Dynamisk viskositet hos en vätska. Vad är dess fysiska och mekaniska betydelse?

Vätskan definieras som en fysisk kropp,Det kan ändra sin form med ett godtyckligt litet inflytande på den. Vanligtvis utses två huvudtyper vätskor: dropp och gasformig. Droppvätskor är vätskor i vanlig mening: vatten, fotogen, olja, olja och så vidare. Gasformiga vätskor är gaser som under normala förhållanden exempelvis är gasformiga ämnen, såsom luft, kväve, propan, syre.

Dessa ämnen skiljer sig i molekylärstruktur och typ av interaktion mellan molekyler med varandra. Men från mekanikens synvinkel är de kontinuerliga medier. Därför definieras för dem några vanliga mekaniska egenskaper: densitet och specifik gravitation; och även de grundläggande fysikaliska egenskaperna: kompressibilitet, temperaturutvidgning, draghållfasthet, ytspänningskrafter och viskositet.

Med viskositet menar vi egenskapen hos ett flytande ämneAtt motstå glidning eller skjuvning av dess skikt i förhållande till varandra. Kärnan i detta koncept består i utseendet av en friktionskraft mellan de olika skikten i vätskan i sin relativa rörelse. Skill mellan begreppen "dynamisk viskositet hos en vätska" och dess "kinetiska viskositet". Låt oss nu närmare anse vad som är skillnaden mellan dessa begrepp.

Grundläggande begrepp och dimension

Den inre friktionskraften F uppstår mellanrör sig i förhållande till varandra närliggande skikt av den generaliserade vätskan, är direkt proportionell mot skiktenas hastighet och deras kontaktområde S. Denna kraft verkar i en riktning vinkelrätt mot rörelsen och uttrycks analytiskt av Newton ekvationen

F = μS (AV) / (An),

där (ΔV) / (Δn) = GV är hastighetsgradienten i riktning mot det normala till de rörliga skikten.

Proportionalitetskoefficienten μ är den dynamiska viskositeten eller helt enkelt viskositeten hos den generaliserade vätskan. Från Newtons ekvation är det lika med

μ = F / (S ∙ GV).

I ett fysiskt mätsystem, en viskositetsenhetdefinieras som viskositeten hos mediet, där en friktionskraft av 1 dyn på en kvadratcentimeter av skiktet för en enhetshastighetsgradient GV = 1 cm / sek. Följaktligen är dimensionen av enheten i detta system uttrycks i dyn ∙ s ∙ cm ^ (- 2) = r ∙ cm ^ (- 1) ∙ s ^ (- 1).

Denna enhet med dynamisk viskositet kallas poise (P).

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

Mindre enheter används också, nämligen: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (millipose) = 1000000 mc (mikroimpas). I det tekniska systemet, för viskositetsenheten, ta värdet kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

I det internationella systemet, viskositetsenhetendefinieras som viskositeten hos mediet i vilken en friktionskraft av 1 N (newton) verkar på varje kvadratmeter av vätskelaget vid en enkel hastighetsgradient GV = 1 m / s per 1 m. Dimensionen av värdet på μ i SI-systemet uttrycks i kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

Förutom sådana egenskaper som dynamiskaviskositet för vätskor införs konceptet kinematisk viskositet som förhållandet mellan koefficienten μ och vätskans densitet. Värdet av koefficienten för kinematisk viskositet mäts i Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Viskositetskoefficienten är numeriskt lika med antaletav rörelsen som transporteras i en rörlig gas per tidsenhet i en riktning vinkelrätt mot rörelsen per områdets yta, när rörelsehastigheten varierar per hastighet i gaslagren åtskilda per längdenhet. Viskositetskoefficienten beror på ämnets typ och tillstånd (temperatur och tryck).

Dynamisk viskositet och kinematisk viskositetVätskor och gaser är högtemperaturberoende. Det noterades att båda dessa koefficienter minskar med ökande temperatur för dropp av vätskor och omvänt ökar med ökande temperatur för gaser. Skillnaden i detta beroende kan förklaras av den fysiska naturen hos molekylernas interaktion vid dropp av vätskor och gaser.

Fysisk känsla

Ur den molekylär-kinetiska teorins synvinkel,fenomenet för viskositet för gaser ligger i det faktum att hastigheterna i de olika skikten utjämnas i det rörliga mediet på grund av molekylernas kaotiska rörelse. Om det första skiktet rör sig i en viss riktning snabbare än det andra lagret intill den, så, från det första skiktet till det andra passerar snabbare molekyler och vice versa.

Därför tenderar det första skiktet att accelerera rörelsenandra lagret, och det andra - sakta ner rörelsen av den första. Sålunda minskar den totala rörelsen för det första skiktet och den andra kommer att öka. Den resulterande förändringen i rörelsens mängd kännetecknas av en viskositetskoefficient för gaser.

Vid dropp av vätskor, till skillnad från gaser,Intern friktion bestäms i stor utsträckning av effekten av intermolekylära krafter. Och, eftersom avståndet mellan molekylerna i den flytande droppen är liten jämfört med de gasformiga miljöer, de molekylära interaktionskrafterna medan - signifikanta. Molekyler av en vätska, såväl som molekyler av fasta ämnen, fluktuerar nära balanspositioner. I vätskor är dessa positioner dock inte stationära. Efter en viss tid ändras den flytande molekylen drastiskt till en ny position. I detta fall kallas tiden för vilken molekylens position i en vätska inte förändras kallas tiden för sitt "sedimenterade liv".

Krafterna för intermolekylär interaktion är signifikantberor på typen av vätska. Om ämnets viskositet är liten kallas den "flytande", eftersom avkastningskoefficienten och vätskans dynamiska viskositet är omvänt proportionerliga. Omvänt kan substanser med en hög viskositetskoefficient ha en mekanisk hårdhet, såsom ett harts. Viskositeten hos substansen beror huvudsakligen på föroreningarnas sammansättning och deras kvantitet och på temperaturen. Med ökande temperatur minskar "det sedimenterade livets" tidvärde, vilket resulterar i att vätskebutrymmet ökar och viskositeten hos substansen minskar.

Viskositetsfenomenet, som andra fenomenmolekylär transport (diffusion och värmeledningsförmåga) är en irreversibel process som leder till uppnåendet av ett jämviktstillstånd som motsvarar maximal entropi och minsta fri energi.

</ p>