Дынамічная глейкасць вадкасці. У чым яе фізічны і механічны сэнс?

Вадкасць вызначаюць як фізічнае цела, здольнае мяняць сваю форму пры калі заўгодна малым уздзеянні на яго. Звычайна адрозніваюць два асноўных выгляду вадкасцяў: капежныя і газападобныя. Капежныя вадкасці - гэта вадкасці ў звычайным разуменні: вада, газа, нафта, алей і гэтак далей. Газападобныя вадкасці - гэта газы, якія ў звычайных умовах з'яўляюцца, напрыклад, такімі газападобнымі рэчывамі, як паветра, азот, прапан, кісларод.

Дадзеныя рэчывы адрозніваюцца па малекулярнай структуры і выгляду ўзаемадзеяння малекул паміж сабой. Аднак, з пункту гледжання механікі, яны з'яўляюцца суцэльнымі асяроддзямі. І ў сілу гэтага, для іх вызначаны некаторыя агульныя механічныя характарыстыкі: шчыльнасць і ўдзельная вага; а таксама асноўныя фізічныя ўласцівасці: сціскальнасць, тэмпературны пашырэнне, супраціў расцяжэння, сілы паверхневага нацяжэння і глейкасць.

Пад глейкасцю разумеюць ўласцівасць вадкага рэчывы аказваць супраціў слізгаценню або зруху яго слаёў сябар адносна аднаго. Сутнасць гэтага паняцця заключаецца ў з'яўленні сілы трэння паміж рознымі пластамі ўнутры вадкасці пры іх адносным руху. Адрозніваюць паняцці «дынамічная глейкасць вадкасці» і яе «кінэтычная глейкасць». Далей разгледзім падрабязней, у чым складаецца адрозненне гэтых паняццяў.

Асноўныя паняцці і памернасць

Сіла ўнутранага трэння F, якая ўзнікае паміж якія рухаюцца сябар адносна сябра суседнімі пластамі абагульненай вадкасці, прама прапарцыйная хуткасці руху слаёў і плошчы іх судотыку S. Гэтая сіла дзейнічае ў кірунку, перпендыкулярным руху, і аналітычна выяўляецца раўнаннем Ньютана

F = μS (ΔV) / (Δn),

дзе (ΔV) / (Δn) = GV - градыент хуткасці ў кірунку нармалі да рухомых слаям.

Каэфіцыент прапарцыйнасці μ - ёсць дынамічная глейкасць ці проста глейкасць абагульненай вадкасці. З раўнання Ньютана ён роўны

μ = F / (S ∙ GV).

У фізічнай сістэме вымярэння адзінку глейкасці вызначаюць як глейкасць асяроддзя, у якой пры адзінкавым градыент хуткасці GV = 1 см / сек на кожны квадратны сантыметр пласта дзейнічае сіла трэння ў 1 дын. Адпаведна і памернасць адзінкі ў дадзенай сістэме выяўляецца ў дын ∙ сек ∙ см ^ (- 2) = г ∙ см ^ (- 1) ∙ сек ^ (- 1).

Гэтая адзінка вымярэння дынамічнай глейкасці называецца пуазом (П).

1 П = 0,1 По ∙ з = 0,0102 кгс ∙ з ∙ м ^ (- 2).

Прымяняюцца і больш дробныя адзінкі, менавіта: 1 П = 100 СП (сантипуаз) = 1000 МП (миллипуаз) = 1000000 МКП (микропуаз). У тэхнічнай сістэме за адзінку глейкасці прымаюць велічыню кгс ∙ з ∙ м ^ (- 2).

У міжнароднай сістэме адзінку глейкасці вызначаюць як глейкасць асяроддзя, у якой пры адзінкавым градыент хуткасці GV = 1 м / с на 1 м на кожны квадратны метр пласта вадкасці дзейнічае сіла трэння ў 1 Н (ньютан). Памернасць велічыні μ ў сістэме СІ выяўляецца ў кг ∙ м ^ (- 1) ∙ з ^ (- 1).

Акрамя такой характарыстыкі, як дынамічная глейкасць, для вадкасцяў ўводзіцца паняцце кінематычнай глейкасці як стаўленне каэфіцыента μ да шчыльнасці вадкасці. Велічыня каэфіцыента кінематычнай глейкасці вымяраецца ў Стокс (1ст = 1 см ^ (2) / с).

Каэфіцыент глейкасці лікава роўны колькасці руху, пераноснасць ў які рухаецца газе за адзінку часу ў кірунку, перпендыкулярным руху, праз адзінку плошчы, калі хуткасць руху адрозніваецца на адзінку хуткасці ў пластах газу, якія адстаяць на адзінку даўжыні. Каэфіцыент глейкасці залежыць ад роду і стану рэчыва (тэмпературы і ціску).

Дынамічная глейкасць і кінематычная глейкасць вадкасцяў і газаў у вялікай ступені залежаць ад тэмпературы. Пры гэтым адзначана, што абодва гэтых каэфіцыента меншаюць з узрастаннем тэмпературы для капежных вадкасцяў і, наадварот, узрастаюць пры павышэнні тэмпературы - для газаў. Адрозненне гэтай залежнасці можна растлумачыць фізічнай прыродай ўзаемадзеяння малекул у капежных вадкасцях і газах.

фізічны сэнс

З пункту гледжання малекулярна-кінетычнай тэорыі, з'ява глейкасці для газаў заключаецца ў тым, што ў якая рухаецца асяроддзі з прычыны хаатычнага руху малекул адбываецца выраўноўванне хуткасцяў розных слаёў. Так, калі першы пласт рухаецца ў пэўным кірунку хутчэй, чым суседні з ім другі пласт, то з першага пласта ў другой пераходзяць больш хуткія малекулы, і наадварот.

Таму першы пласт імкнецца паскорыць рух другога пласта, а другі - запаволіць рух першага. Такім чынам, агульная колькасць руху першага пласта будзе змяншацца, а другога - павялічвацца. Якое атрымліваецца пры гэтым змена колькасці руху характарызуецца каэфіцыентам глейкасці для газаў.

У капежных вадкасцях, у адрозненне ад газаў, ўнутранае трэнне ў большай меры вызначаецца дзеяннем межмолекулярных сіл. І, паколькі адлегласці паміж малекуламі капежнай вадкасці невялікія ў параўнанні з газападобнымі асяроддзямі, то сілы ўзаемадзеяння малекул пры гэтым - значныя. Малекулы вадкасці, як і малекулы цвёрдых тэл, вагаюцца паблізу палажэнняў раўнавагі. Аднак у вадкасцях гэтыя палажэнні не з'яўляюцца стацыянарнымі. Па сканчэнні некаторага прамежку часу малекула вадкасці рэзка пераходзіць у новае становішча. Пры гэтым час, на працягу якога становішча малекулы ў вадкасці не змяняецца, называюць часам яе «аселага жыцця».

Сілы межмолекулярных ўзаемадзеяння істотна залежаць ад выгляду вадкасці. Калі глейкасць рэчывы малая, то яго называюць "цякучым", так як каэфіцыент цякучасці і дынамічная глейкасць вадкасці - назад прапарцыйныя велічыні. І наадварот, рэчывы з вялікім каэфіцыентам глейкасці могуць валодаць механічнай цвёрдасцю, як, напрыклад, смала. Глейкасць рэчывы пры гэтым істотна залежыць як ад складу прымешак і іх колькасці, так і ад тэмпературы. Пры павелічэнні тэмпературы велічыня часу «аселага жыцця» памяншаецца, з прычыны чаго расце рухомасць вадкасці і памяншаецца глейкасць рэчывы.

З'ява глейкасці, як і іншыя з'явы малекулярнага пераносу (дыфузія і цеплаправоднасць), з'яўляецца незваротным працэсам, якія прыводзяць да дасягнення раўнаважкага стану, які адказвае максімуму энтрапіі і мінімуму свабоднай энергіі.