Kinemātiskā viskozitāte. Šķidrumu un gāzu mehānika

Kinemātiskā viskozitāte. Šķidrumu un gāzu mehānika
Kinemātiskā viskozitāte. Šķidrumu un gāzu mehānika
Anonim

Kinemātiskā viskozitāte ir visu gāzu un šķidro vielu fizikālā pamatīpašība. Šis rādītājs ir ļoti svarīgs, lai noteiktu kustīgu cieto ķermeņu pretestību un to radīto slodzi. Kā zināms, mūsu pasaulē jebkura kustība notiek gaisa vai ūdens vidē. Šajā gadījumā kustīgos ķermeņus vienmēr ietekmē spēki, kuru vektors ir pretējs pašu objektu kustības virzienam. Attiecīgi, jo lielāka ir vides kinemātiskā viskozitāte, jo spēcīgāka ir cietās vielas slodze. Kāda ir šī šķidrumu un gāzu īpašība?

Kinemātiskā viskozitāte
Kinemātiskā viskozitāte

Kinemātiskā viskozitāte, kas definēta kā iekšējā berze, ir saistīta ar vielu molekulu impulsa pārnesi, kas ir perpendikulāra tās slāņu kustības virzienam ar dažādiem ātrumiem. Piemēram, šķidrumos katru no struktūrvienībām (molekulu) no visām pusēm ieskauj tuvākie kaimiņi, kas atrodas aptuveni attālumā, kas vienāds ar to diametru. Katra molekula svārstās ap tā saukto līdzsvara stāvokli, bet, ņemot impulsu no kaimiņiem, tā veic strauju lēcienu pretī jaunam svārstību centram. Sekundes laikā katrai šādai matērijas struktūrvienībai ir laiks mainīt savu dzīvesvietu aptuveni simts miljonus reižu, starp lēcieniem veicot no viena līdz simtiem tūkstošu svārstību. Protams, jo spēcīgāka ir šāda molekulārā mijiedarbība, jo mazāka būs katras struktūrvienības mobilitāte un attiecīgi lielāka vielas kinemātiskā viskozitāte.

Gaisa kinemātiskā viskozitāte
Gaisa kinemātiskā viskozitāte

Ja uz kādu molekulu iedarbojas pastāvīgi ārējie spēki no blakus esošajiem slāņiem, tad šajā virzienā daļiņa veic vairāk pārvietošanās laika vienībā nekā pretējā virzienā. Tāpēc tā haotiskā klejošana tiek pārveidota par sakārtotu kustību ar noteiktu ātrumu atkarībā no spēkiem, kas uz to iedarbojas. Šāda viskozitāte ir raksturīga, piemēram, motoreļļām. Šeit svarīgs ir arī fakts, ka ārējie spēki, kas tiek pielikti aplūkojamai daļiņai, veic darbu pie sava veida atgrūšanas slāņiem, caur kuriem konkrētā molekula izspiežas. Šāds trieciens galu galā palielina daļiņu termiskās nejaušās kustības ātrumu, kas laika gaitā nemainās. Citiem vārdiem sakot, šķidrumiem ir raksturīga vienmērīga plūsma, neskatoties uz pastāvīgu daudzvirzienu ārējo spēku ietekmi, jo tos līdzsvaro vielas slāņu iekšējā pretestība, kas tikai nosaka kinemātiskās viskozitātes koeficientu.

Kinemātiskās viskozitātes koeficients
Kinemātiskās viskozitātes koeficients

Paaugstinoties temperatūrai, sāk palielināties molekulu kustīgums, kas izraisa zināmu vielas slāņu pretestības samazināšanos, jo jebkurā uzkarsētā vielā tiek radīti labvēlīgāki apstākļi daļiņu brīvai kustībai virzienā no pielietotā spēka. To var salīdzināt ar to, ka cilvēkam ir daudz vieglāk izspiesties cauri nejauši kustīgam pūlim, nevis cauri nekustīgam. Polimēru šķīdumiem ir ievērojams kinemātiskās viskozitātes rādītājs, ko mēra Stoksa vai Paskāla sekundēs. Tas ir saistīts ar to, ka to struktūrā ir garas, stingri saistītas molekulārās ķēdes. Bet, paaugstinoties temperatūrai, to viskozitāte strauji samazinās. Presējot plastmasas izstrādājumus, tās pavedienveida, sarežģīti savītās molekulas tiek piespiestas jaunā pozīcijā.

Gāzu viskozitāte 20°C temperatūrā un atmosfēras spiedienā 101,3 Pa ir aptuveni 10-5Pas. Piemēram, gaisa, hēlija, skābekļa un ūdeņraža kinemātiskā viskozitāte šādos apstākļos būs attiecīgi vienāda ar 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. Un šķidrajam hēlijam parasti ir pārsteidzoša superfluiditātes īpašība. Šī parādība, ko atklāja akadēmiķis P. L. Kapitsa slēpjas faktā, ka šim metālam šādā agregācijas stāvoklī gandrīz nav viskozitātes. Viņam šis skaitlis ir gandrīz nulle.

Ieteicams: