Kinemaattinen viskositeetti. Nesteiden ja kaasujen mekaniikka

Kinemaattinen viskositeetti. Nesteiden ja kaasujen mekaniikka
Kinemaattinen viskositeetti. Nesteiden ja kaasujen mekaniikka
Anonim

Kinemaattinen viskositeetti on kaikkien kaasujen ja nestemäisten väliaineiden fyysinen perusominaisuus. Tämä indikaattori on avainasemassa määritettäessä liikkuvien kiinteiden kappaleiden vastusta ja niiden kokemaa kuormitusta. Kuten tiedät, maailmassamme mikä tahansa liike tapahtuu ilmassa tai vesiympäristössä. Tällöin liikkuviin kappaleisiin vaikuttavat aina voimat, joiden vektori on vastakkainen itse esineiden liikesuuntaan nähden. Vastaavasti mitä suurempi väliaineen kinemaattinen viskositeetti on, sitä voimakkaampi on kiinteän aineen kokema kuormitus. Mikä on tämän nesteiden ja kaasujen ominaisuuden luonne?

Kinemaattinen viskositeetti
Kinemaattinen viskositeetti

Kinemaattinen viskositeetti, joka määritellään sisäiseksi kitkaksi, johtuu ainemolekyylien liikemäärän siirtymisestä kohtisuorassa sen kerrosten liikesuuntaa vastaan eri nopeuksilla. Esimerkiksi nesteissä kutakin rakenneyksikköä (molekyyliä) ympäröivät joka puolelta sen lähimmät naapurit, jotka sijaitsevat suunnilleen niiden halkaisijan etäisyydellä. Jokainen molekyyli värähtelee ns. tasapainoasennon ympärillä, mutta naapureistaan vauhtia ottaessaan se hyppää jyrkästi kohti uutta värähtelykeskusta. Sekunnissa jokainen tällainen aineen rakenneyksikkö ehtii vaihtaa asuinpaikkaansa noin sata miljoonaa kertaa tekemällä hyppyjen välillä yhdestä satoihin tuhansiin värähtelyjä. Tietysti mitä vahvempi tällainen molekyylien vuorovaikutus, sitä pienempi on kunkin rakenneyksikön liikkuvuus ja vastaavasti sitä suurempi aineen kinemaattinen viskositeetti.

Ilman kinemaattinen viskositeetti
Ilman kinemaattinen viskositeetti

Jos johonkin molekyyliin vaikuttavat jatkuvat ulkoiset voimat viereisistä kerroksista, niin tässä suunnassa hiukkanen siirtyy enemmän aikayksikköä kohti kuin vastakkaiseen suuntaan. Siksi sen kaoottinen vaeltaminen muuttuu määrätyksi liikkeeksi tietyllä nopeudella, riippuen siihen vaikuttavista voimista. Tämä viskositeetti on tyypillinen esimerkiksi moottoriöljyille. Tärkeää on tässä myös se, että tarkasteltavaan hiukkaseen kohdistuvat ulkoiset voimat tekevät työtä eräänlaisesti työntämällä erilleen kerroksia, joiden läpi kyseinen molekyyli puristuu. Tällainen isku lisää viime kädessä hiukkasten termisen satunnaisen liikkeen nopeutta, joka ei muutu ajan myötä. Toisin sanoen nesteille on ominaista tasainen virtaus monisuuntaisten ulkoisten voimien jatkuvasta vaikutuksesta huolimatta, koska niitä tasapainottaa ainekerrosten sisäinen vastus, joka vain määrää kinemaattisen viskositeetin kertoimen.

Kinemaattinen viskositeettikerroin
Kinemaattinen viskositeettikerroin

Lämpötilan noustessa molekyylien liikkuvuus alkaa lisääntyä, mikä johtaa jonkin verran ainekerrosten vastuksen laskuun, koska missä tahansa kuumennetussa aineessa luodaan suotuisammat olosuhteet hiukkasten vapaalle liikkumiselle suunnassa käytetystä voimasta. Tätä voidaan verrata siihen, kuinka ihmisen on paljon helpompi puristaa satunnaisesti liikkuvan joukon läpi kuin paikallaan olevan. Polymeeriliuoksilla on merkittävä kinemaattisen viskositeetin indikaattori Stokes- tai Pascal-sekunteina mitattuna. Tämä johtuu siitä, että niiden rakenteessa on pitkiä jäykästi sitoutuneita molekyyliketjuja. Mutta kun lämpötila nousee, niiden viskositeetti laskee nopeasti. Kun muovituotteita puristetaan, sen filamenttimaiset, monimutkaisesti kietoutuvat molekyylit pakotetaan uuteen asentoon.

Kaasujen viskositeetti 20°C:n lämpötilassa ja 101,3 Pa:n ilmanpaineessa on luokkaa 10-5Pas. Esimerkiksi ilman, heliumin, hapen ja vedyn kinemaattinen viskositeetti tällaisissa olosuhteissa on 1,8210-5, vastaavasti; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. Ja nestemäisellä heliumilla on yleensä hämmästyttävä superfluidiominaisuus. Tämä ilmiö, jonka löysi akateemikko P. L. Kapitsa piilee siinä, että tällä metallilla sellaisessa aggregaatiotilassa ei ole juuri mitään viskositeettia. Hänelle tämä luku on melkein nolla.

Suositeltava: