Kinematikus viszkozitás. Folyadékok és gázok mechanikája

Kinematikus viszkozitás. Folyadékok és gázok mechanikája
Kinematikus viszkozitás. Folyadékok és gázok mechanikája
Anonim

A kinematikai viszkozitás minden gáz és folyékony közeg alapvető fizikai jellemzője. Ez a mutató kulcsfontosságú a mozgó szilárd testek ellenállásának és az általuk tapaszt alt terhelés meghatározásában. Mint tudják, világunkban minden mozgás a levegőben vagy a vízben történik. Ebben az esetben a mozgó testekre mindig olyan erők hatnak, amelyek vektora ellentétes a tárgyak mozgási irányával. Ennek megfelelően minél nagyobb a közeg kinematikai viszkozitása, annál erősebb a szilárd anyag terhelése. Mi a folyadékok és gázok ezen tulajdonsága?

Kinematikai viszkozitás
Kinematikai viszkozitás

A belső súrlódásként definiált kinematikai viszkozitás az anyagmolekulák különböző sebességű, rétegeinek mozgási irányára merőleges impulzusátviteléből adódik. Például folyadékokban a szerkezeti egységek (molekulák) mindegyikét minden oldalról a legközelebbi szomszédai veszik körül, amelyek körülbelül az átmérőjükkel egyenlő távolságra helyezkednek el. Mindegyik molekula egy úgynevezett egyensúlyi helyzet körül oszcillál, de a szomszédaitól lendületet véve éles ugrást hajt végre egy új rezgésközéppont felé. Egy másodperc alatt minden ilyen anyagszerkezeti egységnek körülbelül százmilliószor van ideje megváltoztatni a lakóhelyét, és az ugrások között egyről százezerre oszcillál. Természetesen minél erősebb az ilyen molekuláris kölcsönhatás, annál kisebb lesz az egyes szerkezeti egységek mobilitása, és ennek megfelelően annál nagyobb az anyag kinematikai viszkozitása.

A levegő kinematikai viszkozitása
A levegő kinematikai viszkozitása

Ha bármely molekulára állandó külső erők hatnak a szomszédos rétegekből, akkor ebben az irányban a részecske időegység alatt több elmozdulást hajt végre, mint az ellenkező irányban. Ezért kaotikus vándorlása a rá ható erők függvényében meghatározott sebességgel rendezett mozgássá alakul. Ez a viszkozitás jellemző például a motorolajokra. Itt az is fontos, hogy a vizsgált részecskére ható külső erők egyfajta széttolja azokat a rétegeket, amelyeken az adott molekula átpréselődik. Az ilyen hatás végső soron megnöveli a részecskék véletlenszerű termikus mozgásának sebességét, amely nem változik az idő múlásával. Más szóval, a folyadékokat egyenletes áramlás jellemzi, a többirányú külső erők állandó hatása ellenére, mivel ezeket az anyagrétegek belső ellenállása egyensúlyozza ki, ami éppen a kinematikai viszkozitási együtthatót határozza meg.

Kinematikai viszkozitási együttható
Kinematikai viszkozitási együttható

A hőmérséklet növekedésével a molekulák mobilitása növekedni kezd, ami az anyagrétegek ellenállásának némi csökkenéséhez vezet, mivel minden felmelegített anyagban kedvezőbb feltételek jönnek létre a részecskék szabad mozgásához az irányba az alkalmazott erőtől. Ez ahhoz hasonlítható, hogy az ember sokkal könnyebben átpréselődik egy véletlenszerűen mozgó tömegen, mint egy állón. A polimer oldatok jelentős kinematikai viszkozitásmutatóval rendelkeznek, Stokes vagy Pascal másodpercben mérve. Ez annak köszönhető, hogy szerkezetükben hosszú, mereven kötött molekulaláncok vannak jelen. De ahogy a hőmérséklet emelkedik, viszkozitásuk gyorsan csökken. Amikor műanyag termékeket préselnek, fonalas, bonyolultan összefonódó molekulái új pozícióba kényszerülnek.

A gázok viszkozitása 20°C hőmérsékleten és 101,3 Pa légköri nyomáson 10-5Pas nagyságrendű. Például a levegő, a hélium, az oxigén és a hidrogén kinematikai viszkozitása ilyen körülmények között rendre 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. És a folyékony héliumnak általában megvan a szuperfolyékony tulajdonsága. Ezt a jelenséget P. L. akadémikus fedezte fel. A Kapitsa abban rejlik, hogy ennek a fémnek ilyen aggregált állapotban szinte nincs viszkozitása. Számára ez a szám majdnem nulla.

Ajánlott: