistența la mișcarea lor. Apare atunci când unele straturi de lichid sunt deplasate în raport cu altele și se numește frecare internă. Aceasta se explică prin faptul că particulele de fluid sunt mobile, prin urmare, energia cinetică primită de la obiectul în mișcare străină este transferată către alte particule. Ca urmare a transferului de energie către straturile de lichid care anterior erau în repaus, stratul agitat pierde energia primită de la obiectul în mișcare. Aceasta este percepută de noi ca rezistență la mișcare.
În fizică, în loc de conceptul de "fluiditate", termenul cu sens diferit - viscozitate este folosit mai des. Prin aceasta se înțelege capacitatea lichidelor de a rezista mișcării unei părți (strat) relativ la o altă parte (strat).
Să considerăm mișcarea unei sfere într-un lichid. Stratul de lichid imediat adiacent mingei se va deplasa cu aceeași viteză ca și bila: stratul cel mai subțire de lichid va fi antrenat de bilele în mișcare. Pe măsură ce vă deplasați, straturile de lichid se vor deplasa cu viteze tot mai mici, care vor deveni zero la pereții staționari ai vasului. Se va forma forța totală de frecare (rezistență la mișcare), în principal datorită forțelor de frecare ale numeroaselor straturi de lichid condiționate unul față de celălalt, iar forța de frecare împotriva mingii poate fi neglijată. Acest principiu se bazează pe vâscozimetri cu bilă. Baza designului lor este o scufundare cu bilă într-un tub cu un lichid. Viscozimetrul măsoară timpul pentru care mingea trece o anumită distanță. Apoi, conform tabelelor speciale, este efectuat calculul vâscozității.
Vâscozitatea este o caracteristică importantă a substanțelor. Valoarea vâscozității trebuie luată în considerare la pomparea lichidelor prin conducte. Vâscozitatea metalelor topite și zgurii este foarte semnificativă în procesul de fabricare a oțelului. Vâscozitatea este adesea judecată în ceea ce privește pregătirea sau calitatea produselor sau a produselor semifabricate, deoarece vâscozitatea este strâns legată de structura substanței și reflectă acele modificări ale substanțelor care apar în timpul proceselor tehnologice.
Viscozimetrele sunt utilizate în diferite domenii ale științei și tehnologiei. De exemplu, pentru a măsura vâscozitatea uleiului și a produselor petroliere, medicamente, sânge uman și alte lichide. Acest lucru ne permite să judecăm indirect alte caracteristici ale lichidelor care nu sunt măsurate printr-o metodă simplă. Este important să ne amintim că vâscozitatea, precum și fluiditatea, variază foarte mult cu fluctuațiile de temperatură. Prin urmare, trebuie efectuate măsurători, respectând constanța temperaturii.