Viskositas dinamis dari fluida. Apa arti fisik dan mekanik?

Cairan didefinisikan sebagai tubuh fisik, kemampuan untuk mengubah bentuk pada pengaruh sewenang-wenang kecil di atasnya. Biasanya ada dua jenis utama dari cairan dan gas tetes. Drip cairan - cairan dalam arti biasa: air, minyak tanah, minyak dan sebagainya. Gas cairan - gas yang dalam kondisi normal, misalnya, zat gas seperti udara, nitrogen, propana, oksigen.

Senyawa ini berbeda dalam struktur molekul dan jenis interaksi molekul dengan satu sama lain. Namun, dari sudut pandang mekanika, mereka media terus menerus. Dan karena ini, karena mereka mengidentifikasi beberapa karakteristik mekanik umum: kepadatan dan berat jenis; dan dasar sifat fisik: kompresibilitas, ekspansi termal, kekuatan tarik, kekuatan tegangan permukaan dan viskositas.

Di bawah viskositas memahami properti dari suatu zat cair menolak geser atau pergeseran lapisan untuk satu sama lain. Inti dari konsep ini adalah terjadinya gaya gesek antara lapisan yang berbeda dalam cairan selama gerakan relatif mereka. Membedakan antara konsep "viskositas dinamis dari fluida" dan "viskositas kinetik". Berikutnya, melihat lebih dekat, apa perbedaan antara konsep-konsep ini.

konsep dasar dan dimensi

gaya viskos F, yang timbul dari bergerak relatif terhadap satu sama lapisan yang berdekatan lainnya dari cairan umum berbanding lurus dengan kecepatan lapisan dan bidang kontak mereka S. kekuatan ini bertindak dalam arah tegak lurus ke gerak, dan dinyatakan dalam persamaan Newton adalah analitis

F = mikrodetik (ΔV) / (Δn),

mana (ΔV) / (Δn) = GV - gradien kecepatan pada arah normal ke segmen bergerak.

Koefisien proporsionalitas μ - adalah viskositas dinamis, atau hanya viskositas umum cairan. Dari persamaan Newton itu

μ = F / (S ∙ GV).

Dalam unit sistem pengukuran fisik viskositas didefinisikan sebagai viskositas medium, di mana pada unit kecepatan gradien GV = 1 cm / detik per sentimeter persegi lapisan tindakan gaya gesek dalam 1 dyne. Dengan demikian, dimensi unit dalam sistem ini dinyatakan dalam dyne ∙ s ∙ cm ^ (- 2) = r ∙ cm ^ (- 1) ∙ s ^ (- 1).

Ukuran ini disebut viskositas ketenangan dinamis (P).

1 P = 0,1 Pas ∙ c = 0,0102 kgf ∙ dengan ∙ m ^ (- 2).

Berlaku dan unit yang lebih kecil, yaitu: P 1 = 100 centipoises (cps) = 1000 mPas (millipuaz) = 1000000 INC (mikropuaz). Dalam sistem teknis untuk unit dari nilai viskositas mengambil kgf ∙ dengan ∙ m ^ (- 2).

Di unit sistem internasional viskositas didefinisikan sebagai viskositas medium, di mana pada unit kecepatan gradien GV = 1 m / s untuk 1 m per meter persegi lapisan akting gaya gesekan cair 1 N (Newton). Nilai dimensi dari μ di SI dinyatakan dalam kg ∙ m ^ (- 1) ^ ∙ dengan (- 1).

Karakteristik lebih lanjut seperti konsep viskositas cairan dinamis diperkenalkan sebagai rasio koefisien viskositas kinematik μ untuk densitas fluida. Nilai viskositas kinematik diukur dalam Stokes (kelas 1 = 1 cm ^ (2) / c).

Koefisien viskositas secara numerik sama dengan jumlah lalu lintas yang dilakukan dalam gas bergerak per satuan waktu dalam arah tegak lurus terhadap gerakan, per satuan luas ketika kecepatan gerakan berbeda per unit dari kecepatan ke dalam lapisan gas dipisahkan per satuan panjang. Koefisien viskositas tergantung pada jenis dan negara dari bahan (suhu dan tekanan).

viskositas dinamis dan viskositas kinematik dari cairan dan gas, untuk sebagian besar tergantung pada suhu. Itu melihat bahwa kedua koefisien penurunan dengan meningkatnya suhu untuk menjatuhkan cair dan, sebaliknya, meningkat dengan meningkatnya suhu - untuk gas. Tidak seperti ketergantungan ini dapat dijelaskan oleh sifat fisik dari interaksi molekul dalam cairan tetesan dan gas.

Arti fisik

Dari sudut pandang teori kinetik molekul fenomena gas viskositas terletak pada kenyataan bahwa media bergerak karena gerakan acak molekul terjadi lapisan alignment kecepatan yang berbeda. Dengan demikian, jika lapisan pertama dalam arah bergerak lebih cepat dari yang berdekatan dengannya lapisan kedua, lapisan pertama dari kedua bergerak molekul lebih cepat, dan sebaliknya.

Oleh karena itu, lapisan pertama cenderung untuk mempercepat pergerakan lapisan kedua, dan yang kedua - untuk memperlambat gerakan pertama. Dengan demikian, jumlah total pergerakan lapisan pertama akan menurun, dan yang kedua - untuk meningkatkan. Perubahan yang dihasilkan dalam jumlah ini gerak ditandai dengan koefisien viskositas gas.

Tetesan seperti gas, gesekan internal tingkat yang lebih besar oleh aksi gaya antarmolekul. Dan, karena jarak antara molekul dari tetesan cairan kecil dibandingkan dengan lingkungan gas, pasukan interaksi molekul sementara - yang signifikan. Molekul-molekul cairan, serta molekul padatan, mulai dekat titik ekuilibrium. Namun, dalam cairan, ketentuan ini tidak stasioner. Setelah jangka waktu tertentu molekul cairan tiba-tiba ke posisi baru. Pada saat yang sama, di mana posisi molekul dalam cairan tidak berubah, waktu menyebutnya "hidup menetap".

gaya antarmolekul bergantung secara signifikan pada jenis cair. Jika viskositas zat kecil, hal itu disebut "mengalir", sebagai koefisien aliran dan viskositas dinamis dari fluida - berbanding terbalik. Sebaliknya, bahan dengan viskositas tinggi mungkin memiliki kekerasan mekanik, seperti, misalnya, resin. Viskositas zat sementara secara signifikan tergantung pada komposisi kotoran dan jumlah mereka dan suhu. Dengan meningkatnya suhu kuantitas "hidup menetap" waktu berkurang, sehingga meningkatkan penurunan viskositas cairan dan mobilitas suatu zat.

Fenomena viskositas, serta fenomena transportasi molekul lainnya (difusi dan konduktivitas termal) adalah proses ireversibel yang mengarah ke pencapaian keadaan setimbang sesuai dengan entropi maksimum dan minimum energi bebas.