Kinematická viskozita. Mechanika kvapalín a plynov

Kinematická viskozita. Mechanika kvapalín a plynov
Kinematická viskozita. Mechanika kvapalín a plynov
Anonim

Kinematická viskozita je základnou fyzikálnou charakteristikou všetkých plynných a kvapalných médií. Tento indikátor má kľúčový význam pri určovaní odporu pohybujúcich sa pevných telies a zaťaženia, ktorému sú vystavené. Ako viete, v našom svete sa akýkoľvek pohyb vyskytuje vo vzduchu alebo vo vodnom prostredí. V tomto prípade sú pohybujúce sa telesá vždy ovplyvňované silami, ktorých vektor je opačný ako smer pohybu samotných objektov. V súlade s tým, čím väčšia je kinematická viskozita média, tým silnejšie je zaťaženie, ktorému je pevná látka vystavená. Aká je povaha tejto vlastnosti kvapalín a plynov?

Kinematická viskozita
Kinematická viskozita

Kinematická viskozita, definovaná ako vnútorné trenie, je spôsobená prenosom hybnosti molekúl látky kolmo na smer pohybu jej vrstiev rôznymi rýchlosťami. Napríklad v kvapalinách je každá zo štruktúrnych jednotiek (molekula) obklopená zo všetkých strán svojimi najbližšími susedmi, ktoré sa nachádzajú približne vo vzdialenosti rovnajúcej sa ich priemeru. Každá molekula kmitá okolo takzvanej rovnovážnej polohy, ale na základe hybnosti od svojich susedov urobí prudký skok smerom k novému stredu oscilácie. Každá takáto štrukturálna jednotka hmoty má za sekundu čas na to, aby zmenila svoje miesto pobytu asi sto miliónov krát, pričom medzi skokmi urobí jednu až stovky tisíc oscilácií. Samozrejme, čím silnejšia je takáto molekulárna interakcia, tým nižšia bude pohyblivosť každej štruktúrnej jednotky, a teda tým väčšia bude kinematická viskozita látky.

Kinematická viskozita vzduchu
Kinematická viskozita vzduchu

Ak na niektorú molekulu pôsobia konštantné vonkajšie sily zo susedných vrstiev, potom sa častica v tomto smere posunie viac za jednotku času ako v opačnom smere. Preto sa jeho chaotické blúdenie premieňa na usporiadaný pohyb s určitou rýchlosťou v závislosti od síl, ktoré naň pôsobia. Táto viskozita je typická napríklad pre motorové oleje. Tu je dôležitý aj fakt, že vonkajšie sily pôsobiace na uvažovanú časticu pôsobia na akési odtláčanie vrstiev, cez ktoré sa daná molekula pretláča. Takýto dopad v konečnom dôsledku zvyšuje rýchlosť tepelného náhodného pohybu častíc, ktorá sa s časom nemení. Inými slovami, kvapaliny sa vyznačujú rovnomerným tokom, napriek neustálemu vplyvu viacsmerných vonkajších síl, keďže sú vyvážené vnútorným odporom vrstiev hmoty, ktorý práve určuje koeficient kinematickej viskozity.

Kinematický koeficient viskozity
Kinematický koeficient viskozity

So zvyšujúcou sa teplotou sa pohyblivosť molekúl začína zvyšovať, čo vedie k určitému zníženiu odporu vrstiev hmoty, pretože v akejkoľvek zahrievanej látke sa vytvárajú priaznivejšie podmienky pre voľný pohyb častíc v smere aplikovanej sily. Dá sa to prirovnať k tomu, ako je pre človeka oveľa jednoduchšie pretlačiť sa cez náhodne sa pohybujúci dav ako cez ten nehybný. Polymérne roztoky majú významný indikátor kinematickej viskozity, meraný v Stokesových alebo Pascalových sekundách. Je to spôsobené prítomnosťou dlhých pevne viazaných molekulárnych reťazcov v ich štruktúre. Ale ako teplota stúpa, ich viskozita rýchlo klesá. Pri lisovaní plastových výrobkov sa ich vláknité, zložito prepletené molekuly dostanú do novej polohy.

Viskozita plynov pri teplote 20°C a atmosférickom tlaku 101,3 Pa je rádovo 10-5Pas. Napríklad kinematická viskozita vzduchu, hélia, kyslíka a vodíka za takýchto podmienok bude rovná 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. A tekuté hélium má vo všeobecnosti úžasnú vlastnosť supratekutosti. Tento jav, ktorý objavil akademik P. L. Kapitsa, spočíva v tom, že tento kov v takomto stave agregácie nemá takmer žiadnu viskozitu. Pre neho je toto číslo takmer nulové.

Odporúča: