Dynamische Viskosität einer Flüssigkeit. Was ist ihre physikalische und mechanische Bedeutung?

Eine Flüssigkeit ist definiert als ein physischer Körper, der in der Lage ist, seine Form mit einem willkürlich kleinen Einfluss auf ihn zu verändern. In der Regel werden zwei Hauptarten von Flüssigkeiten unterschieden: tropfen und gasförmig. Tropfflüssigkeiten sind Flüssigkeiten im üblichen Sinne: Wasser, Kerosin, Öl, Öl und so weiter. Gasförmige Flüssigkeiten sind Gase, die unter normalen Bedingungen beispielsweise gasförmige Stoffe wie Luft, Stickstoff, Propan, Sauerstoff sind.

Diese Substanzen unterscheiden sich in der Molekülstruktur und in der Art der Wechselwirkung von Molekülen miteinander. Doch aus der Sicht der Mechanik sind sie kontinuierliche Medien. Und darum sind für sie einige gemeinsame mechanische Eigenschaften definiert: Dichte und spezifische Schwerkraft; Und auch die grundlegenden physikalischen Eigenschaften: Kompressibilität, Temperaturausdehnung, Zugfestigkeit, Oberflächenspannungskräfte und Viskosität.

Durch die Viskosität ist die Eigenschaft der flüssigen Substanz zu verstehen, um den Schlupf oder die Scherung ihrer Schichten in Bezug aufeinander zu widerstehen. Das Wesen dieses Begriffs liegt in der Erscheinung einer Reibungskraft zwischen den verschiedenen Schichten innerhalb der Flüssigkeit in ihrer Relativbewegung. Unterscheiden Sie zwischen den Begriffen "dynamische Viskosität einer Flüssigkeit" und ihrer "kinetischen Viskosität". Als nächstes betrachten wir genauer, was ist der Unterschied zwischen diesen Konzepten.

Grundbegriffe und Dimensionen

Die innere Reibungskraft F, die zwischen den benachbarten benachbarten Schichten des verallgemeinerten Fluids auftritt, ist direkt proportional zur Geschwindigkeit der Schichten und ihrer Kontaktfläche S. Diese Kraft wirkt in einer Richtung senkrecht zur Bewegung und wird analytisch durch die Newton-Gleichung ausgedrückt

F = μS (ΔV) / (Δn),

Wobei (ΔV) / (Δn) = GV der Geschwindigkeitsgradient in Richtung der Normalen zu den sich bewegenden Schichten ist.

Der Proportionalitätskoeffizient μ ist die dynamische Viskosität oder einfach die Viskosität des verallgemeinerten Fluids. Aus Newtons Gleichung ist es gleich

Μ = F / (S ∙ GV).

In einem physikalischen Messsystem ist die Viskositätseinheit als die Viskosität des Mediums definiert, in der eine Reibungskraft von 1 dyn für jeden Quadratzentimeter der Schicht bei einem einzigen Geschwindigkeitsgradienten GV = 1 cm / s wirkt. Dementsprechend wird die Dimension der Einheit in dem gegebenen System in dyn ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1) ausgedrückt.

Diese Einheit der dynamischen Viskosität heißt poise (P).

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

Kleinere Einheiten werden auch verwendet, nämlich: 1 P = 100 cps (Centipoise) = 1000 mP (Millipose) = 1000000 mc (Mikroimpase). Im technischen System, für die Einheit der Viskosität, nehmen Sie den Wert kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

Im internationalen System ist die Viskositätseinheit als die Viskosität des Mediums definiert, bei der eine Reibungskraft von 1 N (Newton) auf jeden Quadratmeter der Flüssigkeitsschicht mit einem einzigen Geschwindigkeitsgradienten GV = 1 m / s pro 1 m wirkt. Die Dimension des Wertes von μ im SI-System wird in kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1) ausgedrückt.

Zusätzlich zu solchen Eigenschaften wie dynamische Viskosität wird für Flüssigkeiten das Konzept der kinematischen Viskosität als Verhältnis des Koeffizienten μ zur Dichte der Flüssigkeit eingeführt. Die Größe des Koeffizienten der kinematischen Viskosität wird in Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s) gemessen.

Der Viskositätskoeffizient ist numerisch gleich dem Bewegungsbetrag, der in einem sich bewegenden Gas pro Zeiteinheit in einer Richtung senkrecht zur Bewegung pro Flächeneinheit getragen wird, wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit pro Einheitsgeschwindigkeit in den Gassichten, die pro Längeneinheit beabstandet sind, unterscheidet. Der Viskositätskoeffizient hängt von der Art und dem Zustand der Substanz (Temperatur und Druck) ab.

Die dynamische Viskosität und die kinematische Viskosität von Flüssigkeiten und Gasen sind hochtemperaturabhängig. Es wurde festgestellt, daß diese beiden Koeffizienten mit steigender Temperatur zum Ablassen von Flüssigkeiten abnehmen und umgekehrt mit zunehmender Temperatur für Gase zunehmen. Der Unterschied dieser Abhängigkeit kann durch die physikalische Natur der Wechselwirkung von Molekülen beim Fallenlassen von Flüssigkeiten und Gasen erklärt werden.

Körperlicher Sinn

Unter dem Gesichtspunkt der molekularkinetischen Theorie besteht das Phänomen der Viskosität für Gase darin, daß im beweglichen Medium aufgrund der chaotischen Bewegung der Moleküle die Geschwindigkeiten der verschiedenen Schichten ausgeglichen werden. Also, wenn sich die erste Schicht in eine Richtung schneller bewegt als die zweite Schicht, die an sie angrenzt, dann von der ersten Schicht zum zweiten passieren schnellere Moleküle und umgekehrt.

Daher neigt die erste Schicht dazu, die Bewegung der zweiten Schicht zu beschleunigen, und die zweite – um die Bewegung der ersten zu verlangsamen. Somit wird die Gesamtbewegungsmenge der ersten Schicht abnehmen und die zweite wird zunehmen. Die daraus resultierende Änderung des Bewegungsbetrags ist durch einen Viskositätskoeffizienten für Gase gekennzeichnet.

In Tropfenflüssigkeiten wird im Gegensatz zu Gasen die innere Reibung weitgehend durch die Wirkung von intermolekularen Kräften bestimmt. Und da die Abstände zwischen den Molekülen einer Tropfflärung im Vergleich zu gasförmigen Medien klein sind, sind die Wechselwirkungskräfte der Moleküle gleichzeitig signifikant. Moleküle einer Flüssigkeit, sowie Moleküle von Feststoffen, schwanken nahe Positionen des Gleichgewichts. Bei Flüssigkeiten sind diese Positionen jedoch nicht stationär. Nach einer gewissen Zeit ändert sich das flüssige Molekül plötzlich in eine neue Position. Die Zeit, in der sich die Position des Moleküls in der Flüssigkeit nicht ändert, heißt die Zeit ihres "gesiedelten Lebens".

Die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung hängen im wesentlichen von der Art der Flüssigkeit ab. Ist die Viskosität der Substanz klein, so heißt sie "fließend", da der Ausbeutekoeffizient und die dynamische Viskosität der Flüssigkeit umgekehrt proportional sind. Umgekehrt können Substanzen mit einem hohen Viskositätskoeffizienten eine mechanische Härte, wie ein Harz, aufweisen. Die Viskosität der Substanz hängt im wesentlichen von der Zusammensetzung der Verunreinigungen und ihrer Menge und von der Temperatur ab. Bei steigender Temperatur nimmt der Zeitwert des abgesetzten Lebens ab, wodurch die Flüssigkeitsmobilität zunimmt und die Viskosität der Substanz abnimmt.

Das Phänomen der Viskosität, wie andere Phänomene des molekularen Transports (Diffusion und Wärmeleitfähigkeit), ist ein irreversibler Prozess, der zur Erreichung eines Gleichgewichtszustands führt, der dem Maximum der Entropie und einem Minimum an freier Energie entspricht.