Dinamična in kinematična viskoznost tekočine. Kaj je to?

V vsakdanjem življenju se izraz "viskozna tekočina" pogosto identificira z nečim lepljivim, spolzkim, v katerem je mogoče umazati. Delno je tako. Oglejmo si podrobneje situacijo.

Snovi

Kjerkoli smo, smo vedno obkroženi s snovmi in fizičnimi telesi, ki so v treh agregatnih stanjih: v trdnem, tekočem in plinastem stanju. Četrtič stanje snovi - plazma - ne more obstajati v tako imenovanih normalnih pogojih. Za njegovo vzdrževanje so potrebni umetno ustvarjeni načini. Tekoče in plinaste snovi zavzemajo več kot 85% prostornine našega življenjskega prostora. Dovolj je omeniti zrak, ki ga dihamo, in vodo, ki jo pijemo. Vsako od teh snovi lahko označimo glede na njihovo viskoznost.

Kaj se meri

Po definiciji je viskoznost lastnost tekočih teles, da se uprejo njihovemu gibanju glede na fiksni koordinatni sistem ali drug za drugega. Obstaja dinamična in kinematična viskoznost. Dinamična viskoznost v mednarodnem sistemu SI se meri v [Pa * s] (Pascal na sekundo). S fizičnega vidika ta vrednost kaže spremembo izgube tlaka na enoto časa. V sistemu GHS (centimeter - gram - sekunda) se meri v poasi (1 Pa * s = 10 poise) in poimenuje po znamenitem francoskem fiziku in zdravniku Jean - Louisu Marie Poiseuilleu.

Kinematična viskoznost se meri v m2 / s (v sistemu SI) in v stokih (pogosteje v centistokih). 1 cSt = 1 mm ² / s. To je temeljna vrednost te fluidne lastnine. S pomočjo posebne naprave, viskozimetra, lahko izmerite viskoznost katere koli tekočine. Njena določena (umerjena) prostornina se prenaša skozi kalibrirano odprtino brez mehanskega impulza samo pod vplivom težnost.

Metoda določanja

Enoto kinematične viskoznosti so določili sovjetski znanstveniki Ya I. I. Frenkel že v poznih štiridesetih letih 20. stoletja. V enačbah je opisal mehanizem za zvijanje kapljic različnih tekočin iz različnih poševnih površin (formula 2.1, glej sliko zgoraj), kjer sta r in m polmer in masa padca, α je kritični kot padanja, θ je kot padca padca, σ - koeficient trenja. Iz teorije gibanja molekul in utemeljitve časa njihovega »poravnavanja« s Frenkelom (in neodvisno od njega, dve leti kasneje, francoskega fizika Andradeja), smo dobili razmerje za izračun dinamične viskoznosti (formula 2.2). Takšno razmerje se imenuje »enačba Frenkel-Andrade«, čeprav je v tuji literaturi ime sovjetskega fizika pogosto izpuščeno in ga imenujemo formula Andrade.

Koeficienti

V absolutnih vrednostih lahko enoto kinematične viskoznosti dobimo iz razmerja kinematične do dinamične viskoznosti skozi gostoto medija (formula 2.3). Ne smemo pozabiti, da viskozni medij sam ni razdeljen na kinetično ali dinamično. Obe vrednosti se lahko izračunata za vsako snov. Glede na to, da se pri pretakanju medija ustvari odpornost na gibanje, lahko konstruiramo vektor viskozne sile trenja. V absolutnih vrednostih je neposredno sorazmeren območju gibanja medija S in njegove hitrosti v ter obratno sorazmerno z razdaljo med ravninama h (formula 2.4). Ta vrednost se imenuje koeficient dinamične viskoznosti ali koeficient sorazmernosti. Znak minus kaže nasprotno od uporabe sile (vektorska smer). Koeficient kinematične viskoznosti praviloma ni izračunan. V redkih primerih se imenuje enačba razmerja (formula 2.3).

Odvisnosti

Viskoznost ima precej pomembno vlogo pri gibanju tekočin. Zaradi sile lepljenja (zlasti pri zelo viskoznih tekočinah) plast pretoka tekočine, ki se nahaja neposredno na trdni površini, ostane mirujoča. Hitrost preostalih slojev se poveča z razdaljo od ravnine stene. Kinematična viskoznost in dinamično povečanje z naraščajočim tlakom in zmanjšanje s povišanjem temperature okolice.

Plini in ne-Newtonske tekočine

Viskoznost plinastih medijev se določi glede na njihovo temperaturo. Za popoln plin Uporabite lahko Sutherlandovo formulo (formula 2.5). Ta formula se uporablja pri temperaturah od. T absolutna nič do 555 K in v območju tlaka največ 3,45 MPa.

Kinematična viskoznost nenewtonskih tekočin je izračunana po zgoraj navedenem Navier - Stokesovem zakonu (formula 2.6), kjer je σ _ij tenzor viskozne napetosti. Ne-Newtonske tekočine vključujejo psevdo-plastiko (kri, barve, kečap, lavo itd.), Kot tudi dilatantne tekočine (tekočine z močno mešanimi delci, katerih viskoznost se z naraščajočim strižnim sevanjem močno poveča).

V številkah

Kritična meja prehoda v drugo agregatno stanje (trdno) v tekočinah je dosežena pri vrednostih viskoznosti okoli 10 ¹¹ - 10 ¹² [Pa * s]. V tem primeru tekočina pridobi lastnost steklaste mase (npr. Monoetilen glikol pri koncentracijah več kot 75% v vodni raztopini). V čisti vodi brez nečistoč je kinematična viskoznost pri temperaturi 20 ° C in atmosferskem tlaku 1.006 * 10 ⁶ m ² / s.