Билык В.Я. Прибор Ломоносова для исследования жидкостей (1123996), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Таким образом, еще рав убеждаемся, что Ломоносов с помощью своего прибора мог бы правильно охарактеризовать «взаимное сцепление частей» жидкостей. Если бы он произвел измерение по последнему методу, т. е. только сосчитав капли, составляющие определенный объем жидкости, сравнил, например, воду и этиловый спирт, то получил бы следующее отношение ПРИБОР ЛОМОНОСОВА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИДКОСТЕИ 19 Вернемся теперь ко второму из первоначально поставленных вопросов: позволяет ли рассматриваемый прибор Ломоносова определять вязкость жидкостей.
Положительное утверждение Б. Н. Меншуткина в принципе соответствует идее прибора, однако не может быть принято безоговорочно. В основе определения вязкости по методу истечения лежат представления о сплошной среде и непрерывном ее течении, выражаемые законом Пуайзеля Ртг" ВЕЛ, (4) либо же, обращаясь к формулам (3) и (4), (б) что можно выразить в более наглядной форме, если 1 ввести обратную ей величину текучести л И,=К вЂ”,, вместо вязкости (7) рсз (где К = — есть постоянная прибора), т. е. скорость каплеобразования 8Е врямо пропорциональна текучести и обратно пропорциональна капиллярной постоянной данной жидкости.
Отношение чисел капель для двух жидкостей выражается следующими равенствами: (а) т, ч. (а) сЧ 1 где т1= —, есть кинематическая вязкость. и В отношении определения вязкости прибор Ломоносова обладает тем достоинством, что уровень жидкости в воронке остается неизменнмм в течение опыта. где Ь',— объем жидкости, вытекающей в единицу времени через трубку радиуса г и длиной л., Р— разность давлений на концах трубки,  — козффициент вязкости. Эту формулу можно применить для анализа процесса течения жидкости в приборе Ломоносова с точки зрения существа явления, хотя и трудно судить о применимости ее к данному случаю в строго количественном смысле.ез Ограничимся пока только одним вопросом: в какой мере счет капель позволяет судить о количестве вытекающей жидкости, которое согласно формуле (4) необходимо знать для оценки вязкости. Б.
Н. Меншуткин тказывает, что о вязкости можно судить по числу капель, отрываювшхся в определенный промежуток времени. Обозначим зту последнюю величину через Л' и определим ее с помощью формулы (2) и (4) в. я. аилык Таким образом, число капель, вытекающих в единицу времени, ие дает представления о вязкости жидкостей потому, что в правую часть выражений (5 — 8), помимо вязкости, входят величины коэффициентов поверхностного натяжения и плотности (либо же капиллярные постоянные) жидкостек.
Выведенные соотношения помогают уяснить двойственность функций прибора Ломоносова. Пока жидкость проходит через воронку, ее движение регламентируется, при прочих .равных условиях опыта, свойственной ей вязкостью. Этим бы дело и ограничилось, если бы истечение шло непрерывной струей. Однако, выходя из воронки, медленно вытекающая жидкость образует капли и здесь определяющая роль принадлежит уже силам поверхностного натяжения, от которого (наряду с плотностью жидкости) зависит размер капель. Формулы (5 — 8) выражают единство этих двух процессов и позволяют установить методику отсчета для каждого из частных случаев, когда желательно определить ту или иную физическую величину. В процессе опыта можно получить следующие исходные данные, относящиеся к вытекающему количеству жидкости: 1) ее массу М; 2) ее объем г'; 3) число капель Ж; 4) продолжительность истечения т.
Этих данных достаточно (не считая характеризующих прибор постоянных величин г, Ь и Р), чтобы определить: 1) коэффициент поверхностного натяжения и; 2) капиллярную постоянную ае; 3) коэффициент вязкости т~; 4) кинематическую вязкость чэ. Необходимые количественные соотношения получаются из приведенных выше формул путем несложных преобразований. Они имеют следующий вид (9) Легко видеть, что в любом случае нужно измерить одну из суммарных величин — массу, либо объем вытекшей жидкости. Если эта величина сочетается с дискретной характеристикой — числом капель, то мы определим поверхностное натяжение либо капиллярную постоянную, так как в этом случае будет оттенен процесс дробления жидкости. Так, в первом случае М фактически получится вес одной капли т=у и определится а согласно К 1 формуле (1), а во втором случае — объем одной капли о= — = — и уг' ~4 ° пгизог ломоносова для исслхдозлния жидкостзи определится а согласно формуле (3), Если же с суммарной величиной сочетать общее время истечения, то в результате получится коэффициент вазкости либо кинематическая вязкость, так как при этом в формулы будет введена скорость течения, оттеняющая непрерывность этого про- пес са.
Возможная полная постановка опыта означает одновременное измерение всех четырех исходных величин: М, г', У и т (что практически осуществлять нетрудно) и определение мтырех физических постоянных данной яидкости: а, а~, Ч и Ч . Само собой разу- жется, что, зная М и г', можно определвть также плотность жидкости, которая э неявном ваде входит в выражения для а'- и т~~ в формулах (9). Все это характеризует объективные возможности прибора Ломоносова для исследования жидкостей.
Так как все определяемые с помощью прибора величины тесно связаны с межмолекулярными силами и строением жидкостей, нельзя отрицать того, что созданный Ломоносовым прибор мог бы успешно служить поставленной им цели исследования сцепления частиц» в жидких телах. Сравнивая конструкцию прибора Ломо- ! восова с известными техническими вискозиметрами, находим у них только ту общую черту, что исследуемая жидкость поме|цается в воронкообразном сосуде со сто- Рис. 3. вором, назначение которого, однако, в обоих случаях совершенно различно. Как уже было отмечено, в приборе Ломовосова стопор затрудняет свободное истечение жидкости в такой мере, чтобы она могла вытекать только по каплям.
В технических же вискози- метрах стопор служит для удерживания жидкости в сосуде зо время термостатирования до начала опыта и затем для ее свободного выпуска. Ввскозиметры Пуайзеля, Коха, Оствальда, Убелоде, Редвуда, Сейболта, Энглера и других устроены так, что жидкость сплошным течением проходит через капиллярную трубку и попадает в специальное расширение сосуда либо же выливается сплошной струей в отдельный мерный приемвик. Прибор Ломоносова можно было бы применять так, чтобы жидкость выходила из воронки не по каплям, а непрерывной струей, Только при этом условии его можно было бы уподобить какому-либо техническому ° вскозиметру, например прибору Энглера (рис. 3).
Как и с последним, мы получили бы некие условные характеристики вязкости. Но это был бы б Лсмсисссв з. я. вилик прямой отход от замысла Ломоносова исследовать «сцепление капель».ээ Прибор Ломоносова тем и интересен, что реализует правильный замысел: по каплеобразованию характеризовать силы взаимного сцепления частиц жидкости. В историческом развитии молекулярной физики такая мысль складывалась в русле исследований капиллярных явлений, которые в первой половине )ОгШ в.
уже истолковывались как подтверждение молекулярного строения жидкостей. Так, в «Волфианской экспериментальной физике» относительно поднятия жидкостей з капиллярных трубках сказано следующее: «А понеже оные ниточки (т. е. столбики жидкости в капиллярных трубках,— В. Б.) не что иное суть, как беспрерывный порядок капелек, для того сими опытами доказывается разделение жидких тел на весьма мелкие частицы, которые не больше частиц пара нли дыма».ы Это толкование, возможно, и явилось для Ломоносова исходной точкой зрения а поставленной им задаче оценить те силы сцепления частиц, благодаря которым жидкость, по тогдашним воззрениям, представляет собой «беспрерывный порядок капелек». В заключение нужно отметить, что Ломоносов проявлял глубокий интерес к капиллярным явлениям. В его планах акспернментальных работ встречаем такие пометки: «14) поднятие з капиллярных трубках растворов и соляных жидкостей по сравнению с поднятием в них воды»,~ «12) поднятие в капиллярных трубках»; ~а «Повышение разных сальций в трубках»; эг «Поднятие в капиллярных трубках».эв Имеется также заготовленная для записи результатов опытов таблица, озаглавленная так: «Поднятие равных растворов и жидкостей в капиллярных трубках одной и той же емкости при одном и том же градусе теплоты н их сравнение в отношении времени и высоты».хч Здесь перечислено 20 намеченных к испытанию разных жидкостей н растворов и заготовлены колонки для записи высоты и скорости поднятия жидкостей в трубках, причем намечены испытания «в новых трубках», «в трубках, предварительно ополоснутых той же жидкостью», и «в трубках более широких».
В этой постановке опытов затронуты многие из тех основных задач, которые впоследствии явились предметом учения о поверхностных явлениях, эз Вискозиметр Энглера дает результаты технологической пробы, отличающиеся от той Физической константы, которую в настоящее время называют вязкостью или внутренним трением, Переход к абсолютным единицам вязкости производится только посредством приближенных эмпирических формул. Уже давно ставится вопрос о замене этого несовергдениого прибора каким-либо другим, дающим физически определенные значения вязкости в абсолютных единицах. *' ПСС, т. 1, стр.
436. "ПСС, т. 2, стр, 587. -' ПСС, т. 2, стр. 591. " ПСС, т. 2, стр. 596. " ПСС, т. 2, стр. 607. "ПСС, т. 2, стр. 611. .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
