Dynamická a kinematická viskozita kapaliny. Co to je?

V každodenním životě je termín "viskózní kapalina" často označován něčím lepkavým, kluzkým, v němž je možné se špinit. Částečně to je. Podívejme se blíže na situaci.

Látky

Kdekoliv jsme, jsme vždy obklopeni látkami a fyzickými těly, které jsou ve třech stavech agregace: v pevných, kapalných a plynných látkách. Za čtvrté stav hmoty - plazma - nemohou existovat v tzv. normálních podmínkách. Uměle vytvořené režimy jsou nezbytné pro její údržbu. Kapalné a plynné látky zaujímají více než 85% objemu našeho obytného prostoru. Stačí, abychom zmínili vzduch, který dýcháme, a vodu, kterou pijeme. A každá z těchto látek může být charakterizována z hlediska jejich viskozity.

Co se měří

Podle definice je viskozita vlastností tekutinových těles, která odolávají jejich pohybu vzhledem k pevnému souřadnému systému nebo k sobě navzájem. Existuje dynamická a kinematická viskozita. Dynamická viskozita v mezinárodním systému SI se měří v [Pa * s] (Pascal za sekundu). Z fyzického hlediska tato hodnota ukazuje změnu tlakové ztráty za jednotku času. V systému GHS (centimetr - gram - vteřina) se měří v poises (1 Pa * s = 10 poise) a je pojmenován podle slavného francouzského fyzika a lékaře Jean - Louis Marie Poiseuille.

Kinematická viskozita se měří v m ² / s (v systému SI) a v stokes (častěji v centistokech). 1 cSt = 1 mm ² / s. To je základní hodnota této tekuté vlastnosti. Prostřednictvím speciálního zařízení, viskozimetru, můžete měřit viskozitu jakékoliv kapaliny. Jeho definovaný (kalibrovaný) objem se prochází kalibrovaným otvorem bez mechanického impulsu, pouze pod působením gravitace.

Metoda stanovení

Jednotka kinematické viskozity byla určena již v pozdních čtyřicátých letech dvacátého století sovětskými vědci Ya. I. Frenkem. Ve svých rovnicích popsal mechanizmus pro odvalování kapiček různých kapalin z různých nakloněných ploch (vzorec 2.1, viz obrázek výše), kde r a m jsou poloměr a hmotnost kapky, α je kritický úhel válcování pádu, θ je úhel poklesu kapky, σ - koeficient tření. Z teorie pohybu molekul a odůvodnění doby jejich "usazení" Frenkem (a nezávisle na něm o dva roky později francouzským fyzikem Andradem) byl získán vztah pro výpočet dynamické viskozity (vzorec 2.2). Takový vztah se nazývá "rovnice Frenkel-Andrade", ačkoli v zahraniční literatuře se často vynechává název sovětského fyzikum, který se nazývá formula Andrady.

Koeficienty

V absolutních hodnotách může být jednotka kinematické viskozity získána z poměru kinematické k dynamické viskozitě přes hustotu média (vzorec 2.3). Je třeba si uvědomit, že samotné viskózní médium není rozděleno na kinetické nebo dynamické. Obě hodnoty lze vypočítat pro každou látku. Vzhledem k tomu, že při průtoku média vzniká odolnost vůči pohybu, je možné vytvořit viskózní vektor třecí síly. V absolutních hodnotách je přímo úměrná ploše pohybu média S a její rychlosti v a nepřímo úměrné vzdálenosti mezi rovinami h (vzorec 2.4). Tato hodnota se nazývá koeficient dynamické viskozity nebo koeficientu proporcionality. Značka "mínus" označuje opak aplikací síly (vektorový směr). Koeficient kinematické viskozity se zpravidla nevypočítává. Ve vzácných případech se nazývá rovnice poměru (vzorec 2.3).

Závislosti

Viskozita hraje poměrně významnou roli při pohybu kapalin. V důsledku slepovacích sil (zejména ve vysoce viskózních kapalinách) zůstává vrstva proudění tekutiny, která je umístěna přímo na pevném povrchu, stacionární. Rychlost zbývajících vrstev se zvyšuje s vzdáleností od roviny stěny. Kinematická viskozita a dynamický nárůst se zvyšujícím se tlakem a snižující se zvyšující se okolní teplotou.

Plyny a ne-newtonské kapaliny

Viskozita plynného média se stanoví v závislosti na teplotě. Pro perfektní plyn Můžete použít vzorec Sutherland (vzorec 2.5). Tento vzorec je použitelný při teplotách od absolutní nula do 555 K a v rozmezí tlaku nejvýše 3,45 MPa.

Kinematická viskozita non-newtonovských tekutin je vypočtena podle výše uvedeného zákona Navier-Stokese (vzorec 2.6), kde σ _ij je tenzor viskózního napětí. Non-newtonovské tekutiny zahrnují pseudoplastiku (krev, barvu, kečup, lávu atd.), Stejně jako dilatační kapaliny (kapaliny s pevně promíchanými částicemi, jejichž viskozita se prudce zvyšuje se zvyšující se smykovou deformací).

V číslech

Kritická mez přechodu na jiný agregační stav (pevná látka) v kapalinách se dosahuje při hodnotách viskozity 10 ¹¹ až 10 ¹² [Pa * s]. V tomto případě kapalina získává vlastnost sklovité hmoty (například monoethylenglykol v koncentracích více než 75% ve vodném roztoku). V čisté vodě bez nečistot je kinematická viskozita při teplotě 20 ° C a atmosférickém tlaku 1,006 x 106 m ² / s.