研究電磁場對液體黏滯系數的影響

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1、研究電磁場對液體黏滯系數的影響重慶交通大學第四屆物理綜合設計與科技創(chuàng)新競賽論文重慶交通大學第四屆大學物理綜合設計與科技創(chuàng)新競賽活動論文學院：航海學院專業(yè)班級：船舶1002姓名：余旺盛學號：10970233學號：學號：聯(lián)系電話：日期：2011年12月10日重慶交通大學第四屆物理綜合設計與科技創(chuàng)新競賽論文摘要:液體粘滯系數是表征液體粘滯性強弱的重要參數，在工業(yè)生產和科學研究中（如流體的運輸、液壓傳動、機器潤滑、船舶制造、化學原料及醫(yī)學等方面）常常需要知道液體的粘滯系數，準確測量這個量在化學、醫(yī)學、水利工程、材料科學、機械工業(yè)和國防建設中有著重

2、要意義。例如在用管道輸送液體的流量，壓力差，輸送距離及液體粘度，設計輸送管道的口徑。粘度是液體的重要物性參數，在各種類型的化工生產裝置的工業(yè)設計計算中都需要加以考慮。粘度反映液體分子間的內摩擦力，這種內摩擦力有分子的結構，位置和分子間的相互作用力等參數決定。由于液體分子結構及分子間相互作用的復雜性，目前還沒有一個能夠精確計算液體粘度的方法。對液體粘度的研究主要集中在物理測和通過實驗數據建立一些經驗或半經驗公式上，這些經驗表達式大都是從實驗數據出發(fā)擬合出來，并含有一些可調參數。雖然實驗測量比較準確，但由于實驗測量的復雜性以及受操作工藝條件的

3、限制，很難精確地獲得任意溫度下液體的粘度值。因此如何從理論上計算液體的粘度值，彌補實驗經驗的不足，歷來成為人們關心的問題。此外，理論計算還可以幫助人們認識粘度的產生的機理和影響液體粘度的各種因素，對有關實驗操作和工藝設計具有一定的指導作用。液體的粘度在外場作用下會發(fā)生一定的變化?；谝后w準晶格模型，利用修正后的Eyring粘度公式，指出液體粘度取決于液體活化能。在靜電場和靜磁場作用下，液體分子會受到外場力的作用，外場力對分子做功，液體活化能發(fā)生改變，從而導致液體粘度發(fā)生變化。當場方向平行于液體流動方向時，粘度的變化與外場強度的梯度有關；當

4、場方向垂直于液體流動方向時，液體不再做有序流動，而會發(fā)生湍流現(xiàn)象，導致流動阻力增大，粘度變大；在電磁場作用下，液體會產生一定的損耗，導致液體內能增加，活化能降低，粘度減小。利用該理論能夠初步給出電磁場作用下液體粘度的變化機理，為人們的生產實踐提供一定理論指導[12]。關鍵字:Eyring粘度公式；活化能；液體準晶格模型；電磁場；液體粘滯系數；液壓傳動；機器潤滑；船舶制造；毛細管法；轉筒法；斯托克斯法一、引言重慶交通大學第四屆物理綜合設計與科技創(chuàng)新競賽論文液體的粘滯系數又稱為內摩擦系數或粘度，是描述液體內摩擦力性質的一個重要物理量。葡萄糖漿

5、的粘滯系數h?6.6?1011泊，較大，水的粘滯系數h?8.01?10?3泊，較小。實際上所有流體都有不同程度的粘滯性。而且對于大多數液體，h隨溫度上升而下降。什么流體的粘滯系數最??？1957年12月1日，美國加利福利亞技術學院宣布：在液氦Ⅱ里，粘性系數小的測量不到。它是沒有粘滯系數的理想流體。它表征液體反抗形變的能力，只有在液體內存在相對運動時才表現(xiàn)出來。粘滯系數除了因材料而異之外還比較敏感的依賴溫度，液體的粘滯系數隨著溫度升高而減少，氣體則反之，大體上按正比于的規(guī)律增長．在國際單位制中粘滯系數的單位為帕秒（Pa.s），在CGS單位制中

6、為泊（poise）符號為P,1P?1Pa.s?1kg.m?1.s?1。粘度反映液體分子在受到外力作用而發(fā)生流動時，分子間所呈現(xiàn)的內摩擦力，這種內摩擦力由液體分子的結構、位置、分子間相互作用力及運動狀態(tài)等參數決定。另外，除了液體本身結構的因素外，溫度和壓強也是影響液體粘度大小的重要因素。1.溫度對液體粘度的影響根據Eyring粘度理論，液體粘度取決于溫度和活化能。在活化能一定的情況下，溫度升高，粘度減??；溫度降低，粘度變大。另外活化能也與液體的溫度有關，活化能定義為分子從原位置躍遷進入鄰近空位過程中克服分子能壘所需要的能量。根據能量均分定理

7、[1]，溫度越高，分子的內能越大，周圍分子對它的束縛減弱，從而活化能降低，導致液體的粘度減??；相反，如果溫度降低，分子的內能降低，周圍分子對它的束縛增強，活化能增加，導致液體粘度變大。2.壓強對液體粘度的影響液體的粘度與活化能息息相關，分子要想從原位置躍遷進入鄰近空位，不僅要克服其它分子對它的束縛作用，而且還需要克服周圍壓強對它所做的功PVh，其中Vh是一個空位的體積，大小近似看成液體分子的體積大小，P指液體的壓強[2]。在標準大氣壓下，液體的壓強對粘度影響較小，幾乎不必考慮。然而，當壓強升高時，分子要從原位置跳出時克服壓強做的功明顯增大

8、，活化能增加，液體的粘度迅速升高[3-4]。例如在溫度為298.15K和0.1MPa情況下[5]，苯的粘度為0.604mPa.，s而當壓強增大至100MPa時，苯的粘度增大至1.3mPa.s，