Vâscozitatea dinamică a unui lichid. Care este semnificația sa fizică și mecanică?

Fluidul este definit ca un corp fizic,Este capabil să-și schimbe forma cu o influență arbitrară asupra ei. De obicei se disting două tipuri principale de lichide: picurare și gaze. Fluidele picurate sunt lichide în sensul obișnuit: apă, kerosen, ulei, ulei și așa mai departe. Lichidele gazoase sunt gaze care, în condiții normale, sunt, de exemplu, substanțe gazoase, cum ar fi aerul, azotul, propanul, oxigenul.

Aceste substanțe diferă în ceea ce privește moleculastructura și tipul de interacțiune a moleculelor între ele. Cu toate acestea, din punct de vedere al mecanicii, ele sunt medii continue. Din acest motiv, pentru ele sunt definite câteva caracteristici mecanice comune: densitatea și greutatea specifică; și, de asemenea, proprietățile fizice de bază: compresibilitatea, expansiunea la temperatură, rezistența la tracțiune, forțele de tensiune superficială și viscozitatea.

Prin vâscozitate înțelegem proprietatea unei substanțe lichidePentru a rezista alunecării sau forfecării straturilor sale față de celălalt. Esența acestui concept constă în apariția unei forțe de frecare între diferitele straturi din interiorul fluidului în mișcarea lor relativă. Disting între conceptele de "vâscozitate dinamică a unui lichid" și de "vâscozitate cinetică". Apoi, să analizăm în detaliu care este diferența dintre aceste concepte.

Concepte și dimensiuni de bază

Forța de frecare internă F care se produce întrese deplasează în raport cu celelalte straturi adiacente ale fluidului generalizat este direct proporțională cu viteza straturilor și aria lor de contact S. Această forță acționează într-o direcție perpendiculară pe mișcarea și exprimată în ecuația Newton este analitic

F = μS (ΔV) / (Δn),

unde (ΔV) / (Δn) = GV este gradientul de viteză în direcția stratului normal față de straturile în mișcare.

Coeficientul de proporționalitate μ este vâscozitatea dinamică sau pur și simplu vâscozitatea fluidului generalizat. Din ecuația lui Newton este egal cu

μ = F / (S ∙ GV).

Într-un sistem fizic de măsurare, o unitate de vâscozitateeste definită ca vâscozitatea mediului în care, pentru un gradient de viteză unitară GV = 1 cm / sec, o forță de frecare de 1 dyne acționează pe fiecare centimetru pătrat al stratului. Corespunzător, dimensiunea unității într-un sistem dat este exprimată în dyn ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Această unitate de vâscozitate dinamică se numește poise (P).

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

Se utilizează de asemenea unități mai mici, și anume: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (milozitate) = 1000000 mc (microimpază). În sistemul tehnic, pentru unitatea de vâscozitate, ia valoarea kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

În sistemul internațional, unitatea de vâscozitateeste definită ca vâscozitatea mediului în care o forță de frecare de 1 N (newton) acționează pe fiecare metru pătrat al stratului lichid la un singur gradient de viteză GV = 1 m / s pe 1 m. Dimensiunea valorii lui μ în sistemul SI este exprimată în kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

Pe lângă caracteristicile dinamiceviscozitatea, pentru lichide, conceptul de vâscozitate cinematică este introdus ca raportul dintre coeficientul μ și densitatea lichidului. Valoarea coeficientului de vâscozitate cinematică este măsurată în Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Coeficientul de vâscozitate este numeric egal cu numărultrafic transportat într-un gaz în mișcare pe unitate de timp într-o direcție perpendiculară pe deplasarea, pe unitatea de suprafață, atunci când viteza de deplasare este diferită pentru fiecare unitate de viteză în straturile de gaz separate pe unitatea de lungime. coeficient de vâscozitate depinde de tipul și starea materialului (temperatură și presiune).

Vâscozitatea dinamică și vâscozitatea cinematicălichidele și gazele sunt foarte dependente de temperatură. Sa observat că ambii acești coeficienți scad cu creșterea temperaturii pentru picăturile de lichide și, dimpotrivă, cresc cu creșterea temperaturii pentru gaze. Diferența acestei dependențe poate fi explicată prin natura fizică a interacțiunii moleculelor în picăturile de lichide și gaze.

Sensul fizic

Din punctul de vedere al teoriei moleculare-cinetice,fenomenul de vâscozitate al gazelor constă în faptul că în mediul în mișcare, datorită mișcării haotice a moleculelor, vitezele diferitelor straturi sunt egale. Astfel, dacă primul strat se deplasează într-o anumită direcție mai repede decât al doilea strat adiacent acestuia, atunci din primul strat până la cel de-al doilea trece mai repede moleculele și invers.

Prin urmare, primul strat tinde să accelereze mișcareaal doilea strat și al doilea - încetinește mișcarea primului. Astfel, cantitatea totală de mișcare a primului strat va scădea, iar a doua va crește. Schimbarea rezultată a cantității de mișcare este caracterizată de un coeficient de vâscozitate pentru gaze.

În picături de lichide, spre deosebire de gaze,Fricțiunea internă este în mare măsură determinată de acțiunea forțelor intermoleculare. Și, deoarece distanța dintre moleculele picăturii de lichid este mică în comparație cu mediile gazoase, moleculare forțele de interacțiune în timp ce - semnificative. Moleculele de lichid, precum și molecule de solide, variind în apropierea punctelor de echilibru. Cu toate acestea, în lichide aceste poziții nu sunt staționare. După o anumită perioadă de timp, molecula lichidă se transformă brusc într-o nouă poziție. În același timp, în care poziția moleculelor în lichidul nu se schimba, timpul a numit-o „viață stabilit“.

Forțele interacțiunii intermoleculare semnificativdepinde de tipul de lichid. Dacă vâscozitatea substanței este mică, se numește "curge", deoarece coeficientul de randament și vâscozitatea dinamică a lichidului sunt invers proporționale. În schimb, substanțele cu un coeficient de vâscozitate ridicat pot avea o duritate mecanică, cum ar fi o rășină. Vâscozitatea substanței depinde în mod esențial de compoziția impurităților și de cantitatea lor, precum și de temperatura. Cu temperatură în creștere, valoarea timpului de viață stabilită scade, ca urmare a creșterii mobilității fluidului și a vâscozității substanței.

Fenomenul vâscozității, ca și alte fenomenetransportul molecular (difuzie și conductivitatea termică), este un proces ireversibil care conduce la atingerea unei stări de echilibru corespunzătoare maximului de entropie și a energiei libere minime.

</ p>