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

Un fluid este definit ca un corp fizic capabil să-și schimbe forma, cu un impact arbitrar 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. fluide gazosi - gaze care, în condiții normale sunt, de exemplu, substanțele gazoase cum ar fi aer, azot, propan, oxigen.

Aceste substanțe diferă în structura moleculară și în tipul de interacțiune a moleculelor cu celelalte. Cu toate acestea, din punct de vedere al mecanicii, ele sunt medii continue. Din acest motiv, pentru ele sunt definite anumite caracteristici mecanice generale: densitatea și greutatea specifică - precum și cele de bază proprietăți fizice: compresibilitate, dilatare termică, rezistență la tracțiune, rezistență tensiunea superficială și viscozitatea.

Prin vâscozitate înțelegem proprietatea substanță lichidă Pentru a rezista alunecării sau forfecării straturilor sale față de celălalt. Esența acestui concept constă în aspectul forțele de forță între diferitele straturi din interiorul lichidului când se mișcă relativ. Distingeți între conceptele de "vâscozitate dinamică a unui lichid" și de "vâscozitatea lui cinetică". Apoi, să analizăm în detaliu care este diferența dintre aceste concepte.

Concepte și dimensiuni de bază

forța vâscoasă F, care rezultă din deplasarea 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 = mu-S (ΔV) / (Δn),

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

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

mu- = F / (S ∙ GV).

În unitatea de sistem de măsurare fizică a viscozității definită ca viscozitatea mediului, în care, la gradient de viteză unitate GV = 1 cm / sec pe centimetru pătrat de strat acționează forța de frecare în 1 dyne. Prin urmare, dimensiunea unității în acest sistem este exprimat în dini ∙ s ∙ cm ^ (- 2) = r ∙ cm ^ (- 1) ∙ s ^ (- 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 unitatea de sistem internațional de viscozitate definită ca viscozitatea mediului, în care, la unitatea de gradient de viteză GV = 1 m / s la 1 m pe metru pătrat de forța de frecare lichid strat cu acțiune de 1 N (Newton). Dimensiunea unei cantități mu-in Sistemul SI este exprimată în kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

În plus față de caracteristici precum vâscozitatea dinamică, pentru lichide se introduce conceptul de vâscozitate cinematică ca raport al coeficientului mu-densitatea lichidului. Valoarea coeficientului de vâscozitate cinematică este măsurată în Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Coeficientul de viscozitate este numeric egal cu numărul de trafic transportat în gazul se deplasează 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 viscozitate depinde de natura și starea substanței (temperatură și presiune).

Viscozitatea dinamică și vâscozitatea cinematică a lichidelor și gazelor 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 cinetice moleculare a fenomenului gazelor vâscozității constă în faptul că mediul în mișcare datorită mișcării aleatoare a moleculelor are loc de straturi aliniate cu viteze diferite. Astfel, în cazul în care primul strat într-o direcție se deplasează mai repede decât adiacent la acesta un al doilea strat, primul strat al doilea se deplasează molecula mai repede, și vice-versa.

Prin urmare, primul strat tinde să accelereze mișcarea celui de-al doilea strat, iar al doilea - să încetinească mișcarea primului strat. 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 lichide, spre deosebire de gaze, frecare internă este în mare măsură determinată de acțiunea forțelor intermoleculare. Și, deoarece distanțele dintre moleculele lichidului picant sunt mici în comparație cu mediile gazoase, forțele de interacțiune ale moleculelor sunt semnificative în același timp. Moleculele unui lichid, precum și moleculele de solide, fluctuează în apropierea pozițiilor 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 acest caz, timpul în care poziția unei molecule într-un lichid nu se schimbă se numește timpul "vieții stabilite".

Forțele interacțiunii intermoleculare depind în esență 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 de viscozitate, precum și alte fenomene de transport moleculare (difuziune și conductivitate termică) este un proces ireversibil care duce la realizarea o stare de echilibru corespunzător entropia maximă și minimă de energie liberă.