Жидкости, их виды и свойства.

ЯГМА

Медицинская физика

Лечебный факультет

Курс

Семестр

Поток

Лекция №7.

«Реология»

Составил: Бабенко Н.И.

Г.

1. РЕОЛОГИЯ.

Реология(реос- поток, логос – учение) – это раздел физики о течении и деформации жидких, твердых и газообразных сред и их механическом поведении под воздействием внешних сил. Термин реология ввел американский ученый Бингам, что официально утверждено в 1929 году.

Основные понятия реологии:

1. Деформация – явление смещения условных частиц (микрообъемов) среды, под действием внешних сил без нарушения целостности среды. Деформации подразделяют на:

- упругие, при которых форма восстанавливается после снятия действия силы;

- пластические, при которых форма не восстанавливается после снятия действия силы;

- остаточные, при которых форма восстанавливается частично.

2. Течение – вид деформации, которые продолжающиеся непрерывно с определенной скоростью под действием внешней силы.

3. Пластичность – способность деформироваться, как при быстром так и при медленном действии силы.

4. Ползучесть – способность деформироваться при медленном действии силы.

5. Вязкость – способность среды оказывать сопротивление при перемещении условных частиц среды относительно друг друга.

6. Напряжение сдвига – это отношение силы сопротивления, возникающей при сдвиге слоев, к площади слоев.

t=F/S

[H/м²=Па] (t-тау)

 

 

7 .Градиент скорости (скорость сдвига) -это отношение разности скоростей соприкасающихся слоёв к расстоянию между осями слоёв.

 

g= ∆u/∆х

[м/с·м=1/с=с¹ ] (g-гамма пунктум)

 

С= Q / m·ÙT [Дж/кг·К]

ЖИДКОСТИ, ИХ ВИДЫ И СВОЙСТВА.

Жидкость – это одно из агрегатных состояний вещества. Свойства:

а) Молекулы жидкости находятся на расстояниях для которых характерны силы межмолекулярного взаимодействия.

б) Жидкость принимает форму сосуда, занимая ее нижнюю часть.

в) Жидкость не сохраняет форму, но сохраняет объем в условиях действия силы гравитации.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ:

1. По постоянству физических характеристик в разных направлениях:

- изотропные (характеристики одинаковы во всех направлениях) – вода, лимфа.

- анизотропные (характеристики различны во всех направлениях) – жидкое масло.

 

2. По отношению к законам течения Ньютона:

- ньютоновские – подчиняются закону Ньютона (вода, неоганические растворы, низкомолекулярные органические жидкости)

- неньютоновские – не подчиняются закону Ньютона (цельная кровь, как суспензия форменных элементов в плазме).

 

3. По электропроводности:

- проводящие (кровь, раствор поваренной соли);

- непроводящие (жидкое масло).

 

4. По наличию поверхности фазового раздела:

- истинные жидкости, где отсутствует поверхность раздела между составными частями жидкости. Они прозрачны, молекулы двух разных веществ полностью перемешиваются между собой

- квазижидкости, где есть граница раздела между составными частями (пена, эмульсии, суспензии).

В жидкости разделяют дисперсную среду и дисперсную фазу.

Пена - смесь жидкости с газом.

Дисперсная среда – это жидкость, а дисперсная фаза – это газ.

Эмульсия – несмешивающаяся жидкость (сметана или сыворотка). Нет дисперсной фазы и дисперсной среды.

Суспензия – смесь жидкости с твердым веществом

Дисперсная среда – это жидкость, дисперсная фаза – это твердое тело (цельная кровь)

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИДКОСТИ.

1. Объем “V” [м ³]

2. Масса “m” [кг]

3. Плотность “r “ [кг/м³]

4. Вязкость - способность жидких сред оказывать сопротивление при перемещении их условных частиц относительно друг друга.

5. Удельная теплоемкость – величина, численно равная количеству теплоты, необходимой для нагревания одного килограмма массы вещества на один градус Кельвина.

ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДСА.

Режим течения жидкости (ламинарный или турбулентный) можно определить с помощью числа Рейнольдса. Пусть в трубке диаметра d течет жидкость плотностью r со скоростью u. Число Рейнольдса Re – это безразмерная величина

Re = r·u·d/h, где

r - плотность жидкости,

u - скорость течения жидкости,

D - диаметр трубы, по которой течет жидкость,

h - коэффициент абсолютной (динамической)

вязкости.

Для каждой жидкости экспериментальным путем найдено критическое значение числа Рейнольдса.

Если вычисленное число Рейнольдса больше критического значения Reкр, то течение турбулентное.

Если вычисленное число Рейнольдса меньше критического значения Reкр, то течение ламинарное.

Если Re = Rекр переходный режим от ламинарного к турбулентному и наоборот.

Для крови Reкр=1000, для воды Reкр=2300.

Если: Re >Rекр - течение крови турбулентное

Re<Rекр - течение крови ламинарное

Re = Rекр- переходный режим от ламинарного к турбулентному.

 

При ламинарном течении сопротивление нарастает линейно с увеличением скорости.

При турбулентном - сопротивление прямо пропорционально квадрату скорости (u²).

 

 

ЗАКОН ГАГЕНА – ПУАЗЕЙЛЯ

И СЛЕДСТВИЯ ИЗ НЕГО.

 

В 1839 г. Гаген, а затем в 1841 г. Пуазейль независимо друг от друга установили, что объемный расход ламинарно текущей жидкости (Q=V/t) прямо пропорционален разности давлений на концах трубки тока и радиусу этой трубки в «4-ой» степени и обратно пропорционален длине трубки и коэффициенту динамической вязкости.

 

Q=(p/8)(∆ p· )/ l·h

Q» ∆p· /l·h Þ - закон Гагена-Пуазейля.

 

Следствия:

! 1⁰ Т.к Q~ , то при незначительном уменьшении радиуса трубки, будет значительно уменьшаться количество жидкости, прошедшей через сечение.

 

! 2⁰ Линейная скорость течения жидкости «u» будет прямопропорциональна квадрату радиуса трубки «r²».

u= ∆p·r²/8·h·l

Q=(p/8)·(∆ p· ) /h·l V/t=(p/8)·(∆ p· /h·l)

Q=V/t S·l/t=(p/8)(∆p· /h·l)

V=S·l p·r²u=(p/8)(∆p· /h·l)

S=pr²

 

 

3⁰ Время прохождения равных объемов жидкостей через трубки одинакового сечения тем больше, чем больше вязкость жидкости.

 

V/t1=(p/8)·(∆p· )/l·h1 V/t2=(p/8)·(∆p· )/l·h2

 

η1/t1=(π/8)·(∆p· /)l·V η2/t2=(π/8)·(∆p· )/l·V

t1/t2=η1/η2

η1/t1=η2/t2

 

 

4⁰ Расстояния, пройденные одинаковыми объемами разных жидкостей по трубкам одного сечения обратно пропорциональны их вязкости.

 

V/t=(π/8)·(∆p· )/l1·η1 V/t=(π/8)·(∆p· )/l2·η2

l1·η1=(π/8)·(∆p· ·t)/V l2·η2=(π/8)·(∆p· ·t)/V

l1/l2=η2/η1

l1·η1=l2·η2

 

 

НЬЮТОНОВСКИЕ ЖИДКОСТИ

 

 

t h

 

 

 

для воды

 

0 0

нет предела текучести “h” не зависит от “ “

 

 

Неньютоновские жидкости имеют 3 разновидности:

а) Пластические – обладают пределом текучести t₀, коэффициент вязкости h не зависит от градиента скорости .

 

τ η

Пас

 

 

α

τ0

 

0 0

б ) Псевдопластические – имеют предел текучести “t₀”, коэф. вязкости зависит от градиента скорости: он уменьшается до определенного значения, а затем остается постоянным.

 

 

η

τ Пас

 

Па

 

t₀

 

ЯГМА

Медицинская физика

Лечебный факультет

Курс

Семестр

Поток

Лекция №7.

«Реология»

Составил: Бабенко Н.И.

Г.

1. РЕОЛОГИЯ.

Реология(реос- поток, логос – учение) – это раздел физики о течении и деформации жидких, твердых и газообразных сред и их механическом поведении под воздействием внешних сил. Термин реология ввел американский ученый Бингам, что официально утверждено в 1929 году.

Основные понятия реологии:

1. Деформация – явление смещения условных частиц (микрообъемов) среды, под действием внешних сил без нарушения целостности среды. Деформации подразделяют на:

- упругие, при которых форма восстанавливается после снятия действия силы;

- пластические, при которых форма не восстанавливается после снятия действия силы;

- остаточные, при которых форма восстанавливается частично.

2. Течение – вид деформации, которые продолжающиеся непрерывно с определенной скоростью под действием внешней силы.

3. Пластичность – способность деформироваться, как при быстром так и при медленном действии силы.

4. Ползучесть – способность деформироваться при медленном действии силы.

5. Вязкость – способность среды оказывать сопротивление при перемещении условных частиц среды относительно друг друга.

6. Напряжение сдвига – это отношение силы сопротивления, возникающей при сдвиге слоев, к площади слоев.

t=F/S

[H/м²=Па] (t-тау)

 

 

7 .Градиент скорости (скорость сдвига) -это отношение разности скоростей соприкасающихся слоёв к расстоянию между осями слоёв.

 

g= ∆u/∆х

[м/с·м=1/с=с¹ ] (g-гамма пунктум)

 

С= Q / m·ÙT [Дж/кг·К]

ЖИДКОСТИ, ИХ ВИДЫ И СВОЙСТВА.

Жидкость – это одно из агрегатных состояний вещества. Свойства:

а) Молекулы жидкости находятся на расстояниях для которых характерны силы межмолекулярного взаимодействия.

б) Жидкость принимает форму сосуда, занимая ее нижнюю часть.

в) Жидкость не сохраняет форму, но сохраняет объем в условиях действия силы гравитации.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ:

1. По постоянству физических характеристик в разных направлениях:

- изотропные (характеристики одинаковы во всех направлениях) – вода, лимфа.

- анизотропные (характеристики различны во всех направлениях) – жидкое масло.

 

2. По отношению к законам течения Ньютона:

- ньютоновские – подчиняются закону Ньютона (вода, неоганические растворы, низкомолекулярные органические жидкости)

- неньютоновские – не подчиняются закону Ньютона (цельная кровь, как суспензия форменных элементов в плазме).

 

3. По электропроводности:

- проводящие (кровь, раствор поваренной соли);

- непроводящие (жидкое масло).

 

4. По наличию поверхности фазового раздела:

- истинные жидкости, где отсутствует поверхность раздела между составными частями жидкости. Они прозрачны, молекулы двух разных веществ полностью перемешиваются между собой

- квазижидкости, где есть граница раздела между составными частями (пена, эмульсии, суспензии).

В жидкости разделяют дисперсную среду и дисперсную фазу.

Пена - смесь жидкости с газом.

Дисперсная среда – это жидкость, а дисперсная фаза – это газ.

Эмульсия – несмешивающаяся жидкость (сметана или сыворотка). Нет дисперсной фазы и дисперсной среды.

Суспензия – смесь жидкости с твердым веществом

Дисперсная среда – это жидкость, дисперсная фаза – это твердое тело (цельная кровь)

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИДКОСТИ.

1. Объем “V” [м ³]

2. Масса “m” [кг]

3. Плотность “r “ [кг/м³]

4. Вязкость - способность жидких сред оказывать сопротивление при перемещении их условных частиц относительно друг друга.

5. Удельная теплоемкость – величина, численно равная количеству теплоты, необходимой для нагревания одного килограмма массы вещества на один градус Кельвина.