Ньютоновские и неньютоновские жидкости .Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Число Рейнольдса

Ньютоновские и неньютоновские жидкости.

Жидкости, которые подчиняются уравнению Ньютона, называют ньютоновскими жидкостями. Для таких жидкостей вязкость h не зависит от градиента скорости dv/dx. Это гомогенные жидкости (например, вода, спирт, низкомолекулярные органические жидкости, плазма крови).

Жидкости, не подчиняющиеся уравнению относят к неньютоновским. Для них вязкость h зависит от скорости течения (градиента скорости dv/dx) жидкости. Такие жидкости содержат молекулы или частицы, склонные к образованию пространственных структур. Их вязкость при прочих равных условиях много больше, чем у ньютоновских жидкостей. Увеличение вязкости происходит потому, что при течении этих жидкостей работа внешней силы затрачивается не только на преодоление истинной, ньютоновской, вязкости, но и на разрушение структуры связанных элементов. Примерами неньютоновских жидкостей являются суспензии, эмульсии, растворы макромолекул (например, некоторых белков), цельная кровь.

Иногда вязкость ньютоновских жидкостей называют нормальной, а неньютоновских – аномальной.

Ламинарное и турбулентное движение жидкости.

Ламинарным называется движение жидкости при малых скоростях, когда отдельные элементарные струйки движутся параллельно оси потока. Это движение следует рассматривать как движение отдельных слоев, происходящее без перемешивания частиц.

Турбулентное движение - движение, которое при увеличении скорости становится неупорядоченным, частицы жидкости меняют величину и направление скорости, образуя вихри.

Число Рейнольдса.

Определяет режим движения жидкости.

v-скорость потока

d-диаметр трубки

ню-кинематический коэффициент вязкости

Если – ламинарный, если – турбулентный режим.

14.Основные положения молекулярно-кинетической теории (мкт). Опыты подтверждающие мкт. Основное уравнение мкт.

Молекулярно- кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е. состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.
2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
3. Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.
   
   
   

Содержание	Величина	Наименование
- основное уравнение МКТ идеального газа. Выведено в предположении, что давление газа есть результат ударов его молекул о стенки сосуда. Это же уравнение в другой записи:	p - давление	Па = Н/м^2
n - концентрация газа	1/м^3
k = 1,38 ^. 10^-23	Дж/К
m0 - масса молукулы	кг
v - средняя скорость молекул	м/с
T - абсолютная температура газа (t^o + 273)	К
Eк - средняя кинетическая энергия молекул газа	Д

Подтверждение:
Наиболее ярким экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном движении атомов и молекул является броуновское движение. Это тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе.(Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном в 1827 г). Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую.

Основное уравнение мкт

 

 

 

 

 

15.Поверхностный слой в жидкостях. Коэф. поверхностного натяжения. Свободная энергия поверхностного слоя жидкости.
Поверхностный слой.
Все жидкости и твёрдые тела ограничены внешней поверхностью, на которой они соприкасаются с фазами другого состава и структуры, например, с паром, другой жидкостью или твёрдым телом.

Свойства вещества в этой межфазовой поверхности, толщиной в несколько поперечников атомов или молекул, отличаются от свойств внутри объёма фазы.

Внутри объёма чистого вещества в твёрдом, жидком или газообразном состоянии любая молекула окружена себе подобными молекулами.

В пограничном слое молекулы находятся во взаимодействии или с другим числом молекул (другим в сравнении с взаимодействием внутри объёма вещества). Это происходит, например, на границе жидкости с их паром.

Среднее значение равнодействующей молекулярных сил притяжения, приложенных к молекуле, которая находится внутри жидкости, близко к нулю.

 

Свободная энергия поверх.слоя.жид.
Поскольку молекулы жидкости, находящиеся в её поверхностном слое, втягиваются внутрь жидкости, их потенциальная энергия больше, чем у молекул внутри жидкости.

Эту дополнительную потенциальную энергию молекул поверхностного слоя жидкости называют свободной энергией. За счёт неё может быть произведена работа, связанная с уменьшением свободной поверхности жидкости.

И, наоборот, для того, чтобы вывести молекулы, находящиеся внутри жидкости, на её поверхность, нужно преодолеть противодействие молекулярных сил, т.е. произвести работу, которая нужна для увеличения свободной энергии поверхностного слоя жидкости.

При этом, изменение свободной энергии прямо пропорционально изменению площади поверхности жидкости.

Так как всякая система самопроизвольно переходит в состояние, при котором её потенциальная энергия минимальна, то жидкость должна самопроизвольно переходить в такое состояние, при котором площадь её свободной поверхности имеет наименьшую величину.

Например, капля дождя или тумана в воздухе приобретают форму шара, форму, соответствующую наименьшему уровню свободной энергии.

Коэффициент поверхностного натяжения – это величина, характеризующая зависимость работы молекулярных сил, идущих на изменение площади свободной поверхности жидкости и самой площади изменения этой поверхности.

σ = А/ΔS

σ - коэффициент поверхностного натяжения

А – работа молекулярных сил по изменению площади поверхности жидкости

ΔS - изменение площади поверхности жидкости

σ измеряется работой молекулярных сил при уменьшении площади свободной поверхности жидкости на единицу.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости и внешних условий, например, температуры

16.Доп.давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа.

Под искревленной поверхностью жидкости помимо внутреннего давления создается еще доп.давление,обуслов. Кривизной поверхности.

точное выражение для доп.давления под жидкой искривленной поверх. Люб. Формы в 1805 г установил французский физик Лаплас
пласа
Знак + соответствует выпуклой поверхности, знак – соответствует вогнутой поверхности. R1 / R2- радиусы кривизны двух нормально взаимно перпендикулярных сечений поверхности.
Доп.давление играет бол.роль в капилярных явл.

17.Смачивание и несмачивание капилярные явл.Формула Борелли-Жюрена
Если сила сцепления между молекулами жидкости больше,чем между молекулами жидкости и твердым телом, то жидкость стремится уменьшить площадь соприкосновения с телом.Капля такой жидкости на горизонтальной поверхности примет форму сплюснутого шара в этом случае жидкость называется несмачив. Тв. тело угол образует поверхность тв.тела и касательной поверх.жидкости в точки касания назыв.краевым углом.для не смач.жидк.он бол 90 градусов.

Если силы сцепления,между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами жидкости и тв.тела, то жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения с тв.телом. В этом случае жидкость назыв. Смачив.тверд.телом,прямой угол будет меньше 90градусов.
Формула Борелли-Жюрена
Высота поднятия смач.жидкости в капиляре обратно пропорциональна его радиусу

формула Борелли-Жюрена получена в 1670 г. Величина 2а/pg,входящая в правую часть формулы,назыв.капиллярной постоянной;она явл.важной физико-хим.хар-ой жидкости.
в тонких капилярах подъем жидкости может достигать бол.высоты

18.Первое начало термодинамики.Изопроцессы.Работа идеал.газа при изопроцессах.

Общий закон сохран.энергии с учетом процесса теплообмена и внутр.энергии имеет вид

т.е изменение полной энергии сист.равно работе внешних сил и теплоте, получ при теплообмене с внешними телами.Иногда закон сохранения энергии формулир как невозмож создания вечного двигателя первого рода. Первым началом термодинамики называют обычно применение этого закона к термодинамической сист,механическая энергия которой не меняется. Кроме того,в термодинамике удобнее использовать сист против внешних сил: А= - А*е. Получаем:.энергии
Q-все кол-во теплоты передав.сист.расходуется на совершение работы(а) и изменение внутр.сист энергии▲U.
если сист.периодически возвращается в исходное состояние, то изменение внутр.энергии будет равно нулю,следовательно,что все переданное кол-во теплоты уходит на совершения работы.
отсюда следует,что невозможно создать переодически действующий механизм,который совершает работу превышающую получаемую им энергию
поэтому первое начало (теорию) динамики можно сформулировать так: вечный двигатель первого рода невозможен
T=const
▲U=O
Q=A

V=const A=O Q=▲U

При изобарных процессах:
Q=A
A=▲U+A
A= - ▲U

19.Адиабатный процесс. Уравнение Пуассона. Моляр.телоемкости при постоянных давлении и объеме. Уравнение Майера.
Процесс, при котором система не обменивается теплотой с окр.средой,назыв.адиабатным процессом. Адиабат.процессы протекают в сист.,окруж теплоизолирующей оболочкой. в отсутствии оболочки процесс должен протекать настолько быстро, что бы за время его осуществления не произошло теплообмена между системой и окр.средой
Состояние газа при адибатном процессе описывается уравнением Пуассона

p∙v*γ=const

Графическое изображение адибатного процесса на диаграмме состояний называется адиабатой.
Показатель адиабаты γ,назыв.коэф Пуассона,равен отношению теплоёмкости при постоянном давлении (ср) к теплоёмкости при постоянном объеме сv:
γ= =
Поскольку ср>cv,коэф. Пуассона γ>1,на диаграмме состояний в координатах P-V адиабата идёт круче изотермы
При адиабатном процессе не происходит теплообмена с окруж.средой,поэтому первое начало термодинамики запишется в виде: dU+dA=0

 

Сравнение между собой С_р и С_V приводит к уравнению Майера:

.

Это уравнение показывает, что С_р больше, чем С_V на величину универсальной газовой постоянной R. Это объясняется тем, что при изобарном нагревании газа, в отличие от изохорного нагревания, требуется дополнительное количество теплоты на совершение работы расширения газа.

Таким образом, молярная теплоемкость газа определяется лишь числом степеней свободы и не зависит от температуры. Это утверждение справедливо в довольно широком интервале температур лишь для одноатомных газов.Уже у двухатомных газов число степеней свободы, проявляющееся в теплоемкости, зависит от температуры.

20.Электрические заряды. Закон Кулона. Электрическое поле.Напряженность электрического поля.

Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.
Виды: плюсовый и минусовый

Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками, Шарль Кулон дал такую формулировку закона:

Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними

где ≈ 8,854187817·10⁻¹² Ф/м — электрическая постоянная.

Электрическое поле – вид материи с помощью которого взаимодействует электрические заряженные тела
Напряженность электрического поля — силовая характери­стика электрического поля, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Другая формулировка: отношение силы , действующей на помещенный в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как силовая характеристика поля — напряженность электрического поля: .

Напряженность — векторная величина. С другой стороны, сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна

 

21.Работа по перемещению электрического заряда в электростатическом поле. Потенциал.Эквипотенциальные поверхности
F=qE

Работа сил эл.пол не завсис. От траектории по которой перемещ.заряд в этом поле
→ → → →
A=qФE ∙ dS=0 q-заряд. ф-интеграл. E- cкалярное перемещение.d-напряженность. S-перемещение

Поля облад.такими св-ми назыв. потенциальными. величина работы зависит от заряда его нач. и конеч. Положения и значения вектора Е на этом основании вводят понятие разности потенциала ввиде эл.напряжения
U=q1-q2=
разн.потенциал между 2мя точками поля назыв. Отнош. работы сил поля при перемещ. Заряда из точки 1, в точку 2. к величине этого заряда потенциал. В данной точке поля это работа перемещения ед.положит заряда из данной точки на бесконечность.
потенциал явл энерг хар. Энерг. поля в сист СИ измеряется в В (вольтах)
Потенциальная в данной точке поля- это работа перемещения единичного + заряда из данной точки поля на бесконечность
ƪo=
Эквипотенциальные поверхности -это такие поверхности,каждая из точек которых обладает одинаковым потенциалом, т.е на эквипотенциальные поверхности электрический потенциал имеет неизменен.значения

22.Постоянный электрический ток. Сила тока.Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи

Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике.

Чтобы он возник, следует предварительно создать электрическое поле, под действием которого вышеупомянутые заряженные частицы придут в движение.

Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.
Сила тока - скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.

где I - сила тока, q - величина заряда (количество электричества), t - время прохождения заряда.

Единица силы тока 1 Ампер - сила тока, когда через поперечное сечение проводника в 1 секунду проходит заряд в 1 Кулон.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U - напряжение на участке, R - сопротивление участка.

23.Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Закон Ома для участка цепи

Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние, или просто удельное сопротивление вещества — физическая величина, характеризующая способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только вещества.

Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для ρ выполняется

Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения.

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м^[1].

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U - напряжение на участке, R - сопротивление участка.

У большинства металлов удельное сопротивление связанно с температурой линейной зависимости
Po при 0 С
t- температура С
ƪ(альфа)- температурный коэф.сопротивления

p=po(1+ƪt) ƪ-0.004
вся работа электр.тока идет на нагревание проводника

Q=A=YUT=Y²Rt= t

24.Работа и мощность постоян.тока. Закон Джоуля-Ленца

Работа тока - это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;
Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.

Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

По закону сохранения энергии:

работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.

В системе СИ:

Мощность постоянного тока

- отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

В системе СИ:

Закон Джоуля-Ленца

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

где I - сила тока в цепи, R - сопротивление, t - время

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

В системе СИ: [Q] = 1 Дж.

25.Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Лоренца

Магнитное поле -особый вид материи, по средствам которого взаимодействуют движ.электрич.заряды. Магнитное поле удобно изображать с помощью силовых линий
(Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами.)
Индукция магнитного поля- векторная величина, являющаяся силовой характеристикоймагнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства.
Для определения величины магнитной индукции существует следующая формула B=F/(I*l), где магнитная индукция В, представляющая собой модуль вектора, определяется, как отношение модуля силы F, воздействующей на проводник с током, расположенным перпендикулярно с магнитными линиями, к значению силы тока I, имеющейся в проводнике и длине l самого проводника.
В системе СИ единицей магнитной индукции выступает индукция поля, в котором проводник с током 1 А и длиной 1 м подвергается воздействию силы 1 Н. Наименование такой единицы: 1 ньютон/(ампер˖метр) (сокращенно 1 Н/(А˖м)).
Магнитная индукция - величина векторная. Направление вектора индукции в данной точке совмещается с направлением силовой магнитной линии, проходящей через эту точку.

В системе СИ магнитная индукция - силовая характеристика магнитного поля, сходно тому, как напряженность электрического поля выражает силовую характеристику электрического поля. Зная индукцию магнитного поля, можно просчитать его силу, воздействующую на проводник с током, по формуле: F = BI l. В проводнике с током заряды движутся не только хаотически в разных направлениях, но также в определенном направлении. На каждый из зарядов воздействует магнитная сила, которая передается проводнику. Сумма всех сил от хаотического движения равна нулю, а сумма сил направленного движения называется силой Ампера. В общем случае величина силы, которая воздействует на проводник с током, размещенный в магнитное поле, определяется законом Ампера: F = BI l sin α, где α – угол между направленностью тока (I) и вектором магнитного поля (В). Индукция магнитного поля численно равняется силе, с которой воздействует магнитное поле на единичный элемент тока, перпендикулярно расположенный к вектору индукции. Магнитная индукция зависит от свойств среды.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца.

Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы Ампера, действующей на участок проводника, к числу заряженных частиц в этом участке проводника:

Сила Ампера равна , сила тока равна . Подставив эти выражения в формулу для силы Лоренца, получим:

где - угол между векторами скорости и магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяют для положительного заряда по правилу левой руки. (Для отрицательного заряда сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону).

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу. А, согласно теореме о кинетической энергии, это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.

26.Закон Ампера. Правило левой руки.