Dynamická viskozita kapaliny. Jaký je jeho fyzický a mechanický význam?

Tekutina je definována jako fyzické tělo,Je schopen změnit svůj tvar s libovolným malým vlivem. Obvykle se rozlišují dva hlavní typy tekutin: kapající a plynné. Kapaliny kapaliny jsou kapaliny v obvyklém smyslu: voda, petrolej, olej, olej a tak dále. Plynné kapaliny jsou plyny, které za normálních podmínek jsou například plynné látky, jako je vzduch, dusík, propan, kyslík.

Tyto látky se liší molekulárními vlastnostmistruktura a typ interakce molekul mezi sebou. Nicméně, z pohledu mechaniky, jsou to kontinuální média. A kvůli tomu jsou pro ně definovány některé společné mechanické charakteristiky: hustota a specifická hmotnost; a také základní fyzikální vlastnosti: stlačitelnost, teplotní roztažnost, pevnost v tahu, síly povrchového napětí a viskozita.

Viskozitou rozumíme vlastnost kapalné látkyBránit skluzu nebo smyku svých vrstev vůči sobě navzájem. Podstata tohoto konceptu spočívá ve vzhledu třecí síly mezi různými vrstvami uvnitř kapaliny v jejich relativním pohybu. Rozlišujte mezi pojmy "dynamická viskozita kapaliny" a "kinetická viskozita". Dále zvažte podrobněji, jaký je rozdíl mezi těmito pojmy.

Základní pojmy a rozměry

Vnitřní třecí síla F vznikající mezipohybující se relativně vůči sobě přilehlým vrstvám generalizované tekutiny, je přímo úměrná rychlosti vrstev a jejich kontaktní oblasti S. Tato síla působí ve směru kolmém na pohyb a je analyticky vyjádřena Newtonovou rovnicí

F = μS (ΔV) / (Δn),

kde (ΔV) / (Δn) = GV je rychlostní gradient ve směru normálu k pohyblivým vrstvám.

Koeficient proporcionality μ je dynamická viskozita nebo jednoduše viskozita generalizované tekutiny. Z Newtonovy rovnice se rovná

μ = F / (S ∙ GV).

Ve fyzickém měřicím systému je jednotka viskozityje definována jako viskozita média, ve které pro jednotkový rychlostní gradient GV = 1 cm / s působí třecí síla 1 dynu na každý čtverečný centimetr vrstvy. Odpovídajícím způsobem je rozměr jednotky v daném systému vyjádřen v dyn ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Tato jednotka dynamické viskozity se nazývá poise (P).

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

Rovněž se používají menší jednotky, a to: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (millióza) = 1000000 mc (mikroimpáza). V technickém systému je pro jednotku viskozity hodnota kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

V mezinárodním systému je jednotka viskozityje definována jako viskozita média, ve které působí třecí síla 1 N (newton) na každý čtvereční metr kapalné vrstvy při jediném rychlostním gradientu GV = 1 m / s na 1 m. Rozměr hodnoty μ v systému SI je vyjádřen v kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

Kromě dynamických vlastnostíviskozita pro tekutiny se zavádí pojem kinematické viskozity jako poměr koeficientu μ k hustotě kapaliny. Hodnota koeficientu kinematické viskozity se měří v Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Koeficient viskozity se číselně rovná čísluprovoz provádí v pohybujícím se plynu za jednotku času ve směru kolmém na pohyb, na jednotku plochy, když je rychlost pohybu se liší na jednotku rychlosti do vrstev plynu odděleny na jednotku délky. koeficient viskozity je závislá na druhu a stavu materiálu (teplota a tlak).

Dynamická viskozita a kinematická viskozitakapaliny a plyny jsou velmi závislé na teplotě. Bylo poznamenáno, že oba tyto koeficienty klesají se zvyšující se teplotou pro kapání kapaliny a naopak zvyšují s rostoucí teplotou pro plyny. Rozdíl této závislosti lze vysvětlit fyzikální povahou interakce molekul v kapkách a plynech.

Fyzický smysl

Z pohledu molekulárně-kinetické teorie,fenomén viskozity plynů spočívá ve skutečnosti, že v pohybujícím se médiu jsou v důsledku chaotického pohybu molekul rychlosti různých vrstev vyrovnávány. Pokud se tedy první vrstva pohybuje v určitém směru rychleji než druhá přilehlá vrstva, pak z první vrstvy na druhou prochází rychleji molekuly a naopak.

Proto první vrstva má tendenci urychlit pohybdruhá vrstva a druhá - zpomaluje pohyb prvního. Celkové množství pohybu první vrstvy se tak sníží a druhá se zvýší. Výsledná změna v množství pohybu je charakterizována koeficientem viskozity pro plyny.

Při kapání kapalin, na rozdíl od plynů,Vnitřní tření je do značné míry ovlivněno působením intermolekulárních sil. A protože vzdálenosti mezi molekulami kapající kapaliny jsou malé ve srovnání s plynnými médii, vzájemné síly molekul jsou současně významné. Molekuly kapaliny, stejně jako molekuly pevných látek, se mění v blízkosti rovnováhy. V kapalinách však tyto pozice nejsou stacionární. Po určité době se molekula kapaliny náhle změní na novou pozici. V tomto případě se doba, během níž se pozice molekuly v kapalině nezmění, se nazývá čas svého "ustáleného života".

Síly intermolekulární interakce významnězávisí na typu kapaliny. Pokud je viskozita látky malá, nazývá se "tekoucí", protože koeficient výtěžnosti a dynamická viskozita kapaliny jsou nepřímo úměrné. Naopak, látky s vysokým koeficientem viskozity mohou mít mechanickou tvrdost, jako je pryskyřice. Viskozita látky závisí v podstatě na složení nečistot a jejich množství a na teplotě. Se stoupající teplotou se časová hodnota "ustáleného života" snižuje, což vede k nárůstu mobility tekutiny a k poklesu viskozity látky.

Fenomén viskozity, stejně jako jiné jevymolekulární transport (difúze a tepelná vodivost) je nevratný proces vedoucí k dosažení rovnovážného stavu odpovídající maximu entropie a minimální volné energie.

</ p>