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

Течност се определя като физическо тяло, което може да промени формата си с произволно малко въздействие върху него. 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 молекулярна структура и по отношение на взаимодействието на молекулите помежду си. От гледна точка на механиката обаче те са непрекъснати медии. И поради това за тях са определени някои общи механични характеристики: плътност и специфично тегло - както и основните физични свойства: сгъстяване, термично разширение, якост на опън, якост повърхностно напрежение и вискозитет.

По вискозитет имаме предвид имота течно вещество Да се ​​противопоставят на приплъзване или срязване на слоевете си един спрямо друг. Същността на тази концепция се крие във външния вид фрикционни сили между различните слоеве във флуида, когато те се движат относително. 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

Вискозна сила F, която възниква от движещи се 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 = mu-S (ΔV) / (Δn),

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

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

mu- = F / (S ∙ GV).

В система за измерване на вискозитет единица физически определя като вискозитет на средата, в която при скорост градиент устройство GV = 1 см / сек на квадратен сантиметър слой сила на триене актове в 1 дина. Следователно, размерът на устройството в тази система се изразява в дини ∙ и ∙ см ^ (- 2) = R ∙ см ^ (- 1) ∙ S ^ (- 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 вискозитет 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). Размерът на едно количество mu-in SI система се изразява в kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

В допълнение към такива характеристики като динамичен вискозитет, за течностите се въвежда концепцията за кинематичен вискозитет като съотношение на коефициента до плътността на течността. Стойността на коефициента на кинематичен вискозитет се измерва в Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Коефициентът на вискозитет е числено равно на броя на трафик извършва в движещия газ за единица време в посока, перпендикулярна на движението на единица площ, когато скоростта на движение се различава за единица скорост на слоеве газ разделени на единица дължина. Коефициент на вискозитет зависи от естеството и състоянието на веществото (температура и налягане).

Динамичният вискозитет и кинематичният вискозитет на течностите 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 състои в това, 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 движението на втория слой, а вторият - да забави 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.

В капчици 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 значителни едновременно. Молекулите на течността, както и молекулите на твърдите вещества, се колебаят в близост до позициите на равновесие. При течностите обаче тези позиции не са неподвижни. След определен 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 зависят основно 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 молекулни транспортни явления (дифузия и термична проводимост) е необратим процес, което води до постигане на равновесно състояние на съответстваща на максималната ентропия и свободен минималната енергия.