Жидкость определяют как физическое тело, in grado di cambiare la sua forma con un impatto arbitrariamente piccolo su di lui. Di solito ci sono due tipi principali di liquidi: goccia e gassoso. I liquidi antigoccia sono liquidi nel senso comune: acqua, kerosene, olio, olio e così via. I liquidi gassosi sono gas che, in condizioni normali, sono, ad esempio, sostanze gassose come aria, azoto, propano, ossigeno.
Queste sostanze differiscono in molecolarestruttura e tipo di interazione delle molecole tra loro. Tuttavia, dal punto di vista della meccanica, sono media continui. E a causa di ciò, alcune caratteristiche meccaniche generali sono determinate per loro: densità e gravità specifica; così come le proprietà fisiche di base: compressibilità, espansione termica, resistenza alla trazione, forze di tensione superficiale e viscosità.
La viscosità è intesa come proprietà di una sostanza liquidaresistere allo scorrimento o al taglio dei suoi strati l'uno rispetto all'altro. L'essenza di questo concetto sta nella comparsa di una forza di attrito tra diversi strati all'interno di un fluido durante il loro movimento relativo. Distinguere tra i concetti di "viscosità dinamica di un liquido" e la sua "viscosità cinetica". Successivamente, considereremo più in dettaglio qual è la differenza tra questi concetti.
Concetti di base e dimensione
Forza di attrito interna F che si genera tramuovendosi l'uno rispetto all'altro da strati adiacenti di fluido generalizzato, è direttamente proporzionale alla velocità di movimento degli strati e all'area del loro contatto S. Questa forza agisce nella direzione perpendicolare al movimento ed è espressa analiticamente da Newton equazione
F = μS (∆V) / (∆n),
dove (∆V) / (∆n) = GV è il gradiente di velocità nella direzione normale agli strati in movimento.
Il coefficiente di proporzionalità μ è la viscosità dinamica o semplicemente la viscosità di un fluido generalizzato. Dall'equazione di Newton, è uguale a
μ = F / (S ∙ GV).
In un sistema fisico di misura, l'unità di viscositàè definita come la viscosità di un mezzo in cui, ad un gradiente di velocità unitario GV = 1 cm / s, agisce una forza di attrito di 1 din per ogni centimetro quadrato dello strato. Di conseguenza, la dimensione di un'unità in questo sistema è espressa in dyn ∙ sec ∙ cm ^ (- 2) = g ∙ cm ^ (- 1) ∙ sec ^ (- 1).
Questa unità di misura della viscosità dinamica è chiamata poise (P).
1 P = 0,1 Pa ∙ s = 0,0102 kgf ∙ s ∙ m ^ (- 2).
Vengono utilizzate anche unità più piccole, vale a dire: 1 P = 100 cP (centipoise) = 1000 mP (millipoise) = 1.000.000 μP (micropoise). Nel sistema tecnico, l'unità di viscosità è presa come kgf ∙ s ∙ m ^ (- 2).
Nel sistema internazionale, l'unità di viscositàè definita come la viscosità di un mezzo in cui, con un gradiente di velocità unitario GV = 1 m / s per 1 m, una forza di attrito di 1 N (newton) agisce su ogni metro quadrato dello strato fluido. La dimensione di μ nel sistema SI è espressa in kg ∙ m ^ (- 1) ∙ s ^ (- 1).
Oltre a caratteristiche come dinamicheviscosità, per i liquidi viene introdotto il concetto di viscosità cinematica come rapporto tra il coefficiente μ e la densità del liquido. Il valore del coefficiente di viscosità cinematica è misurato in Stokes (1 ° = 1 cm ^ (2) / s).
Il coefficiente di viscosità è numericamente uguale alla quantitàmoto, trasferito in un gas in movimento per unità di tempo in una direzione perpendicolare al moto, attraverso un'unità di area, quando la velocità di movimento differisce di un'unità di velocità in strati di gas distanziati di un'unità di lunghezza. Il coefficiente di viscosità dipende dal tipo e dallo stato della sostanza (temperatura e pressione).
Viscosità dinamica e viscosità cinematicaliquidi e gas dipendono fortemente dalla temperatura. È stato notato che entrambi questi coefficienti diminuiscono con l'aumentare della temperatura per i liquidi di goccioline e, al contrario, aumentano con l'aumentare della temperatura per i gas. La differenza in questa dipendenza può essere spiegata dalla natura fisica dell'interazione delle molecole nei liquidi e nei gas delle goccioline.
Senso fisico
Dal punto di vista della teoria cinetica molecolare,il fenomeno della viscosità per i gas è che in un mezzo in movimento, a causa del movimento caotico delle molecole, le velocità dei diversi strati vengono equalizzate. Quindi, se il primo strato si muove in una certa direzione più velocemente del secondo strato adiacente ad esso, le molecole più veloci passano dal primo strato al secondo e viceversa.
Pertanto, il primo strato tende ad accelerare il movimentoil secondo strato e il secondo - per rallentare il movimento del primo. Pertanto, la quantità totale di movimento del primo strato diminuirà e il secondo aumenterà. La variazione di quantità di moto risultante è caratterizzata dal coefficiente di viscosità per i gas.
Nei liquidi gocciolanti, a differenza dei gas,l'attrito interno è in gran parte determinato dall'azione delle forze intermolecolari. E poiché le distanze tra le molecole di un liquido che cade sono piccole rispetto ai mezzi gassosi, le forze di interazione delle molecole sono significative in questo caso. Le molecole liquide, come le molecole dei solidi, vibrano vicino alle posizioni di equilibrio. Tuttavia, nei liquidi, queste posizioni non sono stazionarie. Dopo un certo periodo di tempo, la molecola liquida si sposta bruscamente in una nuova posizione. In questo caso, il tempo durante il quale la posizione di una molecola in un liquido non cambia è chiamato il tempo della sua "vita stabile".
Le forze dell'interazione intermolecolare sono significativedipendono dal tipo di liquido. Se la viscosità di una sostanza è bassa, allora si chiama "fluido", poiché il coefficiente di fluidità e la viscosità dinamica di un liquido sono inversamente proporzionali. Al contrario, le sostanze con un indice di viscosità elevato possono avere durezza meccanica, come una resina. In questo caso, la viscosità di una sostanza dipende essenzialmente sia dalla composizione delle impurità e dalla loro quantità, sia dalla temperatura. Con un aumento della temperatura, il valore della "vita sedentaria" diminuisce, a seguito della quale la mobilità del liquido aumenta e la viscosità della sostanza diminuisce.
Il fenomeno della viscosità, come altri fenomeniil trasferimento molecolare (diffusione e conducibilità termica) è un processo irreversibile che porta al raggiungimento di uno stato di equilibrio corrispondente alla massima entropia e alla minima energia libera.
