Вода - удивительная жидкость, свойства которой во многом определяют жизнь на Земле. Одним из важных показателей является вязкость воды. Она влияет на процессы в природе, технике, быту. Давайте разберемся, как меняется этот параметр и от чего зависит.
Определение вязкости воды и единицы измерения
Вязкость воды - это ее свойство оказывать сопротивление перемещению слоев жидкости относительно друг друга. Это проявление внутреннего трения воды. В результате часть энергии движения рассеивается в виде тепла.
Вязкость воды можно рассчитать по формуле:
τ = μ*du/dy
Где:
- τ - касательное напряжение трения между слоями жидкости, Па
- μ - динамический коэффициент вязкости воды, Па*с
- du/dy - градиент скорости сдвига слоев жидкости, с^-1
Различают несколько видов вязкости:
- Динамическая вязкость
- Кинематическая вязкость
- Объемная вязкость
Динамическая и кинематическая вязкости характеризуют сопротивление сдвиговым деформациям. Объемная - сопротивление сжатию или расширению объема.
Единицы измерения вязкости воды:
| Система СИ | Система СГС |
| Динамическая вязкость: Па*с | Динамическая вязкость: П (пуаз) |
| Кинематическая вязкость: м2/с | Кинематическая вязкость: Ст (стокс) |
Соотношения между единицами:
- 1 Па*с = 10 П
- 1 сП = 10-3 Па*с = 1 мПа*с
- 1 Ст = см2/с = 10-4 м2/с
- 1 сСт = 1 мм2/с = 10-6 м2/с
Если сравнить вязкость воды с другими жидкостями, то она меньше, чем у масел, крови, растворов солей. Но больше, чем у органических жидкостей или сжиженных газов.
Как меняется вязкость воды с температурой
Вязкость воды сильно зависит от ее температуры. С повышением температуры вязкость воды уменьшается, а при охлаждении - возрастает. Это связано с изменением интенсивности теплового движения молекул H2O.
На графике ниже приведена зависимость динамической вязкости воды от температуры в интервале 0-100°С:
Как видно, разница достигает почти 3 раз между ледяной водой и водой у точки кипения. Это важно учитывать в расчетах и технологиях.
Влияние давления и других факторов
Помимо температуры, на вязкость воды влияет давление. Повышение давления приводит к небольшому росту вязкости. Также на этот показатель воздействует растворенные вещества, газы, соли.
Например, морская вода с высокой минерализацией обладает повышенной вязкостью по сравнению с пресной.
Методы измерения вязкости воды
Для определения вязкости воды используют специальные приборы - вискозиметры. Существует несколько разновидностей таких приборов.
Наиболее распространен вискозиметр Оствальда с узким капилляром. Принцип работы основан на измерении времени истечения фиксированного объема жидкости под действием силы тяжести.
Значение вязкости воды в технике и технологиях
Знание вязкости воды необходимо во многих инженерных расчетах - при проектировании трубопроводов, насосов, теплообменников.
Также этот показатель нужно учитывать в химических, пищевых и других технологиях, где используется вода. Например, при выборе температурных режимов процесса.
Вязкость воды в быту и природных процессах
В повседневной жизни мы тоже сталкиваемся с проявлениями вязкости воды. Например, горячая вода быстрее стекает с ложки, чем холодная.
В природе вязкость влияет на движение воды в реках, течениях. От нее зависит сопротивление водных растений и организмов потоку.
Температурная зависимость вязкости воды
Как уже отмечалось, вязкость воды сильно меняется с температурой. При повышении температуры на каждые 10 градусов вязкость падает примерно на 20%. Такая закономерность сохраняется вплоть до точки кипения.
Ниже приведена таблица значений динамической вязкости воды при различных температурах:
| Температура, °C | Вязкость, мПа*с |
|---|---|
| 0 | 1,787 |
| 10 | 1,307 |
| 20 | 1,002 |
| 30 | 0,801 |
| 40 | 0,658 |
| 50 | 0,547 |
| 60 | 0,467 |
| 70 | 0,404 |
| 80 | 0,355 |
| 90 | 0,315 |
| 100 | 0,282 |
Влияние давления и примесей на вязкость
Давление также оказывает воздействие на вязкость воды, хоть и не столь существенное. Повышение давления в 2-3 раза может увеличить вязкость примерно на четверть.
Присутствие в воде растворенных веществ, солей, газов приводит к заметному росту вязкости. Особенно сильный эффект наблюдается при высокой минерализации.
Практическое применение данных о вязкости
Знания о вязкости воды применяются во многих областях:
- Инженерные расчеты гидросистем
- Химические и пищевые производства
- Энергетика, теплотехника
- Медицина и фармацевтика
- Сельское хозяйство
- Экологический мониторинг
Учет особенностей вязкости воды позволяет оптимизировать процессы, снизить затраты энергии и ресурсов.
Измерение вязкости в лабораторных условиях
Для определения вязкости воды в лаборатории или на производстве используют вискозиметры. Стандартным является стеклянный капиллярный вискозиметр Оствальда.
Процедура измерения включает следующие этапы:
- Заполнение вискозиметра испытуемой жидкостью
- Термостатирование до нужной температуры
- Измерение времени истечения объема жидкости
- Расчет вязкости
