Динамичен вискозитет на течност. Какъв е неговият физически и механичен смисъл?

Течността се определя като физическо тяло,Тя може да променя своята форма с произволно малко влияние върху нея. Обикновено се разграничават два основни вида течности: капково и газообразно. Охлаждащите течности са течности в обичайния смисъл: вода, керосин, масло, масло и т.н. Газообразните течности са газове, които при нормални условия са например газообразни вещества като въздух, азот, пропан, кислород.

Тези вещества се различават по молекулитеструктурата и вида взаимодействие на молекулите помежду си. От гледна точка на механиката обаче те са непрекъснати медии. И поради това за тях са дефинирани някои общи механични характеристики: плътност и специфично тегло; както и основните физични свойства: свиваемост, температурно разширение, якост на опън, сили на повърхностното напрежение и вискозитет.

С вискозитет имаме предвид свойството на течно веществоДа се ​​противопоставят на приплъзване или срязване на слоевете си един спрямо друг. Същността на тази концепция се състои в появата на триеща сила между различните слоеве вътре в течността в относителното им движение. Разграничение между понятията "динамичен вискозитет на течността" и неговия "кинетичен вискозитет". След това нека разгледаме по-подробно каква е разликата между тези понятия.

Основни понятия и измерения

Вътрешната сила на триене F, възникваща междудвижат един спрямо друг съседни слоеве на генерализирано течност е директно пропорционална на скоростта на слоевете и тяхната контактна област S. тази сила действа в посока, перпендикулярна на движението, и се изразява в нютони уравнение е аналитично

F = μS (ΔV) / (Δn),

където (ΔV) / (Δn) = GV е градиентът на скоростта в посоката на нормалното към движещите се слоеве.

Коефициентът на пропорционалност μ е динамичният вискозитет или просто вискозитетът на генерализираната течност. От уравнението на Нютон е равно на

μ = F / (S ∙ GV).

Във физична измервателна система - единица вискозитетсе дефинира като вискозитета на средата, при която за градиент на скоростта на единица GV = 1 cm / s действа сила на триене от 1 dyne върху всеки квадратен сантиметър от слоя. Съответно, размерът на единицата в дадена система се изразява в dyn ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Тази единица с динамичен вискозитет се нарича poise (P).

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

Използват се и по-малки единици, а именно: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (милиопод) = 1000000 mc (микроимпаза). В техническата система за единица вискозитет вземете стойността kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

В международната система, единица вискозитетсе определя като вискозитет на средата, в която най-единица скорост градиент GV = 1 м / сек до 1 м на квадратен метър на течния слой действа триене сила на 1 N (Нютон). Стойностите на величините на μ в SI се изразява в кг ∙ m ^ (- 1) ^ ∙ с (- 1).

Освен динамични характеристикивискозитет, за течности се въвежда концепцията за кинематичен вискозитет като съотношението на коефициента μ към плътността на течността. Стойността на коефициента на кинематичен вискозитет се измерва в Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Коефициентът на вискозитет е цифрово равен на брояна движението, транспортирано в движещ се газ за единица време в посока, перпендикулярна на движението, за единица площ, когато скоростта на движение се различава на единица скорост в газовите слоеве, разположени на единица дължина. Коефициентът на вискозитет зависи от вида и състоянието на веществото (температура и налягане).

Динамичен вискозитет и кинематичен вискозитеттечностите и газовете са силно зависими от температурата. Беше отбелязано, че и двата коефициента намаляват с повишаването на температурата за отпадане на течности и обратното, нарастват с увеличаване на температурата за газовете. Разликата в тази зависимост може да се обясни с физическата природа на взаимодействието на молекулите при изпускането на течности и газове.

Физически смисъл

От гледна точка на молекулярко-кинетичната теория,феноменът на вискозитета на газовете се крие във факта, че в движещата се среда, поради хаотичното движение на молекулите, скоростите на различните слоеве се изравняват. Така, ако първият слой се движи в определена посока по-бързо от втория слой, съседен на него, тогава от първия слой до втория преминава по-бързи молекули и обратно.

Следователно, първият слой има тенденция да ускорява движениетовтория слой, а вторият - забавя движението на първия. Така, общото количество на движението на първия слой ще намалее, а второто ще се увеличи. Получената промяна в количеството на движението се характеризира с коефициент на вискозитет за газовете.

При отпадане на течности, за разлика от газовете,Вътрешното триене се определя до голяма степен от действието на междумолекулните сили. И тъй като разстоянията между молекулите на падащата течност са малки в сравнение с газовата среда, силите на взаимодействие на молекулите са съществени едновременно. Молекулите на течността, както и молекулите на твърдите вещества, се колебаят в близост до позиции на равновесие. При течностите обаче тези позиции не са неподвижни. След известен период от време, течността молекула рязко се сменя в нова позиция. В този случай времето, през което позицията на молекулата в течност не се променя, се нарича времето на "уредения й живот".

Силите на междумолекулното взаимодействие значителнозависи от вида на течността. Ако вискозитетът на веществото е малък, той се нарича "течащ", тъй като коефициентът на добива и динамичният вискозитет на течността са обратно пропорционални. Обратно, веществата с висок вискозитетен коефициент могат да имат механична твърдост, като смола. Вискозитетът на веществото зависи основно от състава на примесите и тяхното количество и от температурата. С повишаването на температурата стойността на времето "установен живот" намалява, в резултат на което се увеличава мобилността на флуидите и се намалява вискозитетът на веществото.

Феноменът на вискозитета, както и други явлениямолекулярен транспорт (дифузия и термична проводимост), е необратим процес, водещ до постигане на равновесно състояние, съответстващо на максималната ентропия и минималната свободна енергия.

</ p>