Dynamiczna lepkość cieczy. Jakie jest jego fizyczne i mechaniczne znaczenie?

Płyn definiowany jest jako ciało fizyczne,Jest w stanie zmienić swój kształt z arbitralnie niewielkim wpływem na to. Zazwyczaj wyróżniamy dwa główne rodzaje cieczy: kroplówkę i gaz. Płyny do skapywania to ciecze w zwykłym znaczeniu: woda, nafta, olej, olej i tak dalej. Ciecze gazowe to gazy, które w normalnych warunkach to na przykład substancje gazowe, takie jak powietrze, azot, propan, tlen.

Substancje te różnią się molekularniestruktura i rodzaj interakcji między cząsteczkami. Jednak z punktu widzenia mechaniki są to media ciągłe. A z tego powodu definiuje się dla nich pewne wspólne cechy mechaniczne: gęstość i ciężar właściwy; a także podstawowe właściwości fizyczne: ściśliwość, ekspansja temperaturowa, wytrzymałość na rozciąganie, siły napięcia powierzchniowego i lepkość.

Przez lepkość rozumiemy właściwość ciekłej substancjiOpierać się poślizgowi lub ścinaniu warstw w stosunku do siebie. Istota tej koncepcji polega na pojawieniu się siły tarcia pomiędzy różnymi warstwami wewnątrz płynu w ich ruchu względnym. Rozróżnić pojęcia "lepkości dynamicznej cieczy" od jej "lepkości kinetycznej". Następnie, przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo, jaka jest różnica między tymi pojęciami.

Podstawowe pojęcia i wymiar

Wewnętrzna siła tarcia F powstająca pomiędzyprzesuwanie względem siebie sąsiednich warstw uogólnionego płynu, jest wprost proporcjonalne do prędkości warstw i ich powierzchni styku S. Ta siła działa w kierunku prostopadłym do ruchu i jest analitycznie wyrażana przez równanie Newtona

F = μS (ΔV) / (Δn),

gdzie (ΔV) / (Δn) = GV jest gradientem prędkości w kierunku normalnym do ruchomych warstw.

Współczynnik proporcjonalności μ oznacza lepkość dynamiczną lub po prostu lepkość uogólnionej cieczy. Z równania Newtona jest równe

μ = F / (S ∙ GV).

W fizycznym systemie pomiarowym jednostka lepkościjest definiowana jako lepkość ośrodka, w którym dla jednostkowego gradientu prędkości GV = 1 cm / s siła tarcia 1 dyn wpływa na każdy centymetr kwadratowy warstwy. Odpowiednio, wymiar jednostkowy w danym systemie jest wyrażony w dyn ∙ s ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Ta jednostka lepkości dynamicznej nazywa się poise (P).

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

Stosowane są również mniejsze jednostki, mianowicie: 1 P = 100 cps (centypuazów) = 1000 mP (millipoza) = 1000000 mc (mikroimpaza). W układzie technicznym dla jednostki lepkości należy przyjąć wartość kg ∙ s ∙ m ^ (- 2).

W systemie międzynarodowym jednostka lepkościokreśla się jako lepkość w środowisku, w którym na jednostkę gradient prędkości GV = 1 m / s do 1 m na metr kwadratowy powierzchni warstwy cieczy działającej siły tarcia 1 N (niuton). Wymiar wartości μ w układzie SI wyraża się w kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

Oprócz cech dynamicznychlepka ciecz wprowadza się koncepcję jako stosunek współczynnika lepkości kinematycznej ľ do gęstości płynu. Wartość współczynnika lepkości kinematycznej jest mierzona w Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Współczynnik lepkości jest liczbowo równy liczbieruchu przenoszonego w poruszającym się gazie w jednostce czasu w kierunku prostopadłym do ruchu, na jednostkę powierzchni, gdy prędkość ruchu różni się na jednostkę prędkości w warstwach gazowych rozmieszczonych w odstępach na jednostkę długości. Współczynnik lepkości zależy od rodzaju i stanu substancji (temperatury i ciśnienia).

Lepkość dynamiczna i lepkość kinematycznaciecze i gazy są silnie zależne od temperatury. Zauważono, że oba te współczynniki zmniejszają się wraz ze wzrostem temperatury dla upuszczanych cieczy i, przeciwnie, zwiększają się wraz ze wzrostem temperatury dla gazów. Różnicę tej zależności można wytłumaczyć fizyczną naturą interakcji cząsteczek w upuszczanych cieczach i gazach.

Wyczucie fizyczne

Z punktu widzenia teorii molekularno-kinetycznejZjawisko lepkości dla gazów polega na tym, że w poruszającym się medium, z powodu chaotycznego ruchu cząsteczek, prędkości poszczególnych warstw są wyrównane. Tak więc, jeśli pierwsza warstwa porusza się w pewnym kierunku szybciej niż druga warstwa sąsiadująca z nią, wówczas z pierwszej warstwy do drugiej przechodzi szybciej cząsteczek i na odwrót.

Dlatego pierwsza warstwa ma tendencję do przyspieszania ruchudruga warstwa, a druga - spowolnienie ruchu pierwszego. W ten sposób całkowita ilość ruchu pierwszej warstwy zmniejszy się, a druga wzrośnie. Wynikowa zmiana w ilości ruchu charakteryzuje się współczynnikiem lepkości dla gazów.

W upuszczanych cieczach, w przeciwieństwie do gazów,Tarcie wewnętrzne jest w dużej mierze zdeterminowane działaniem sił międzycząsteczkowych. A ponieważ odległości między cząsteczkami spadającej cieczy są niewielkie w porównaniu do ośrodków gazowych, siły oddziaływania cząsteczek są istotne w tym samym czasie. Cząsteczki cieczy, a także cząsteczki ciał stałych, zmieniają się w pobliżu pozycji równowagi. Jednak w cieczach te pozycje nie są stacjonarne. Po pewnym czasie płynna cząsteczka nagle zmienia się w nową pozycję. W tym przypadku czas, w którym pozycja cząsteczki w cieczy się nie zmienia, nazywamy czasem "trwałości".

Siły oddziaływań międzycząsteczkowych znaczniezależy od rodzaju cieczy. Jeśli lepkość substancji jest niewielka, to nazywa się „płynny”, a współczynnik przepływu i lepkości dynamicznej płynu - są odwrotnie proporcjonalne. Odwrotnie, substancje o wysokim współczynniku lepkości mogą mieć twardość mechaniczną, taką jak żywica. Lepkość substancji zależy zasadniczo od składu zanieczyszczeń i ich ilości oraz od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury, wartość czasu "ustalonej trwałości" maleje, w wyniku czego zwiększa się ruchliwość płynu i zmniejsza się lepkość substancji.

Zjawisko lepkości, podobnie jak inne zjawiskaTransport cząsteczkowej (dyfuzji i przewodność cieplna) jest nieodwracalny proces, który prowadzi się do osiągnięcia stanu równowagi odpowiadającej maksymalnej entropii i minimalnej energii swobodnej.

</ p>