Биофизика курсымен қалыпты физиология кафедрасы
жүктеу/скачать 223.5 Kb.
|
1 2
4-1 Гидродинамика.- Бұл бет үшін навигация:
- Тақырыбы: Гидродинамиканың физикалық негізі. Мақсаты
- Тақырыптың негізгі сұрақтары
- Қысқаша теория
Тақырыбы: Гидродинамиканың физикалық негізі. Мақсаты: Сұйықтықтың тұтқырлық коэффициентін Оствальд вискозиметрі көмегімен анықтау. Сұйық тұтқырлығының концентрацияға тәуелділігін зерттеу. Тұтқырлықтың концентрацияға тәулділік графигін салу және осы графиктен белгісіз концентрацияны анықтау. Тақырыптың негізгі сұрақтары: Тұтқырлық Бернулли теңдеуі (ағылшын тілінде) Тұтқыр сұйықтар үшін Ньютон теңдеуі Ньютондық және ньютондық емес сұйықтықтар Рейнольдс саны Гаген-Пуазейль формуласы Оствальд вискозиметрінің көмегімен сұйықтықтың тұтқырлығын анықтау Медициналық вискозиметрдің құрылысы және жұмыс істеу принципі Қысқаша теория Нақты сұйықтықтардың ағыны бірнеше қабаттардың өзара күшпен әсерлесу жағдайында өтеді деп қарастырсақ, онда әсерлесу күшінің бағыты сол қабаттарға жүргізілген жанама бағытымен бағыттас болады. Тұтқыр сұйықтықтың горизонталь бағыттағы ағысын қарастырайық (1-сурет). Шартты түрде сұйықты бірнеше қабаттардан (1,2,3,4,5) тұрады делік. Сұйықтың ең төменгі “түпкі” қабаты қозғалмайтын болсын. Сұйық қабаттарының жылдамдығы қабат жоғарлаған сайын арта түседі де (v1 X V6 V5 V4 V3 V2 V1 V 1-сурет Сұйық қабаттары күшпен әсерлесетіндігін айттық. Мысалы. үшінші қабат екінші қабаттың жылдамдығын арттыруға қатысады да, ал өзі осы қабат тарапынан кедергіге ұшырайды, сонымен бірге төртінші қабат тарапынан жылдамдық алады, т.с.с. Қабаттар арасындағы F ұйкелес күшінің шамасы әсерлесуші қабаттардың S ауданына, (dv/dx)- жылдамдықтың градиентіне тура пропоционал болады: (1) Бұл теңдеу Ньютон теңдеуі деп аталады. Мұндағы - ішкі үйкеліс коэффициенті, динамикалық тұтқырлық (немесе тұтқырлық) деп аталатын пропорционалдық коэффициенті. Тұтқырлық сұйықтықтың күйінен және молекулалық қасиеттерінен тәуелді. Тұтқырлықтың өлшем бірлігі ретінде паскаль*секунд алынған (Па*с). Кейбір кезде тұтқырлықты Пуазбен (П) де өлшейді. Па*с=10 П. – тұтқырлық коэффициентінің шамасы температура мен қысымға тәуелді, яғни температура жоғарылаған кезде сұйық молекулаларының тепе-тендік қалпы өзгеріп, сұйықтың аққыштығы артады, сәйкесінше оның тұтқырлығы кемиді. Қысым артқан сайын сұйықтықтардың тұтқырлығы арта түседі, өйткені молекуланың тепе-теңдік күйдің маңында жасайтын тербелмелі қозғалысына қажетті уақыт (релаксация уақыты) артады, яғни сұйықтың тұтқырлығы релаксация тура пропорционал болады деген сөз. Көптеген сұйықтар үшін, мысалы су үшін, тұтқырлық - нен тәуелсіз, мұндай сұйықтықтар Ньютон теңдеуіне (1) бағынады және оларды Ньютондық сұйықтықтар деп атаймыз. (1) теңдеуге бағынбайтын сұйықтықтарды Ньютондық емес сұйықтықтар деп атаймыз. Кейде Ньютондық сұйықтықтардың тұтқырлығын қалыпты деп, ал Нютондық емес сұйықтықтардыңтұтқырлығын аномаль деп атаймыз. Күрделі және ірі молекулалардан тұратын сұықтықтардың, мысалы полимерлер ерітіндісі, және молекулалардың немесе бөлшектерінің тізбектелуіне байланысты кеңістіктік структуралар ньютондық емес болып табылады. Тұтқыр сұйықтықтар мен газдардың түтіктер бойымен ағуы техникада (мысалы, мұнай- және газқұбырлары), сондай-ақ биологиялық жүйелерде (адамның қанайналу жүйесі, өкпе жүйесінің трахеясы - әртүрлі диаметрлі тармақталынған цилиндрлік тамырлардың жиыны) кездесетін кең таралған құбылыс. Ұзындығы l болатын, екі ұшындағы қысымдар айырымы -ға тең, уақыт ішінді түтік бойымен ағып өтетін сұйықтықтың V көлемі Пуазейль формуласымен өрнектеледі: (2) ( 2) көріп отырғанымыздай берілген сыртқы шарт жағдайларында (р1 и р2) түтік бойымен бірлік уақыт ішінде тұтқырлығы аз және түтіктің радиусы үлкен болған сайын соншама көп сұйықтық ағып шығады. Сұйықтықтардың тұтқырлығы тәжірибе жүзінде анықтауға арналған әдістер жиынтығын вискозиметрия деп, ал оған қажетті құралды вискозиметр деп атайды. Ұсынып отырған Оствальдтың капиллярлық вискозиметрі 2-сурете көрсетілген. Вискозиметрдің бір ұшы капиллярлық түтік болып табылады. Капиллярдағы сұйықтық гидростатикалық қысым әсерінен қозғалады мұндағы - сұйықтық тығыздьғы; h – вискозиметрдің екі шетіндегі сұйықтықтар деңгейінің айырымы. Капиллярдан ағып өткен көлемдері бірдей сұйықтықтар үшін, мынаны жазуға болады: , осыдан немесе (3) және (3) формулағы қоя отырып, , формуласын аламыз, осыдан: (4) мұндағы - зерттелініп отырған сұйықтықтың тұтқырлығы; - судың тұтқырлығы; - зерттеленіп отырған сұйықтықтың тығыздығы; - судың тығыздығы; - зерттелініп отырған сұйықтықтың ағып өту уақыты; - судың ағып өту уақыты. Құралдың тұрақтысын белгіліп аламыз: (5). Сонда (4) формула мына түрге келеді: (6) Медициналық вискозиметр бірдей екі градуирленген капиллярдан тұрады (3-сурет). А1 капиллярына белгілі көлемде тазартылған су тартылып алынады да Б краны жабылады. Бұл А2 капиллярына, судың деңгеін өзгертпей зерттелінетін сұйықтық тартылып алынуына көмектеседі. Егер мысалы, Б кранын ашатын болсақ, бірдей уақыт ішіндегі сұйықтықтардың l орын ауыстыруы олардың тұтқырлықтарына кері пропорционал болады: , немесе (7) мұндағы - зерттелініп отырған сұйықтықтың тұтқырлығы; - судың тұтқырлығы. Егер судың тұтқырлығын бірге тең деп, ал сұйықтықтың жүріп өткен жолы вискозиметрдің бір бөлігін құрайды деп алатын болсақ, (7)-теңдеуге сәйкес сұйықтықтың тұтқырлығы сан жағынан судың жүріп өткен жолына тең. Керекті құралдар: Капиллярлы вискозиметр, секундомер, резеңке, тазартылған су (этолондық сұйықтық), зерттелетін сұйықтықтар (әртүрлі % -ті глицерин ертіндісі). жүктеу/скачать 223.5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||
1 2