Реологические свойства свободнодисперсных систем. Уравнения Ньютона и Эйнштейна. Неньютоновские жидкости

		Химия
		Решение задачи
		18 февраля 2021
		Выполнен, номер заказа №16951
		Прошла проверку преподавателем МГУ
		245 руб.

Реологические свойства свободнодисперсных систем. Уравнения Ньютона и Эйнштейна. Неньютоновские жидкости.

Ответ:

Структурированные системы занимают промежуточное положение между жидкостью (жидкообразными телами) и твердым телом (твердообразными телами). В зависимости от различных факторов: концентрации, взаимодействия частиц дисперсной фазы и так далее, они могут проявлять как свойства жидкости, так и свойства твердого тела. Течение жидкообразных тел происходит при сколь угодно малых значениях предела текучести, то есть при РT = 0, а твердообразных - при РТ>0. По значению РТ можно характеризовать реологию структурированных систем. Для них основным видом деформации является деформация сдвига. Как известно, течение жидкообразных тел подчиняется закону Ньютона: напряжение сдвига пропорционально скорости деформации при сдвиге:  где η - вязкость жидкости; скорость деформации (изменение деформации во времени) или скорость течения жидкости. В уравнении Ньютона роль коэффициента пропорциональности играет вязкость (или внутреннее трение), которая является важнейшим свойством, характеризующим структуру любой дисперсной системы. Она является реологической константой и определяет способность жидкости сопротивляться течению. Величина, обратная вязкости называется текучестью. Для течения идеальных жидкостей из капилляра Пуазейль предложил уравнение, которое является частным случаем уравнения Ньютона: где K – постоянная капилляра; P – давление течения; τ - время течения из капилляра. Согласно Пуазейля вязкость не зависит от давления, так как с ростом Р во столько же раз уменьшается. По законам Ньютона и Пуазейля вязкость не должна зависеть от внешнего давления только в ламинарном потоке. В условиях турбулентности вязкость начинает увеличиваться с ростом давления, и основные законы вязкого течения оказываются не применимыми. Вязкость дисперсных систем отличается от вязкости дисперсионной среды за счет заполнения части растворителя дисперсной фазой. Вязкость таких систем растет по мере увеличения концентрации дисперсной фазы. Если концентрация дисперсной фазы невелика и столкновение частиц исключается, то для определения вязкости можно пользоваться формулой Эйнштейна:  вязкость дисперсной системы и дисперсионной среды; коэффициент, учитывающий форму частиц (для сферических частиц Vоб - объемная концентрация дисперсной фазы В соответствии с уравнением Эйнштейна, вязкость дисперсной системы увеличивается по мере увеличения объемной концентрации. Уравнение Эйнштейна справедливо, если концентрация дисперсной фазы не превышает 6 %. При увеличении Vоб до 30 % можно пользоваться формулой, которая отличается от уравнения Эйнштейна последним членом:  Из этого уравнения видно, что, по мере увеличения концентрации дисперсной фазы линейная зависимостьнарушается в условиях взаимного столкновения частиц, однако при данной концентрации вязкость остается постоянной. Подобные системы, подчиняющиеся уравнениям Ньютона, Пуазейля и Эйнштейна, называются нормальными или ньютоновскuми. Для структурированных систем наблюдается отклонение от теоретической зависимости уже при малых концентрациях. Они не подчиняются законам Ньютона, Пуазейля и Энштейна и называются аномальными или неньютоновскими. Такое деление на ньютоновские и неньютоновские материалы не совсем верно, так как часть деформации любого материала может быть описана уравнением Ньютона. Правильнее деление текучих материалов на ньютоновские и неньютоновские проводить по признаку зависимости или независимости вязкости  от напряжения сдвига Р. По сравнению с обычными (неструктурированными) жидкостями, структурированные системы обладают повышенной вязкостью, хотя вязкость и не является критерием структурообразования. Наличие структуры изменяет характер течения жидкости. Поэтому исследование кривых зависимости скорости течения  от приложенного внешнего напряжения Р позволяет изучать структурообразование в системе. Для чистых бесструктурных жидкостей между и Р наблюдается линейная зависимость с постоянным наклоном, соответствующим постоянной вязкости Для структурированных - характерны кривые с переменной вязкостью зависящей от Р. При малых напряжениях (Р < Рт) наблюдается медленное течение с малым наклоном. Это течение происходит при большой вязкости системы, соответствующей неразрушенной структуре, и называется ползучестью. Далее идет возрастание скорости течения, соответствующее разрушению структуры. Вязкость системы снижается, а скорость движения системы увеличивается.