Tekutina je definovaná ako fyzické telo,schopné meniť svoj tvar s ľubovoľne malým vplyvom na neho. Obvykle existujú dva hlavné typy kvapalín: kvapkavé a plynné. Kvapkajúce kvapaliny sú kvapaliny v obvyklom zmysle: voda, petrolej, olej, olej atď. Plynné kvapaliny sú plyny, ktorými sú za normálnych podmienok napríklad také plynné látky ako vzduch, dusík, propán, kyslík.
Tieto látky sa líšia v molekuláchštruktúra a typ interakcie molekúl navzájom. Z hľadiska mechaniky sú to však spojité médiá. Z tohto dôvodu sú pre ne určené niektoré všeobecné mechanické vlastnosti: hustota a špecifická hmotnosť; ako aj základné fyzikálne vlastnosti: stlačiteľnosť, tepelná rozťažnosť, pevnosť v ťahu, sily povrchového napätia a viskozita.
Viskozita sa chápe ako vlastnosť kvapalnej látkyodolávajú vzájomnému kĺzaniu alebo strihu jeho vrstiev. Podstata tohto konceptu spočíva vo vzhľade trecej sily medzi rôznymi vrstvami v tekutine počas ich relatívneho pohybu. Rozlišujte medzi pojmami „dynamická viskozita kvapaliny“ a „kinetická viskozita“. Ďalej podrobnejšie zvážime, aký je rozdiel medzi týmito pojmami.
Základné pojmy a dimenzia
Vnútorná trecia sila F vznikajúca medzivzájomne sa pohybujúce susednými vrstvami generalizovanej tekutiny sú priamo úmerné rýchlosti vrstiev a ploche ich kontaktu S. Táto sila pôsobí v smere kolmom na pohyb a je analyticky vyjadrená Newtonovou rovnicou
F = μS (∆V) / (∆n),
kde (∆V) / (∆n) = GV je gradient rýchlosti v smere normály k pohybujúcim sa vrstvám.
Koeficient proporcionality μ je dynamická viskozita alebo jednoducho viskozita generalizovanej tekutiny. Z Newtonovej rovnice sa rovná
μ = F / (S ∙ GV).
Vo fyzikálnom systéme merania jednotka viskozityje definovaná ako viskozita média, v ktorom pri gradiente jednotkovej rýchlosti GV = 1 cm / s pôsobí trecia sila 1 dyn na každý centimeter štvorcový vrstvy. Rozmer jednotky v tomto systéme je preto vyjadrený v dyn ∙ s ∙ cm ^ (- 2) = g ∙ cm ^ (- 1) ∙ s ^ (- 1).
Táto jednotka merania dynamickej viskozity sa nazýva poise (P).
1 P = 0,1 Pa ∙ s = 0,0102 kgf ∙ s ∙ m ^ (- 2).
Používajú sa aj menšie jednotky, a to: 1 P = 100 cP (centipoise) = 1000 mP (milipoise) = 1 000 000 μP (mikropoise). V technickom systéme sa hodnota kgf ∙ s ∙ m ^ (- 2) berie ako jednotka viskozity.
V medzinárodnom systéme jednotka viskozityje definovaná ako viskozita média, v ktorom s gradientom jednotkovej rýchlosti GV = 1 m / s na 1 m pôsobí trecia sila 1 N (Newton) na každý štvorcový meter tekutej vrstvy. Rozmer μ v sústave SI je vyjadrený v kg ∙ m ^ (- 1) ∙ s ^ (- 1).
Okrem takých vlastností, ako sú dynamickéviskozita, pre kvapaliny sa zavádza pojem kinematická viskozita ako pomer koeficientu μ k hustote kvapaliny. Hodnota koeficientu kinematickej viskozity sa meria v Stokesovi (1. = 1 cm ^ (2) / s).
Koeficient viskozity sa číselne rovná množstvupohyb, prenášaný pohybujúcim sa plynom za jednotku času v smere kolmom na pohyb, cez jednotku oblasti, keď sa rýchlosť pohybu líši o jednotku rýchlosti v plynových vrstvách vzdialených o jednotku dĺžky. Koeficient viskozity závisí od typu a stavu látky (teplota a tlak).
Dynamická a kinematická viskozitakvapaliny a plyny sú vysoko teplotne závislé. Bolo poznamenané, že oba tieto koeficienty klesajú so zvyšujúcou sa teplotou kvapôčkových kvapalín a naopak, rastú so zvyšujúcou sa teplotou pre plyny. Rozdiel v tejto závislosti možno vysvetliť fyzickou povahou interakcie molekúl v kvapôčkových kvapalinách a plynoch.
Fyzický zmysel
Z hľadiska molekulárnej kinetickej teóriefenomén viskozity pre plyny je ten, že v pohybujúcom sa médiu sa v dôsledku chaotického pohybu molekúl vyrovnávajú rýchlosti rôznych vrstiev. Ak sa teda prvá vrstva pohybuje v určitom smere rýchlejšie ako druhá vrstva susediaca s ňou, rýchlejšie molekuly prechádzajú z prvej vrstvy do druhej a naopak.
Prvá vrstva má preto tendenciu pohyb urýchľovaťdruhá vrstva a druhá - na spomalenie pohybu prvej. Celkové množstvo pohybu prvej vrstvy sa teda zníži a druhá sa zvýši. Výsledná zmena hybnosti je charakterizovaná koeficientom viskozity pre plyny.
V kvapkajúcich kvapalinách, na rozdiel od plynov,vnútorné trenie je do značnej miery určené pôsobením medzimolekulových síl. A pretože vzdialenosti medzi molekulami kvapkajúcej kvapaliny sú malé v porovnaní s plynnými médiami, interakčné sily medzi molekulami sú významné. Molekuly kvapaliny, podobne ako molekuly tuhých látok, vibrujú v blízkosti rovnovážnych polôh. V kvapalinách však tieto polohy nie sú stacionárne. Po určitom čase sa kvapalná molekula náhle presunie do novej polohy. V tomto prípade sa čas, počas ktorého sa pozícia molekuly v kvapaline nemení, nazýva čas jej „usadeného života“.
Sily intermolekulárnej interakcie sú výraznezávisí od typu kvapaliny. Ak je viskozita látky nízka, nazýva sa to „tekutina“, pretože koeficient tekutosti a dynamická viskozita kvapaliny sú nepriamo úmerné. Naopak, látky s vysokým indexom viskozity môžu mať mechanickú tvrdosť, napríklad živica. V tomto prípade viskozita látky v zásade závisí od zloženia nečistôt a ich množstva a od teploty. S nárastom teploty klesá hodnota „sedavého života“, v dôsledku čoho sa zvyšuje pohyblivosť kvapaliny a klesá viskozita látky.
Fenomén viskozity, ako ostatné javymolekulárny prenos (difúzia a tepelná vodivosť) je nevratný proces, ktorý vedie k dosiahnutiu rovnovážneho stavu zodpovedajúceho maximálnej entropii a minimálnej voľnej energii.
