Dynamisk viskositet av en væske. Hva er dens fysiske og mekaniske betydning?

Et væske er definert som en fysisk kropp som er i stand til å forandre sin form med en vilkårlig liten innvirkning på den. Vanligvis er to hovedtyper av væsker preget: drypp og gassformig. Drikkevæsker er væsker i vanlig forstand: vann, parafin, olje, olje og så videre. Gasserformige væsker er gasser som under normale forhold er for eksempel gassformige stoffer, slik som luft, nitrogen, propan, oksygen.

Disse stoffene er forskjellige i molekylær struktur og i form av samspill av molekyler med hverandre. Men fra mekanisk synspunkt er de kontinuerlige medier. Og på grunn av dette, for dem er noen vanlige mekaniske egenskaper definert: tetthet og spesifikk tyngdekraft; Og også de grunnleggende fysiske egenskapene: komprimerbarhet, temperaturutvidelse, strekkfasthet, overflatespenningskrefter og viskositet.

Ved viskositet menes egenskapen til det flytende stoffet for å motstå glide eller skjær av dets lag i forhold til hverandre. Essensen av dette konseptet ligger i utseendet av en friksjonskraft mellom de forskjellige lagene i væsken i deres relative bevegelse. Skelne mellom begreper "dynamisk viskositet av et fluid" og dets "kinetiske viskositet". La oss derfor se nærmere på hva som er forskjellen mellom disse konseptene.

Grunnleggende begreper og dimensjon

Den indre friksjonskraften F som oppstår mellom de nærliggende tilstøtende lagene i det generaliserte fluidum, er direkte proporsjonal med lagens hastighet og deres kontaktområde S. Denne kraften virker i en retning vinkelrett på bevegelsen og uttrykkes analytisk av Newton-ligningen

F = μS (ΔV) / (Δn),

Hvor (ΔV) / (Δn) = GV er hastighetsgradienten i retning av det normale til de bevegelige lagene.

Proportionalitetskoeffisienten μ er den dynamiske viskositeten eller bare viskositeten til det generaliserte fluidet. Fra Newtons likning er det lik

Μ = F / (S ∙ GV).

I et fysisk målesystem defineres viskositetsenheten som viskositeten til mediet hvor en friksjonskraft på 1 dyne virker for hver kvadratcentimeter av laget ved en enkelt hastighetsgradient GV = 1 cm / sek. Følgelig er dimensjonen av enheten i det angitte systemet uttrykt i dyn ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Denne enheten med dynamisk viskositet kalles poise (P).

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

Mindre enheter benyttes også, nemlig: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (millipose) = 1000000 mc (mikroimpase). I det tekniske systemet, for viskositetsenheten, ta verdien kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

I det internasjonale systemet defineres viskositetsenheten som viskositeten til mediet hvor en friksjonskraft på 1 N (newton) virker på hver kvadratmeter av væskelaget ved en enkelt hastighetsgradient GV = 1 m / s per 1 m. Dimensjonen av verdien av μ i SI-systemet er uttrykt i kg ∙ m ^ (- 1) ∙ c ^ (-1).

I tillegg til slike egenskaper som dynamisk viskositet, for væsker, innføres begrepet kinematisk viskositet som forholdet mellom koeffisienten μ og væskens tetthet. Størrelsen på koeffisienten av kinematisk viskositet måles i Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Viskositetskoeffisienten er numerisk lik mengden bevegelse som bæres i en bevegelig gass per tidsenhet i en retning vinkelrett på bevegelsen, pr. Arealareal, når bevegelseshastigheten varierer per hastighetsenhet i gasslagene fordelt per lengde av enheten. Viskositetskoeffisienten avhenger av stoffets natur og tilstand (temperatur og trykk).

Den dynamiske viskositeten og kinematiske viskositeten til væsker og gasser er høyt temperaturavhengig. Det ble bemerket at begge disse koeffisientene reduseres med økende temperatur for å slippe væsker og omvendt øke med økende temperatur for gasser. Forskjellen på denne avhengigheten kan forklares av den fysiske naturen av samspillet mellom molekyler ved tapping av væsker og gasser.

Fysisk forstand

Fra molekylær-kinetisk teori er det fenomenet viskositet for gasser i det faktum at hastighetene i de forskjellige lagene i det bevegelige medium på grunn av den kaotiske bevegelsen av molekylene utlignes. Så, hvis det første laget beveger seg i noe retning raskere enn det andre laget ved siden av det, passerer det fra det første laget til det andre raskere molekyler, og omvendt.

Derfor har det første laget en tendens til å akselerere bevegelsen til det andre laget, og det andre - for å senke bevegelsen til den første. Således vil den totale mengde bevegelse av det første lag reduseres, og den andre vil øke. Den resulterende endringen i bevegelsesmengden er preget av en viskositetskoeffisient for gasser.

I dråpevæsker, i motsetning til gasser, er intern friksjon i stor grad bestemt av virkningen av intermolekylære krefter. Og siden avstandene mellom molekylene i en slippende væske er små sammenlignet med gassformige medier, er samspillskreftene til molekylene signifikante på samme tid. Molekyler av en væske, så vel som molekyler av faste stoffer, varierer nær posisjoner av balanse. I væsker er disse stillingene imidlertid ikke stasjonære. Etter en viss tidsperiode forandrer væskemolekylet til en ny posisjon. Tiden der molekylets posisjon i væsken ikke endres kalles tiden for sitt "bosatte liv".

Kraftene i intermolekylær interaksjon er i hovedsak avhengig av typen væske. Hvis stoffets viskositet er liten kalles den "flytende", siden utbyttekoeffisienten og væskens dynamiske viskositet er omvendt proporsjonal. Omvendt kan stoffer med høy viskositetskoeffisient ha en mekanisk hardhet, slik som en harpiks. Viskositeten av stoffet avhenger hovedsakelig av sammensetningen av urenheter og deres mengde, og på temperaturen. Med økende temperatur reduseres tidsverdien for "avgjort liv", noe som fører til at væskefobiliteten øker og viskositeten av stoffet reduseres.

Fenomenet viskositet, som andre fenomener molekylærtransport (diffusjon og termisk ledningsevne), er en irreversibel prosess som fører til oppnåelse av en likevektstilstand som tilsvarer maksimal entropi og minst fri energi.