Dinamička i kinematička viskoznost tekućine. Što je to?

U svakodnevnom životu, pojam "viskozna tekućina" često se poistovjećuje s nečim ljepljivim, klizavim, u kojem je moguće prljati. Djelomično kao što je. Pogledajmo pobliže situaciju.

tvari

Gdje god se nalazili, uvijek smo okruženi supstancama i fizičkim tijelima koja su u tri agregatna stanja: u krutom, tekućem i plinovitom stanju. četvrta stanje materije - plazma - nesposobna za postojanje u takozvanim normalnim uvjetima. Za njegovo održavanje neophodni su umjetno stvoreni načini. Tekuće i plinovite tvari zauzimaju više od 85% volumena našeg životnog prostora. Dovoljno je spomenuti zrak koji udišemo i vodu koju pijemo. I bilo koja od ovih tvari može se okarakterizirati u smislu njihove viskoznosti.

Što se mjeri

Po definiciji, viskoznost je svojstvo fluidnih tijela da se odupru njihovom kretanju u odnosu na fiksni koordinatni sustav ili jedan na drugi. Postoji dinamička i kinematička viskoznost. Dinamička viskoznost u međunarodnom SI sustavu mjeri se u [Pa * s] (Pascal u sekundi). S fizičke točke gledišta, ova vrijednost pokazuje promjenu gubitka tlaka po jedinici vremena. U GHS sustavu (centimetar - gram - drugi) mjeri se poaze (1 Pa * s = 10 poise) i nazvana je po poznatom francuskom fizičaru i liječniku Jean - Louisu Marie Poiseuilleu.

Kinematička viskoznost se mjeri u m2 / s (u SI sustavu) i u stokama (češće u centistokama). 1 cSt = 1 mm2 / s. To je temeljna vrijednost ovog fluidnog svojstva. Kroz poseban uređaj, viskozimetar, možete izmjeriti viskoznost bilo koje tekućine. Njegov definirani (kalibrirani) volumen prolazi kroz kalibrirani otvor bez mehaničkog impulsa, samo pod djelovanjem gravitacija.

Metoda određivanja

Jedinicu kinematičke viskoznosti utvrdili su još kasnih četrdesetih godina dvadesetog stoljeća sovjetski znanstvenici Ya I. I. Frenkel. U svojim jednadžbama opisao je mehanizam za valjanje kapljica različitih tekućina s različitih kosih površina (formula 2.1, vidi sliku iznad), gdje su r i m polumjer i masa pada, α je kritični kut kotrljanja, θ je kut pada kapi, σ - koeficijent trenja. Iz teorije kretanja molekula i utemeljenja vremena njihovog "naseljavanja" Frenkela (i, neovisno o njemu, dvije godine kasnije, francuskog fizičara Andradea), dobivena je veza za izračunavanje dinamičke viskoznosti (formula 2.2). Ta se ovisnost naziva "Frenkel-Andradeova jednadžba", iako se u stranoj literaturi često izostavlja ime sovjetskog fizičara, nazivajući ga Andradeovom formulom.

koeficijenti

U apsolutnim vrijednostima, jedinica kinematičke viskoznosti može se dobiti iz omjera kinematičke i dinamičke viskoznosti, kroz gustoću medija (formula 2.3). Treba imati na umu da viskozni medij sam nije podijeljen na kinetički ili dinamički. Obje se vrijednosti mogu izračunati za svaku tvar. Uzimajući u obzir činjenicu da kada teče medij, stvara se otpornost na kretanje, moguće je izgraditi vektor viskozne sile trenja. U apsolutnim vrijednostima ona je izravno proporcionalna površini gibanja medija S i njegovoj brzini v, te je obrnuto proporcionalna udaljenosti između ravnina h (formula 2.4). Ta se vrijednost naziva koeficijentom dinamičke viskoznosti ili koeficijentom proporcionalnosti. Znak minus označava suprotno od primjene sile (vektorski smjer). Koeficijent kinematičke viskoznosti, u pravilu, nije izračunat. U rijetkim slučajevima to se naziva jednadžba omjera (formula 2.3).

ovisno o

Viskoznost ima značajnu ulogu u kretanju tekućina. Kao rezultat sila prianjanja (posebno u visoko viskoznim tekućinama), sloj protoka tekućine, koji se nalazi izravno na čvrstoj površini, ostaje nepokretan. Brzina preostalih slojeva raste s udaljenosti od ravnine zida. Kinematička viskoznost i dinamičko povećanje s povećanjem tlaka i smanjenje s povećanjem temperature okoline.

Plinovi i ne-Newtonske tekućine

Viskoznost plinovitog medija određuje se ovisno o njihovoj temperaturi. za savršen plin Možete koristiti Sutherlandovu formulu (formula 2.5). Ova formula je primjenjiva na temperaturama od apsolutna nula do 555 K iu rasponu tlaka ne više od 3,45 MPa.

Kinematička viskoznost ne-Newtonovih tekućina izračunava se prema gore navedenom Navier - Stokesovom zakonu (formula 2.6), gdje je σ _ij tenzor viskoznog naprezanja. Ne-Newtonske tekućine uključuju pseudo-plastike (krv, boja, kečap, lava, itd.), Kao i dilatantne tekućine (tekućine s čvrsto pomiješanim česticama, čija se viskoznost naglo povećava s povećanjem smicanja).

U brojevima

Kritična granica prijelaza u različito agregatno stanje (kruto) u tekućinama postiže se kod vrijednosti viskoznosti od oko 10 ¹¹ - 10 ¹² [Pa * s]. U tom slučaju, tekućina dobiva svojstvo staklaste mase (na primjer, monoetilen glikol u koncentracijama većim od 75% u vodenoj otopini). U čistoj vodi bez nečistoća, kinematička viskoznost na temperaturi od 20 ° C i atmosferskom tlaku iznosi 1,006 x 10 ⁶ m2 / s.