Dinamička viskoznost tekućine. Kakvo je njezino fizičko i mehaničko značenje?

Tekućina se definira kao fizičko tijelo koje je sposobno mijenjati svoj oblik s proizvoljno malim uticajem na nju. Obično se razlikuju dvije glavne vrste tekućina: kapanje i plin. Tekućine za kapanje su tekućine u uobičajenom smislu: voda, kerozin, ulje, ulje i tako dalje. Plinovite tekućine su plinovi koji su pod normalnim uvjetima, na primjer, plinovite tvari, kao što su zrak, dušik, propan, kisik.

Te se tvari razlikuju u molekularnoj strukturi i u vrsti interakcije molekula jedna s drugom. Međutim, s gledišta mehanike, oni su kontinuirani mediji. Zbog toga su za njih određena opća mehanička svojstva: gustoća i specifična gravitacija - kao i osnovna fizička svojstva: stlačivost, toplinska ekspanzija, vlačna čvrstoća, čvrstoća površinska napetost i viskoznost.

Viskozitet znači vlasništvo tekuća supstanca Da se oduprijeti klizanju ili smicanju svojih slojeva međusobno. Bit ovog koncepta leži u izgledu sile trenja između različitih slojeva unutar tekućine kada se kreću relativno. Razlikovati pojmove "dinamičke viskoznosti tekućine" i njezinu "kinetičku viskoznost". Zatim, razmotrimo što je razlika između ovih pojmova.

Osnovni pojmovi i dimenzija

Viskozna sila F koja proizlazi iz pomicanja jedan u odnosu na drugi susjedni slojevi generalizirani tekućine izravno je proporcionalna brzini slojeva i njihove kontaktne površine S. Ova sila djeluje u smjeru okomito na gibanje, te izražena u Newton jednadžba analitički

F = mu-S (ΔV) / (Δn),

gdje je (ΔV) / (Δn) = GV gradijent brzine u smjeru normalnog prema pokretnim slojevima.

Koeficijent proporcionalnosti mu je dinamička viskoznost ili jednostavno viskoznost generalizirane tekućine. Iz Newtonove jednadžbe jednak je

mu- = F / (S ∙ GV).

U fizičkom mjernom sustavu jedinica viskoznosti se definira kao viskoznost medija u kojem djeluje sila trenja od 1 dyne na svakom kvadratnom centimetru sloja s jednim gradijentom brzine GV = 1 cm / s. U skladu s tim, dimenzija jedinice u danom sustavu izražava se u din ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Ova jedinica dinamičke viskoznosti naziva se ravnoteža (P).

1 P = 0,1 Pa ∙ s = 0,0102 kgf ∙ s ∙ m ^ (- 2).

Također se koriste manje jedinice, naime: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (millipose) = 1000000 mc (mikroimpazija). U tehničkom sustavu, za jedinicu viskoznosti, uzmite vrijednost kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

U međunarodnoj sustav jedinica viskoznosti definirana kao viskoznosti medija, u kojem je brzina jedinici gradijent GV = 1 m / s do 1 m po kvadratnom metru tekućeg sloja koji djeluje sila trenja 1 N (Newton). Dimenzija količine mu- in SI sustav izražava se u kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

Pored takvih karakteristika kao i dinamička viskoznost, za tekućine koncept kinematičke viskoznosti se uvodi kao omjer koeficijenta na gusto} u teku} ine. Vrijednost koeficijenta kinematičke viskoznosti mjeri se u Stokesu (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Koeficijent viskoznost je numerički jednaka broju prometa provodi u pokretnog plina u jedinici vremena u smjeru okomito na kretanje po jedinici površine, kada je brzina kretanja se razlikuje po jedinici brzine plina u slojeve razdvoji po jedinici duljine. Koeficijent viskoznosti ovisi o prirodi i stanju tvari (temperaturi i tlaku).

Dinamička viskoznost i kinematička viskoznost tekućina i plinova vrlo su ovisna o temperaturi. Zabilježeno je da se oba ova koeficijenta smanjuju s povećanjem temperature za ispuštanje tekućina i, obrnuto, povećavaju se s porastom temperature za plinove. Razlika ove ovisnosti može se objasniti fizikalnom prirodom interakcije molekula u ispuštanju tekućina i plinova.

Fizički smisao

Sa stajališta molekularno-kinetičke teorije, fenomen viskoznosti za plinove sastoji se u činjenici da se u pokretnom mediju, zbog kaotičnog gibanja molekula, izjednačavaju brzine različitih slojeva. Dakle, ako se prvi sloj pomiče u određenom smjeru brže od drugog sloja koji je pored nje, tada od prvog sloja do drugog prolaze brže molekule i obrnuto.

Stoga, prvi sloj nastoji ubrzati kretanje drugog sloja, a drugi - za usporavanje kretanja prvog. Dakle, ukupna količina kretanja prvog sloja će se smanjiti, a druga će se povećati. Dobivena promjena u količini gibanja karakterizirana je koeficijentom viskoznosti za plinove.

U kapljicama tekućine, za razliku od plinova, unutarnje trenje uvelike se određuje djelovanjem intermolekularnih sila. A budući da su udaljenosti između molekula tekućine koja se ispušta male u usporedbi s plinovitim medijima, interakcijske sile molekula su značajne u isto vrijeme. Molekule tekućine, kao i molekule krutih tvari, mijenjaju se blizu položaja ravnoteže. Međutim, u tekućinama ove pozicije nisu stacionarne. Nakon određenog vremena, molekula tekućine naglo se mijenja u novu poziciju. U tom slučaju, vrijeme tijekom kojeg se položaj molekule u tekućini ne mijenja nazivaju se vrijeme svog "naseljenog života".

Sile intermolekularne interakcije u biti ovise o vrsti tekućine. Ako je viskoznost tvari mala, naziva se "protjecanje", budući da su koeficijent prinosa i dinamička viskoznost tekućine obrnuto proporcionalni. Suprotno tome, tvari s visokim koeficijentom viskoziteta mogu imati mehaničku tvrdoću, poput smole. Viskoznost tvari u biti ovisi o sastavu nečistoća i njihovoj količini i temperaturi. S povećanjem temperature smanjuje se vremenska vrijednost "namještene životne", zbog čega se mobilnost tekućine povećava i viskoznost tvari se smanjuje.

Fenomen viskoznosti, kao i drugih molekularnih fenomen transporta (difuzija i toplinske vodljivosti) je ireverzibilni proces koji dovodi do postizanja ravnotežnom stanju odgovara maksimalnoj entropije i slobodnog minimum energije.