Внутреннее трение

Внутреннее трение в твёрдых телах

Внутреннее трение

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Внутреннее трение в твёрдых телах — свойство твёрдых тел необратимо превращать в теплоту механич. энергию, сообщённую телу в процессах его деформирования, сопровождающихся нарушением в нём термодинамич. равновесия.

Внутреннее трение в твёрдых телах относится к числу неупругих, или релаксационных, свойств (см. Релаксация ),к-рые не описываются теорией упругости. Последняя основывается на скрытом допущении о квазистатич. характере (бесконечно малой скорости) упругого деформирования, когда в деформируемом теле не нарушается термодинамич. равновесие. При этом напряжение в к—л.

момент времени определяется значением деформации в тот же момент. Для линейного напряжённого состояния . Тело, подчиняющееся этому закону, наз. идеально упругим, M0 — статич. модуль упругости идеально упругого тела, соответствующий рассматриваемому типу деформации (растяжение, кручение). При периодич. деформировании идеально упругого тела находятся в одной фазе.

При деформировании с конечной скоростью в теле возникает отклонение от термодинамич. равновесия, вызывающее соответствующий релаксац. процесс (возвращение к равновесному состоянию), сопровождаемый диссипацией (рассеянием) упругой энергии, т. е. необратимым ее переходом в теплоту. Напр.

, при изгибе равномерно нагретой пластинки, материал к-рой расширяется при нагревании, растягиваемые волокна охлаждаются, сжимаемые — нагреваются, вследствие чего возникнет поперечный градиент температуры, т.е. упругое деформирование вызовет нарушение теплового равновесия.

Выравнивание температуры путём теплопроводности представляет релаксац. процесс, сопровождаемый необратимым переходом части упругой энергии в тепловую, чем объясняется наблюдаемое на опыте затухание свободных изгибных колебаний пластинки.

При упругом деформировании сплава с равномерным распределением атомов компонент может произойти перераспределение последних, связанное с различием их размеров. Восстановление равновесного распределения путём диффузии также представляет собой релаксац. процесс. Проявлениями неупругих, или релаксац.

, свойств, кроме упомянутых, являются упругое последействие в чистых металлах и сплавах, гистерезис упругий и др.

Деформация, возникающая в упругом теле, определяется не только приложенными к нему внешними механич. силами, но и изменениями температуры тела, его хим. состава, внешними магн. и электрич. полями (магнито- и электрострикция), размерами зёрен и т. д.

Рис. 1. Типичный релаксационный спектр твёрдого тела при комнатной температуре, связанный с процессами: I — анизотропного распределения растворённых атомов под действием внешних напряжений; II — в граничных слоях зёрен поликристаллов; III — на границах раздела двойников; IV — растворения атомов в сплавах; V — поперечных тепловых потоков; VI — межкристаллитных тепловых потоков.

Это приводит к многообразию релаксац. явлений, каждое из к-рых вносит свой вклад во внутреннее трение в твёрдых телах. Если в теле одновременно происходит несколько релаксац.

процессов, каждый из к-рых можно характеризовать своим временем релаксации , то совокупность всех времён релаксации отд. релаксац. процессов образует т. н. релаксац. спектр данного материала (рис.

1), к-рый характеризует данный материал при данных условиях; каждое структурное изменение в образце отражается характерным изменением релаксац. спектра.

Существует неск. феноменологич. теорий неупругих, или релаксац, свойств, к к-рым относятся: а) теория упругого последействия Больцмана — Вольтерры, отыскивающая такую связь между напряжением и деформацией, к-рая отображает предшествующую историю деформируемого тела: , где вид «функции памяти» остаётся неизвестной; б) метод реология, моделей, к-рый приводит к соотношениям типа:

Это линейное дифференц ур-ние деформации характеризует зависимость от времени и является основой для описания линейного вязкоупругого поведения твёрдого тела.

Рис. 2. Механическая модель Фохта, состоящая из параллельно соединенных пружины 1 и поршня в цилиндре 2, заполненном вязкой жидкостью.

Рис. 3. Модель Максвелла с последовательным соединением пружины 1 к поршня в цилиндре 2.

Явления, описываемые ур-ниями тина (1), моделируются механич. и электрич. схемами, представляющими последовательное и параллельное соединение упругих (пружины) и вязких (поршень в цилиндре с вязкой жидкостью) элементов или ёмкостей и активных сопротивлений. Наиб.

простые модели: параллельное соединение элементов, приводящее к зависимости (т. н. твёрдое тело Фохта — рис. 2), и последоват. соединение элементов (т. н. твёрдое тело Максвелла — рис. 3). Путём последоват. и параллельного соединения неск.

моделей Фохта и Максвелла с разными значениями жёсткости пружины и коэф.

вязкого сопротивления удаётся достаточно точно описать соотношения между напряжениями и деформациями в вязкоупругом теле; в) теория, основанная на термодинамике неравновесных состояний, к-рая для случая одного релаксац. процесса приводит к обобщению закона Гука:

где , а — материальная постоянная, имеющая размерность вязкости, — время релаксации. Для периодич. деформирования с циклич. частотой получается: , где

т. е. сдвинуты по фазе на угол :

где — т. н. дефект модуля, или полная степень релаксации; г) дислокационная теория внутреннего трения в твёрдых телах, согласно к-рой источником внутреннего трения в твёрдых телах является движение дислокаций, объясняет, напр.

, уменьшение внутреннего трения в твёрдых телах при введении примесей тем, что последние препятствуют движению дислокаций. Такое сопротивление движению дислокаций часто (по аналогии с вязкостью жидкостей) наз. вязким. внутреннее трение в сильно деформированных материалах объясняется взаимным торможением дислокаций и т д.

В качестве методов измерения внутреннего трения в твёрдых телах применяются: а) изучение затухания свободных колебаний (продольных, поперечных, крутильных, изгибных); б) изучение резонансной кривой для вынужденных колебаний; в) изучение затухания УЗ-импульса с длиной волны .

Мерами внутреннего трения в твёрдых телах служат: а) декремент колебаний , где — сдвиг фазы между напряжением и деформацией при упругих колебаниях, величина Q аналогична добротности электрич.

колебательного контура; в) относительное рассеяние упругой энергии за один период колебаний; г) ширина резонансной кривой , где — отклонение от резонансной частоты , при к-рой квадрат амплитуды вынужденных колебаний уменьшается в 2 раза. Разл. меры внутреннего трения в твёрдых телах при малых значениях затухания () связаны между собой:

Для исключения пластич. деформации амплитуда колебаний при измерениях должна быть настолько мала, чтобы Q-1 от неё не зависело.

Спектр релаксации можно получить, изменяя не частоту циклич. колебаний, а температуру.

При отсутствии релаксационных процессов в исследуемом интервале температур внутреннее трение в твёрдых телах монотонно растёт, а если такой процесс имеет место, то на кривой температурной зависимости появляется максимум (пик) внутреннего трения в твёрдых телах при температуре , где H-энергия активации релаксац. процесса, — материальная постоянная, — циклич. частота колебаний.

Методом свободных крутильных колебаний малой амплитуды и низкой частоты можно изучать растворимость и параметры диффузии атомов, образующих твёрдые растворы внедрения, фазовые превращения, кинетику и энергетич. характеристики распада пересыщенных твёрдых растворов и др.

Колебания от 5 кГц до 300 кГц пригодны для изучения движения границ ферромагнитных доменов, колебания около 30 МГц применены к исследованию в металле рассеяния колебаний кристаллич. решётки (фононов) электронами проводимости.

Изучение внутреннего трения в твёрдых телах — источник сведений о состояниях и процессах, возникающих в твёрдых телах, в частности в чистых металлах и сплавах, подвергнутых разд. механич. и тепловым обработкам.

Литература по внутреннему трению в твёрдых телах

  1. Постников В. С., Внутреннее трение в металлах, 2 изд., M., 1974;
  2. Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 3, ч. А — Влияние дефектов на свойства твердых тел, M., 1969;
  3. Новик А. С., Берри Б., Релаксационные явления в кристаллах, пер. с англ., M., 1975.

Б. H. Финкельштейн

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что «тёмная материя» — такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена.
Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть «темная материя» и «темная энергия», но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАРыцари теории эфира

Источник: http://bourabai.ru/physics/0522.html

Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения — Нефть

Внутреннее трение

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства котельных и дизельных топлив, нефтяных масел, ряда других нефтепродуктов. По значению вязкости судят о возможности распыления и прокачиваемости нефти и нефтепродуктов.

Различают динамическую, кинематическую, условную и эффективную (структурную) вязкость.

Динамической (абсолютной) вязкостью [μ], или внутренним трением, называют свойства реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Очевидно, это свойство проявляется при движении жидкости. Динамическая вязкость в системе СИ измеряется в [Н·с/м2].

Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев поверхностью 1 м2, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под действием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с. Учитывая, что 1 Н/м2 = 1 Па, динамическую вязкость часто выражают в [Па·с] или [мПа·с].

В системе СГС (CGS) размерность динамической вязкости — [дин·с/м2]. Эта единица называется пуазом (1 П = 0,1 Па·с).

Переводные множители для расчета динамической [μ] вязкости.

ЕдиницыМикропуаз (мкП)Сантипуаз (сП)Пуаз ([г/см·с])Па·с ([кг/м·с])кг/(м·ч)кг·с/м2
Микропуаз (мкП)110-410-61073,6·10-41,02·10-8
Сантипуаз (сП)104110-210-33,61,02·10-4
Пуаз ([г/см·с])10610211033,6·1021,02·10-2
Па·с ([кг/м·с])10710310133,6·1031,02·10-1
кг/(м·ч)2,78·1032,78·10-12,78·10-32,78·10-412,84·10-3
кг·с/м29,81·1079,81·1039,81·1029,81·1013,53·1041

Кинематической вязкостью [ν] называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости [μ] к ее плотности [ρ] при той же температуре: ν = μ/ρ.

Единицей кинематической вязкости является [м2/с] — кинематическая вязкость такой жидкости, динамическая вязкость которой равна 1 Н·с/м2 и плотность 1 кг/м3 (Н = кг·м/с2). В системе СГС (CGS) кинематическая вязкость выражается в [см2/с].

Эта единица называется стоксом (1 Ст = 10-4 м2/с; 1 сСт = 1 мм2/с).

Переводные множители для расчета кинематической [ν] вязкости.

Единицымм2/с (сСт)см2/с (Ст)м2/см2/ч
мм2/с (сСт)110-210-63,6·10-3
см2/с (Ст)102110-40,36
м2/с10610413,6·103
м2/ч2,78·1022,782,78·1041

Нефти и нефтепродукты часто характеризуются условной вязкостью, за которую принимается отношение времени истечения через калиброванное отверстие стандартного вискозиметра 200 мл нефтепродукта при определенной температуре [t] ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20°С. Условная вязкость при температуре [t] обозначается знаком ВУ, и выражается числом условных градусов.

  • Условная вязкость измеряется в градусах ВУ (°ВУ) (если испытание проводится в стандартном вискозиметре по ГОСТ 6258-85), секундах Сейболта и секундах Редвуда (если испытание проводится на вискозиметрах Сейболта и Редвуда).
  • Перевести вязкость из одной системы в другую можно при помощи номограммы.
  • В нефтяных дисперсных системах в определенных условиях в отличие от ньютоновских жидкостей вязкость является переменной величиной, зависящей от градиента скорости сдвига. В этих случаях нефти и нефтепродукты характеризуются эффективной или структурной вязкостью:

Для углеводородов вязкость существенно зависит от их химического состава: она повышается с увеличением молекулярной массы и температуры кипения. Наличие боковых разветвлений в молекулах алканов и нафтенов и увеличение числа циклов также повышают вязкость. Для различных групп углеводородов вязкость растет в ряду алканы — арены — цикланы.

Для определения вязкости используют специальные стандартные приборы — вискозиметры, различающиеся по принципу действия.

Кинематическая вязкость определяется для относительно маловязких светлых нефтепродуктов и масел с помощью капиллярных вискозиметров, действие которых основано на текучести жидкости через капилляр по ГОСТ 33-2000 и ГОСТ 1929-87 (вискозиметр типа ВПЖ, Пинкевича и др.).

Для вязких нефтепродуктов измеряется условная вязкость в вискозиметрах типа ВУ, Энглера и др. Истечение жидкости в этих вискозиметрах происходит через калиброванное отверстие по ГОСТ 6258-85.

Между величинами условной °ВУ и кинематической вязкости существует эмпирическая зависимость:

  • для ν от 1 до 120 мм2/с:
  • для ν > 120 мм2/с:

Вязкость наиболее вязких, структурированных нефтепродуктов определяется на ротационном вискозиметре по ГОСТ 1929-87. Метод основан на измерении усилия, необходимого для вращения внутреннего цилиндра относительно наружного при заполнении пространства между ними испытуемой жидкостью при температуре t.

Кроме стандартных методов определения вязкости иногда в исследовательских работах используются нестандартные методы, основанные на измерении вязкости по времени падения калибровочного шарика между метками или по времени затухания колебаний твердого тела в испытуемой жидкости (вискозиметры Гепплера, Гурвича и др.).

Во всех описанных стандартных методах вязкость определяют при строго постоянной температуре, поскольку с ее изменением вязкость существенно меняется.

Зависимость вязкости от температуры

Зависимость вязкости нефтепродуктов от температуры является очень важной характеристикой как в технологии переработки нефти (перекачка, теплообмен, отстой и т. д.), так и при применении товарных нефтепродуктов (слив, перекачка, фильтрование, смазка трущихся поверхностей и т. д.).

С понижением температуры вязкость их возрастает. На рисунке приведены кривые изменения вязкости в зависимости от температуры для различных смазочных масел.

Общим для всех образцов масел является наличие областей температур, в которых наступает резкое повышение вязкости.

Существует много различных формул для расчета вязкости в зависимости от температуры, но наиболее употребляемой является эмпирическая формула Вальтера:

Дважды логарифмируя это выражение, получаем:

По данному уравнению Е. Г. Семенидо была составлена номограмма на оси абсцисс которой для удобства пользования отложена температура, а на оси ординат — вязкость.

По номограмме можно найти вязкость нефтепродукта при любой заданной температуре, если известна его вязкость при двух других температурах. В этом случае значение известных вязкостей соединяют прямой и продолжают ее до пересечения с линией температуры. Точка пересечения с ней отвечает искомой вязкости. Номограмма пригодна для определения вязкости всех видов жидких нефтепродуктов.

Для нефтяных смазочных масел очень важно при эксплуатации, чтобы вязкость как можно меньше зависела от температуры, поскольку это обеспечивает хорошие смазывающие свойства масла в широком интервале температур, т. е. в соответствии с формулой Вальтера это означает, что для смазочных масел, чем ниже коэффициент В, тем выше качество масла.

Это свойство масел называется индексом вязкости, который является функцией химического состава масла. Для различных углеводородов по-разному меняется вязкость от температуры. Наиболее крутая зависимость (большая величина В) для ароматических углеводородов, а наименьшая — для алканов. Нафтеновые углеводороды в этом отношении близки к алканам.

  1. Существуют различные методы определения индекса вязкости (ИВ).
  2. В России ИВ определяют по двум значениям кинематической вязкости при 50 и 100°С (или при 40 и 100°С — по специальной таблице Госкомитета стандартов).
  3. При паспортизации масел ИВ рассчитывают по ГОСТ 25371-97, который предусматривает определение этой величины по вязкости при 40 и 100°С. По этому методу согласно ГОСТ (для масел с ИВ меньше 100) индекс вязкости определяется формулой:

Для всех масел с ν100< 70 мм2/с вязкости (ν, ν1 и ν3) определяют по таблице ГОСТ 25371-97 на основе ν40 и ν100 данного масла. Если масло более вязкое (ν100 > 70 мм2/с), то величины, входящие в формулу, определяют по специальным формулам, приведенным в стандарте.

Значительно проще определять индекс вязкости по номограммам.

Еще более удобная номограмма для нахождения индекса вязкости разработана Г. В. Виноградовым. Определение ИВ сводится к соединению прямыми линиями известных величин вязкости при двух температурах. Точка пересечения этих линий соответствует искомому индексу вязкости.

Индекс вязкости — общепринятая величина, входящая в стандарты на масла во всех странах мира. Недостатком показателя индекса вязкости является то, что он характеризует поведение масла лишь в интервале температур от 37,8 до 98,8°С.

Многими исследователями было подмечено, что плотность и вязкость смазочных масел до некоторой степени отражают их углеводородный состав. Был предложен соответствующий показатель, связывающий плотность и вязкость масел и названный вязкостно-массовой константой (ВМК). Вязкостно-массовая константа может быть вычислена по формуле Ю. А. Пинкевича:

В зависимости от химического состава масла ВМК его может быть от 0,75 до 0,90, причем, чем выше ВМК масла, тем ниже его индекс вязкости.

В области низких температур смазочные масла приобретают структуру, которая характеризуется пределом текучести, пластичности, тиксотропностью или аномалией вязкости, свойственными дисперсным системам.

Результаты определения вязкости таких масел зависят от их предварительного механического перемешивания, а также от скорости истечения или от обоих факторов одновременно.

Структурированные масла, так же как и другие структурированные нефтяные системы, не подчиняются закону течения ньютоновских жидкостей, согласно которому изменение вязкости должно зависеть только от температуры.

Масло с неразрушенной структурой имеет значительно большую вязкость, чем после ее разрушения. Если понизить вязкость такого масла путем разрушения структуры, то в спокойном состоянии эта структура восстановится и вязкость примет первоначальное значение. Способность системы самопроизвольно восстанавливать свою структуру называется тиксотропией.

С увеличением скорости течения, точнее градиента скорости (участок кривой 1), структура разрушается, в связи с чем вязкость вещества снижается и доходит до определенного минимума.

Этот минимум вязкости сохраняется на одном уровне и при последующем возрастании градиента скорости (участок 2) до появления турбулентного потока, после чего вязкость вновь нарастает (участок 3).

Зависимость вязкости от давления

Вязкость жидкостей, в том числе и нефтепродуктов, зависит от внешнего давления. Изменение вязкости масел с повышением давления имеет большое практическое значение, так как в некоторых узлах трения могут возникать высокие давления.

Зависимость вязкости от давления для некоторых масел иллюстрируется кривыми, вязкость масел с повышением давления изменяется по параболе. При давлении Р она может быть выражена формулой:

В нефтяных маслах меньше всего с повышением давления изменяется вязкость парафиновых углеводородов и несколько больше нафтеновых и ароматических. Вязкость высоковязких нефтепродуктов с увеличением давления повышается больше, чем вязкость маловязких. Чем выше температура, тем меньше изменяется вязкость с повышением давления.

При давлениях порядка 500 — 1000 МПа вязкость масел возрастает настолько, что они теряют свойства жидкости и превращаются в пластичную массу.

Для определения вязкости нефтепродуктов при высоком давлении Д.Э.Мапстон предложил формулу:

Источник: https://asuneft.ru/benzin/vyazkost-nefti-i-nefteproduktov-metody-i-sredstva-opredeleniya.html

§ 31. Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей

Внутреннее трение

Вязкость(внутреннее трение) — этосвойство реальных жидкостей оказыватьсопротивление перемещению одной частижидкости относительно другой.

Приперемещении одних слоев реальнойжидкости относительно других возникаютсилы внутреннего трения, направленныепо касательной к поверхности слоев.

Действие этих сил проявляется в том,что со стороны слоя, движущегося быстрее,на слой, движущийся медленнее, действуетускоряющая сила. Со стороны же слоя,движущегося медленнее, на слой, движущийсябыстрее, действует тормозящая сила.

Силавнутреннего трения Fтембольше, чем больше рассматриваемаяплощадь поверхности слоя S(рис. 52), и зависит от того, насколькобыстро меняется скорость теченияжидкости при переходе от слоя к слою.

Нарисунке представлены два слоя, отстоящиедруг от друга на расстоянии хи движущиеся со скоростями v1иv2Приэтом v1-v2= v.Направление,в котором отсчитывается расстояниемежду слоями, перпендикулярноскороститечения слоев.

Величина v/x показывает,какбыстро меняется скорость при переходеот слоя к слою в направлении х,перпендикулярномнаправлению движения слоев, и называетсяградиентомскорости.

Такимобразом, модуль силы внутреннего трения

гдекоэффициент пропорциональности ,зависящийот природы жидкости, называетсядинамическойвязкостью (илипросто вязкостью).

Единицавязкости — паскаль•секунда(Па•с):1Па•сравен динамической вязкости среды, вкоторой при ламинарном течении иградиенте скорости с модулем, равным 1м/с на 1 м, возникает сила внутреннеготрения в 1 Н на 1 м2поверхности касания слоев (1 Па•с=1Н•с/м2).

Чем больше вязкость,тем сильнее жидкость отличается отидеальной, тем большие силы внутреннеготрения в ней возникают. Вязкость зависитот температуры, причем характер этойзависимости для жидкостей и газовразличен (для жидкостей т] с увеличениемтемпературы уменьшается, у газов,наоборот, увеличивается), что указываетна различие в них

56

механизмоввнутреннего трения. Особенно сильно оттемпературы зависит вязкость масел.Например, вязкость касторового маслав интервале 18—40 °Спадаетв четыре раза. Советский физик П. Л.Капица (1894—1984; Нобелевская премия1978г.) открыл, что при температуре 2,17 Кжидкий гелий переходит в сверхтекучеесостояние, в котором его вязкость равнанулю.

Существуетдва режима течения жидкостей. Течениеназывается ламинарным(слоистым), есливдоль потока каждый выделенный тонкийслой скользит относительно соседних,не перемешиваясь с ними, и турбулентным(вихревым), есливдоль потока происходит интенсивноевихреобразование и перемешиваниежидкости (газа).

Ламинарное течениежидкости наблюдается при небольшихскоростях ее движения. Внешний слойжидкости, примыкающий к поверхноститрубы, в которой она течет, из-за силмолекулярного сцепления прилипает кней и остается неподвижным. Скоростипоследующих слоев тем больше, чем большеих расстояние до поверхности трубы, инаибольшей скоростью обладает слой,движущийся вдоль оси трубы.

При турбулентномтечении частицы жидкости приобретаютсоставляющие скоростей, перпендикулярныетечению, поэтому они могут переходитьиз одного слоя в другой.

Скорость частицжидкости быстро возрастает по мереудаления от поверхности трубы, затемизменяется довольно незначительно.

Таккак частицы жидкости переходят из одногослоя в другой, то их скорости в различныхслоях мало отличаются. Из-за большогоградиента

скоростей уповерхности трубы обычно происходитобразование вихрей.

Профиль усредненнойскорости при турбулентном течении втрубах ;(рис. 53) отличается от параболическогопрофиля при ламинарном течении болеебыстрым возрастанием скорости у стеноктрубы и меньшей кривизной в центральнойчасти течения.

Английскийученый О. Рейнольдс (1842—1912) в 1883 г.установил, что характер течения зависитот безразмерной величины, называемойчисломРейнольдса:

где v= /—кинематическая вязкость;

 — плотностьжидкости; (v)—средняяпо сечению трубы скорость жидкости; dхарактерныйлинейный размер, например диаметр трубы.

Прималых значениях числа Рейнольдса(Re1000)наблюдаетсяламинарное течение, переход от ламинарноготечения к турбулентному происходит вобласти 1000:Re2000,апри Re=2300 (для гладких труб) течение —турбулентное. Если число Рейнольдсаодинаково, то режим течения различныхжидкостей (газов) в трубах разных сеченийодинаков.

Источник: https://studfile.net/preview/5570855/page:3/

Внутреннее трение

Внутреннее трение

Внутреннее трение в твёрдых телах, свойство твёрдых тел необратимо превращать в теплоту механич. энергию, сообщённую телу в процессе его деформирован… смотреть

в твёрдых телах, свойство твёрдых тел необратимо превращать в теплоту механич. энергию, сообщённую телу в процессе его деформирования. В. т. св… смотреть

[internal friction] — затухание упругих колебаний в материале, обусловленное внутренними процессами, приводящими к необратимому рассеиванию механической энергии при деформаци вследствие преобразования ее в тепловую. Характеризуется амплитудной, частотной и температурной зависимостью.

Имеет разную природу и по-разному проявляется в разных по состоянию и структуре материалах. Весьма чувствительно к незначительным изменениям в структуре, вследствие чего используется для исследования тонкого строения материалов и процессов в них.

Смотри также:
— Трение
— внешнее трение качения
— внешнее трение
— внешнее трение скольжения
… смотреть

вязкость (внутреннее трение) — свойство растворов, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение. (Смотри: СП 82-101-98. Пр… смотреть

Internal friction — Внутреннее трение. Преобразование энергии в тепло под воздействием колебательного напряжения материала. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья»; Санкт-Петербург, 2003 г.)… смотреть

Внутреннее трение, 1) свойство твердых тел необратимо поглощать механическую энергию, полученную телом при его деформации. Внутреннее трение проявляется, напр., в затухании свободных колебаний. 2) В жидкостях и газах то же, что вязкость.

… смотреть

Внутреннее трение — 1) свойство твердых тел необратимо поглощать механическую энергию, полученную телом при его деформации. Внутреннее трение проявляется, напр., в затухании свободных колебаний.

2) В жидкостях и газах то же, что вязкость.

… смотреть

— син. термина вязкость. Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра.Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др..1978.

Внутреннее трение , 1) свойство твердых тел необратимо поглощать механическую энергию, полученную телом при его деформации. Внутреннее трение проявляется, напр., в затухании свободных колебаний. 2) В жидкостях и газах то же, что вязкость…. смотреть

Внутреннее трение, 1) свойство твердых тел необратимо поглощать механическую энергию, полученную телом при его деформации. Внутреннее трение проявляется, напр., в затухании свободных колебаний. 2) В жидкостях и газах то же, что вязкость…. смотреть

1) свойство тв. тел необратимо превращать в теплоту механич. энергию, полученную телом при его деформации. В. т. проявляется, напр., в затухании свобод… смотреть

— свойство твердых тел необратимо поглощатьмеханическую энергию, полученную телом при его деформации. Внутреннеетрение проявляется, напр., в затухании свободных колебаний. 2) В жидкостяхи газах то же, что вязкость…. смотреть

1) св-во твёрдых тел необратимо превращать в теплоту механич. энергию, сообщаемую телу в процессе его деформирования. 2) В жидкостях и газах — то же, ч… смотреть

internal friction* * *internal friction

Внутреннее трение в газах и жидкостях; то же, что вязкость.

internal friction, viscous friction

• vnitřní tlumení• vnitřní tření

Внутреннее трение, то же, что вязкость.

ТРЕНИЕ, то же, что вязкость.

internal friction, viscosity

Большая Советская энциклопедия

Внутреннее трение в газах и жидкостях; то же, что вязкость.

Гляциологический словарь

Внутреннее трение В ЛЕДНИКЕТрение между частицами и слоями льда вследствие различия в скорости их движения. Величина трения пропорциональна поперечному градиенту скорости в плоскопараллельном потоке и произведению тензоров напряжений и деформаций в реальном леднике.

Работа внутреннего трения вдоль оси фг = OiiSii -f- 3s?, где он — компоненты девиатора тензора напряжений, s — среднее нормальное напряжение, si] — компоненты тензора скорости деформаций, ? — компонента шарового тензора скорости деформаций. Тепло внутреннего трения равно Уф/, где J — тепловой эквивалент работы.

Внутреннее трение особенно велико вдоль поверхностей разрывов внутри ледника и в его придонных слоях, где напряжения и деформации велики. А. Н. Кренке… смотреть

Большая Советская энциклопедия

Внутреннее трение в твёрдых телах, свойство твёрдых тел необратимо превращать в теплоту механическую энергию, сообщенную телу в процессе его деформиров… смотреть

Физическая энциклопедия

в жидкостях и газах, то же, что вязкость. Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.19… смотреть

Русско-английский словарь по физике

hydrodynamic friction, fluid friction, liquid friction; viscosity

Источник: https://bse.slovaronline.com/7096-VNUTRENNEE_TRENIE

Внутреннее трение в твердых телах

Внутреннее трение

  • Начало
    • Разделы естественных наук
Внутреннее трение в твердых телах

Внутреннее трение в твердых телах

Анимация

Описание

Свойство твердых тел необратимо превращать в теплоту механическую энергию, сообщенную телу в процессе его деформирования, называется внутренним трением. Оно связано с двумя различными группами явлений — неупругостью и пластической деформацией (внутренней квазивязкостью).

Неупругость представляет собой отключение от свойств упругости при деформировании тела в условиях, когда остаточные деформации практически отсутствуют. При деформировании с конечной скоростью в теле возникает отклонение от теплового равновесия.

Например, при изгибе равномерно-нагретой тонкой пластинки (материал которой расширяется при нагревании) растянутые волокна охладятся, сжатые — нагреются, вследствие чего возникает поперечный перепад температуры, т.е. упругое деформирование вызовет нарушение теплового равновесия.

Последующее выравнивание температуры путем теплопроводности представляет собой процесс, сопровождаемый необратимым переходом части энергии в теплоту (т.н. релаксационный процесс). Это объясняется на опыте затухания свободных изгибных колебаний пластинки.

При упругом деформировании сплава с равномерным распределением атомов различных компонентов может произойти перераспределение атомов в веществе, связанное с различием их размеров. Восстановление равновесного распределения атомов путем диффузии также представляет собой релаксационный процесс.

Деформация, возникающая в упругом теле зависит не только от приложенных к нему внешних механических сил, но и от температуры тела, его химического состава, внешних магнитных и электрических полей, величины зерна, его кристаллической структуры и т.д. Это приводит к многообразию релаксационных явлений, каждое из которых вносит свой вклад во внутреннее трение.

Величину внутреннего трения измеряют по затуханию свободных колебаний (продольных, поперечных, крутильных, изгибных), по резонансной кривой для вынужденных колебаний, по относительному рассеянию упругой энергии за один период колебаний.

Если в эксперименте используют собственные затухающие колебания системы, то за меру внутреннего трения принимают логарифмический декремент затухания q или величину Q -1, которая обратна добротности Q:

.

Если используются вынужденные колебания, то чаще всего за меру внутреннего трения принимают величину:

где Dw — полуширина резонансного пика;

w0- резонансная частота.

Иногда за меру внутреннего трения принимается затухание звуковой волны, проходящей через материал:

d = al,

где a — коэффициент затухания;

l — длина волны.

При прекращении деформирования в твердых телах внутреннее трение Q -1 резко падает. Для внутреннего трения характерно отсутствие скачка скорости при переходе от одного тела к другому. В отличие от внешнего трения здесь отсутствует трение покоя.

Внутреннее трение зависит от многих факторов, влияние которых определяется их воздействием на тот или иной механизм рассеяния энергии.

Каждый механизм рассеяния при неизменных внешних условиях (температура, давление и др.) проявляется в определенной области частот. Повышение температуры, как правило, монотонно увеличивает фон внутреннего трения.

В ряде случаев на внутреннее трение оказывает влияние амплитуда деформации.

По мере роста амплитуды упругих колебаний увеличиваются пластические сдвиги и величина вязкости растет, приближаясь к значениям вязкости пластического течения.

Различие в механизмах рассеяния энергии определяет разницу в  значениях вязкости, отличающихся на 5-7 порядков (вязкость пластического течения, достигающая величины 1013 — 1015 Па*с, всегда значительно выше вязкости, вычисляемой из упругих колебаний и равной »107 — 108 Па*с).

Временные характеристики

Время инициации (log to от -3 до -1);

Время существования (log tc от 0 до 7);

Время деградации (log td от -3 до -1);

Время оптимального проявления (log tk от 1 до 6).

Диаграмма:

Технические реализации эффекта

Техническая реализация эффекта

Техническая реализация производится в геометрии (рис. 1).

Наблюдение внутреннего трения при свободных затухающих колебаниях пластины

Рис. 1

 Тонкая пластинка из углеродистой стали приваривается одним концом к массивной болванке. Другой конец надо оттянуть и отпустить, приведя пластинку в свободные колебания. Убедиться в их затухающем характере. Повторив опыт достаточное число раз, чтобы убедиться в нагреве пластины.

Для полной чистоты эксперимента лучше проводить его в вакууме.

Применение эффекта

Материалы с высоким внутренним трением используются для вибро- и шумоизоляции в качестве виброзащитных опор, элементов, амортизаторов, а также щумоизолирующих покрытий современных технических систем и устройств.

Литература

 1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.

 2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- С.20, 231, 460.

Ключевые слова

  • трение
  • пластическая деформация
  • градиент температуры
  • теплоперенос
  • тепло
  • вязкость
  • добротность осциллятора

Разделы естественных наук:

Твердые тела
Термодинамика
Упругость и пластичность
Явления переноса

Источник: http://ligis.ru/effects/science/81/index.htm

Явление внутреннего трения (вязкость)

Внутреннее трение

Идеальная жидкость, т.е. жидкость, движущаяся без трения, является абстрактным понятием. Всем реальным жидкостям и газам в большей или меньшей степени присуща вязкость или внутреннее трение.

Вязкость (внутреннее трение) наряду с диффузией и теплопроводностью относится к явлениям переноса и наблюдается только в движущихся жидкостях и газах.

Вязкость проявляется в том, что возникающее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается.

Вязкость (внутреннее трение) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла энергии, затрачиваемой на это перемещение.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет вязкость движением и взаимодействием молекул.

В жидкостях, где расстояния между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул.

В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на «рыхление» жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.

Энергия активации уменьшается с ростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры и роста её при высоких давлениях. При повышении давления до нескольких тыс.

атмосфер вязкость увеличивается в десятки и сотни раз. Строгая теория вязкости жидкостей, в связи с недостаточной разработанностью теории жидкого состояния, ещё не создана.

Вязкость отдельных классов жидкостей и растворов зависит от температуры, давления и химического состава.

Вязкость жидкостей зависит от химической структуры их молекул. В рядах сходных химических соединений (насыщенные углеводороды, спирты, органические кислоты и т.д.) Вязкость изменяется закономерно — возрастает с возрастанием молекулярной массы.

Высокая вязкость смазочных масел объясняется наличием в их молекулах циклов. Две жидкости различной вязкости, которые не реагируют друг с другом при смешивании, обладают в смеси средним значением вязкости.

Если же при смешивании образуется химическое соединение, то вязкость смеси может быть в десятки раз больше, чем вязкость исходных жидкостей.

Возникновение в жидкостях (дисперсных системах или растворах полимеров) пространственных структур, образуемых сцеплением частиц или макромолекул, вызывает резкое повышение вязкости. При течении «структурированной» жидкости работа внешней силы затрачивается не только на преодоление вязкости, но и на разрушение структуры.

В газах расстояния между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому Вязкость газов определяется главным образом молекулярным движением.

Между движущимися относительно друг друга слоями газа происходит постоянный обмен молекулами, обусловленный их непрерывным хаотическим (тепловым) движением. Переход молекул из одного слоя в соседний, движущийся с иной скоростью, приводит к переносу от слоя к слою определённого импульса.

В результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешней силы F, уравновешивающей вязкое сопротивление и поддерживающей установившееся течение, полностью переходит в теплоту.

Вязкость газа не зависит от его плотности (давления), так как при сжатии газа общее количество молекул, переходящих из слоя в слой, увеличивается, но зато каждая молекула менее глубоко проникает в соседний слой и переносит меньший импульс (закон Максвелла).

Вязкость — важная физико-химическая характеристика веществ. Значение вязкости приходится учитывать при перекачивании жидкостей и газов по трубам (нефтепроводы, газопроводы). Вязкость расплавленных шлаков весьма существенна в доменном и мартеновском процессах. Вязкость расплавленного стекла определяет процесс его выработки.

По вязкости во многих случаях судят о готовности или качестве продуктов или полупродуктов производства, поскольку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает те физико-химические изменения материала, которые происходят во время технологических процессов.

Вязкость масел имеет большое значение для расчёта смазки машин и механизмов и т.д.

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/7_14515_yavlenie-vnutrennego-treniya-vyazkost.html

Booksm
Добавить комментарий