Độ nhớt được gọi là một trong những loại hiện tượng chuyển giao. Nó được liên kết với đặc tính của các chất lỏng (khí và chất lỏng), để chống lại sự chuyển động của lớp này so với lớp khác. Hiện tượng này là do sự chuyển động của các phần tử tạo nên chất đó.

Bạn đang xem: Hệ số nhớt của chất lỏng là gì

Phân bổ độ nhớt động lực học và động học.

Coi chuyển động của chất khí nhớt là chuyển động của các lớp phẳng song song. Chúng ta sẽ giả sử rằng sự thay đổi vận tốc chuyển động của chất xảy ra theo hướng của trục X, vuông góc với hướng của vận tốc chuyển động của chất khí (Hình 1).

Theo phương của trục Y, tốc độ chuyển động là như nhau tại mọi điểm. Vì vậy, tốc độ là một hàm. Trong trường hợp này, môđun của lực ma sát giữa các lớp khí (F), tác dụng lên một diện tích bề mặt đơn vị ngăn cách hai lớp liền kề, được mô tả bằng phương trình:

*

đâu là gradien vận tốc () dọc theo trục X. Trục X vuông góc với hướng chuyển động của các lớp chất (Hình 1).

Định nghĩa

Hệ số () có trong phương trình (1) được gọi là hệ số của độ nhớt động lực (hệ số ma sát trong). Nó phụ thuộc vào tính chất của chất khí (chất lỏng). là số bằng số lượng chuyển động được chuyển trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích với một gradient vận tốc bằng một, theo phương vuông góc với diện tích. Hoặc về mặt số học của lực tác dụng lên một đơn vị diện tích có gradien vận tốc bằng một.

Nội ma sát là lý do tạo ra sự chênh lệch áp suất để một chất khí (chất lỏng) chảy qua đường ống. Trong trường hợp này, hệ số nhớt của một chất càng lớn thì chênh lệch áp suất càng phải lớn để truyền cho dòng chảy một vận tốc nhất định.

Hệ số nhớt động học thường được ký hiệu. Nó bằng:

đâu là khối lượng riêng của chất khí (chất lỏng).

Hệ số ma sát nội khí

Theo lý thuyết động học của chất khí, hệ số nhớt có thể được tính theo công thức:

*

tốc độ trung bình của chuyển động nhiệt của các phân tử khí, là đường đi tự do trung bình của phân tử. Biểu thức (3) cho thấy rằng ở áp suất thấp (khí hiếm), độ nhớt hầu như không phụ thuộc vào áp suất, vì

*
Nhưng kết luận này có giá trị cho đến thời điểm khi tỷ lệ của đường đi tự do trung bình phân tử so với kích thước tuyến tính của bình trở nên xấp xỉ bằng sự thống nhất. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của khí thường tăng lên, vì

Hệ số nhớt của chất lỏng

Coi rằng hệ số nhớt được xác định bởi lực tương tác của các phân tử của một chất, phụ thuộc vào khoảng cách trung bình giữa chúng, khi đó hệ số nhớt được xác định theo công thức Bachinsky thực nghiệm:

*

trong đó thể tích mol của chất lỏng, A và B là các giá trị không đổi.

Độ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng, và tăng khi tăng áp suất.

Công thức Poiseuille

Hệ số nhớt được bao gồm trong công thức thiết lập mối quan hệ giữa thể tích (V) của khí chảy trong một đơn vị thời gian qua đoạn ống và chênh lệch áp suất yêu cầu ():

*

đâu là chiều dài của ống, là bán kính của ống.

Số Reynolds

Bản chất của chuyển động chất khí (chất lỏng) được xác định bởi số Reynolds không thứ nguyên ():

*

- đại lượng đặc trưng cho các kích thước tuyến tính của vật thể trong dòng chất lỏng (khí).

Đơn vị hệ số nhớt

Đơn vị đo SI cơ bản cho hệ số nhớt động lực học là:

1Pa c \u003d 10 đĩnh đạc

Đơn vị đo chính của hệ số độ nhớt động học trong hệ SI là:

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Nhiệm vụ Về mặt động lực học, độ nhớt của nước là Pa s. Giá trị nào của đường kính giới hạn của ống sẽ cho phép dòng nước vẫn thành tầng, nếu một lượng nước bằng nhau chảy ra qua mặt cắt ngang trong 1 s?
Phán quyết Điều kiện để chất lỏng chảy thành lớp có dạng:

Nơi số Reynolds được tìm thấy theo công thức:

*

Chúng tôi nhận thấy tốc độ dòng nước là:

Trong biểu thức (1.3) - chiều cao của một hình trụ nước có thể tích:

Độ nhớt của chất lỏng có thể được đo bằng nhiều cách bằng cách sử dụng các thiết bị gọi là nhớt kế. Các thiết bị như vậy đo thời gian một chất chuyển động hoặc thời gian để một vật có kích thước và khối lượng riêng cho trước đi qua chất lỏng. Đơn vị cho tham số này là Pascal bình phương.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt

Thông thường, chất lỏng có phân tử lớn hơn sẽ có độ nhớt cao hơn. Điều này đặc biệt đúng đối với các chất mạch dài là polyme hoặc các hợp chất hydrocacbon nặng hơn. Các phân tử này có xu hướng chồng lên nhau, ngăn cản chuyển động qua chúng.

Một yếu tố quan trọng khác là cách các phân tử tương tác với nhau. Các hợp chất phân cực có thể tạo thành liên kết hydro giữ các phân tử riêng lẻ lại với nhau, làm tăng sức cản tổng thể đối với dòng chảy hoặc chuyển động. Mặc dù phân tử nước là phân cực, nó có độ nhớt thấp do thực tế là các phân tử của nó đủ nhỏ. Các chất lỏng nhớt nhất có xu hướng là những chất lỏng có phân tử kéo dài hoặc phân cực mạnh. Ví dụ bao gồm glycerin và propylene glycol.

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến độ nhớt. Các phép đo tính chất của chất lỏng luôn được cho dưới dạng một hàm của nhiệt độ. Trong chất lỏng, độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng. Có thể thấy điều này khi đun siro hoặc mật ong. Điều này là do các phân tử chuyển động nhanh hơn và do đó, thời gian tiếp xúc với nhau ít hơn. Ngược lại, độ nhớt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng. Điều này là do các phân tử chuyển động nhanh hơn và có nhiều va chạm giữa chúng hơn. Điều này làm tăng mật độ từ thông.

Tầm quan trọng đối với ngành

Dầu thô thường di chuyển xa giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau. Do đó, tốc độ dòng chảy và áp suất thay đổi theo thời gian. Dầu chảy qua Siberia nhớt hơn dầu trong các đường ống vùng Vịnh. Do sự khác biệt về nhiệt độ của môi trường bên ngoài, áp suất trong các đường ống cũng phải khác nhau để có thể ép nó chảy. Để giải quyết vấn đề này, trước tiên người ta đổ một loại dầu đặc biệt vào các đường ống có hệ số nội trở thực tế bằng không. Bằng cách này, sự tiếp xúc của dầu với bề mặt bên trong của các đường ống bị hạn chế. Độ nhớt của dầu cũng thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Để cải thiện các đặc tính của nó, polyme được thêm vào dầu, giúp dầu không bị đặc và trộn lẫn với dầu.

Độ nhớtLà tính chất của chất lỏng để chống lại lực cắt. Độ nhớt là một đặc tính vốn có ở cả chất lỏng giọt và chất khí, chỉ biểu hiện khi chuyển động, không thể phát hiện khi nghỉ, và biểu hiện dưới dạng ma sát bên trong khi chuyển động các hạt chất lỏng liền kề. Độ nhớt đặc trưng cho mức độ lưu động của chất lỏng và tính linh động của các phần tử của nó. Độ nhớt của chất lỏng giải thích sự cản trở và mất đầu xảy ra khi chúng di chuyển qua các đường ống, kênh dẫn và các kênh khác, cũng như khi các vật thể lạ di chuyển trong chúng.

Isaac Newton đã tích cực nghiên cứu các đặc tính của ma sát bên trong của chất lỏng, đặt nền móng cho lý thuyết độ nhớt. Newton đã đưa ra giả thiết (sau đó được xác nhận bằng thực nghiệm) rằng các lực cản sinh ra từ sự trượt như vậy của các lớp tỷ lệ với diện tích tiếp xúc của các lớp và tốc độ trượt. Kết quả là I. Newton thu được sự phụ thuộc đặc trưng cho mối quan hệ của độ nhớt với hiện tượng nội ma sát, định luật này được gọi là định luật cùng tên.

Cho chất lỏng chảy dọc theo một bức tường phẳng thành các lớp song song. Mỗi lớp sẽ di chuyển với tốc độ riêng và tốc độ của các lớp sẽ tăng theo khoảng cách từ tường.

Coi hai lớp chất lỏng chuyển động cách nhau một khoảng Δy. Vì có lực ma sát giữa các lớp và do hãm lẫn nhau nên các lớp khác nhau có tốc độ khác nhau, và lớp A chuyển động với tốc độ v, và lớp B - với tốc độ (v + Δv). Giá trị của Δv là độ dịch chuyển tuyệt đối của lớp A trên lớp B và giá trị của Δv / Δy là độ dịch chuyển tương đối hay còn gọi là gradien vận tốc. Sau đó, trong quá trình chuyển động, ứng suất tiếp tuyến τ (tau) phát sinh, đặc trưng cho ma sát trên một đơn vị diện tích (bằng ứng suất ma sát bên trong)... Ứng suất ma sát bên trong có ý nghĩa vật lý của mối quan hệ:

Ở đâu F tr - Lực ma sát trong, N; S - diện tích tiếp xúc của các bề mặt, m 2.

Khi đó, theo định luật Newton, mối quan hệ giữa ứng suất và độ dịch chuyển tương đối sẽ có dạng:

những, cái đó. ứng suất nội ma sát tỷ lệ với gradien vận tốc.

Tỷ lệ khung hình µ (mu) được gọi là hệ số động của độ nhớt.Từ công thức có thể thấy rằng hệ số động của độ nhớt bằng số bằng ứng suất của ma sát trong trong trường hợp vận tốc tương đối của hai mặt phẳng A và B cách nhau 1 m bằng 1 m / s.

Thứ nguyên của hệ số nhớt động lực lấy theo công thức. Kể từ khi điện áp τ là lực trên một đơn vị diện tích, khi đó thứ nguyên của nó là:

*
.

Kích thước của gradient vận tốc:

Do đó thứ nguyên của hệ số nhớt động lực học:

*
.

Do đó, đơn vị SI của độ nhớt động lực được lấy là:

Trong hệ thống vật lý, đơn vị của độ nhớt động lực học là poise, được ký hiệu là “ P»:

Độ nhớt động lực của chất lỏng giọt, các phân tử nằm rất gần nhau, giảm khi nhiệt độ tăng do tốc độ chuyển động Brown tăng lên, làm suy yếu các liên kết giữ, tức là các lực dính kết.

Tỷ lệ phụ thuộc μ về nhiệt độ ở dạng tổng quát được biểu thị bằng công thức:

giá trị ở đâu t\u003d 0 ° C; vàvà b -hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào tính chất hóa lý (của loại) chất lỏng; t -nhiệt độ chất lỏng tính bằng ° C.

Trong chất khí, lực hút giữa các phân tử chỉ biểu hiện khi bị nén mạnh, còn ở điều kiện bình thường, các phân tử khí ở trạng thái chuyển động nhiệt hỗn loạn và ma sát của các lớp khí với nhau chỉ xảy ra do va chạm của các phân tử. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ của các phân tử tăng, số lần va chạm của chúng tăng và độ nhớt tăng.

Đối với nước ngọt, Poiseuille thu được công thức:

*
. (1.3)

Đối với không khí, công thức của Millikan được biết đến:

Trong thủy lực, để đặc trưng cho tính chất nhớt của khí và hơi, đôi khi thay vì động lực học, người ta sử dụng một hệ số nhớt khác, ký hiệu bằng chữ cái η (eta) và liên quan đến hệ số động bằng phương trình

trong đó g là gia tốc trọng trường, m / s 2.

Biến thiên của độ nhớt động lực học được gọi là lưu động.

Độ nhớt đối với tất cả các chất lỏng dạng giọt giảm khi nhiệt độ tăng. Để có được các tính toán thủy lực chính xác, nên có một biểu đồ (hoặc bảng) độ nhớt so với nhiệt độ dựa trên các xác định cụ thể trong phòng thí nghiệm. Bạn nên hết sức lưu ý về các loại giấy ghi và công thức dùng để xác định độ nhớt của hỗn hợp hai hoặc nhiều sản phẩm dầu khác nhau.

Đồ thị đặc trưng cho sự phụ thuộc của sự thay đổi độ nhớt chất lỏng vào nhiệt độ được gọi là hình ảnh(Hình 1.3).

*

Hình 1.3. Viscogram

Để xác định độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ bất kỳ T công thức Reynolds-Filonov được sử dụng với đủ độ chính xác:

Ở đâu ν - độ nhớt ở nhiệt độ đã biết T , u - hệ số độ dốc của biểu đồ độ nhớt, đặc trưng cho góc nghiêng của biểu đồ độ nhớt tiếp tuyến với trục abscissa (Hình 1.4) và được xác định theo công thức:

*

Hình 1.4 Xác định hệ số góc của viscogram

Do đó, có thể xác định đặc tính của bất kỳ chất lỏng nào và xác định độ nhớt của nó ở bất kỳ nhiệt độ nào, khi biết tọa độ của hai điểm tùy ý của biểu đồ visco. Cần lưu ý rằng đối với chất lỏng dạng giọt, hệ số visco là dương, tuy nhiên, có những chất lỏng trong đó độ nhớt thay đổi rất ít với sự thay đổi nhiệt độ, đối với chất lỏng dạng khí - hệ số visco là âm. Có những chất lỏng mà độ nhớt của nó phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ; chúng là những hợp chất hóa học phức tạp và được sử dụng làm công nhân trong các máy thủy lực, ví dụ, trong các khớp nối nhớt.

Có những chất lỏng mà định luật Newton không thể áp dụng được. Không giống như chất lỏng Newton thông thường, những chất lỏng này được gọi là không phải Newton, hoặc bất thường.

Giá trị độ nhớt động học ν của nước và không khí

Độ nhớt (nội ma sát) ( tiếng Anh... độ nhớt) là một trong những hiện tượng chuyển dịch, thuộc tính của các thể chất lưu (chất lỏng và chất khí) để chống lại sự chuyển động của một phần của chúng so với phần khác. Cơ chế của ma sát nội trong chất lỏng và chất khí bao gồm thực tế là các phân tử chuyển động hỗn loạn truyền động lượng từ lớp này sang lớp khác, dẫn đến sự cân bằng của các vận tốc - điều này được mô tả bằng cách đưa vào một lực ma sát. Độ nhớt của chất rắn có một số tính năng cụ thể và thường được xem xét riêng. Định luật cơ bản của dòng chảy nhớt do I. Newton (1687) thiết lập: Khi áp dụng cho chất lỏng, độ nhớt được phân biệt:

Độ nhớt động (tuyệt đối) µ - Lực tác dụng lên một đơn vị diện tích của một mặt phẳng, chuyển động với tốc độ đơn vị so với một mặt phẳng khác nằm cách bề mặt thứ nhất một đơn vị. Trong hệ SI, độ nhớt động lực được biểu thị bằng Pa × s (pascal-giây), đơn vị ngoài hệ thống P (poise).Độ nhớt động học ν - tỷ lệ độ nhớt động lực học µ tỷ trọng của chất lỏng ρ.ν= µ / ρ , ν, m 2 / s - độ nhớt động học;μ, Pa × s - độ nhớt động lực học;ρ, kg / m 3 - khối lượng riêng của chất lỏng.

Lực ma sát nhớt

Đây là hiện tượng xuất hiện các lực tiếp tuyến ngăn cản chuyển động của các bộ phận của chất lỏng hoặc chất khí đối với nhau. Sự bôi trơn giữa hai chất rắn thay thế ma sát trượt khô bằng ma sát trượt giữa các lớp chất lỏng hoặc chất khí trong mối quan hệ với nhau. Tốc độ của các hạt của môi trường thay đổi thuận lợi từ tốc độ của vật thể này sang tốc độ của vật thể khác.

Lực ma sát nhớt tỷ lệ với tốc độ chuyển động tương đối V cơ thể tỷ lệ với diện tích S và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các mặt phẳng h.

F \u003d -V S / h,

Hệ số tỷ lệ, tùy thuộc vào loại chất lỏng hoặc chất khí, được gọi là hệ số nhớt động lực học... Điều quan trọng nhất trong bản chất của lực ma sát nhớt là khi có bất kỳ lực nhỏ tùy ý nào, các vật thể sẽ bắt đầu chuyển động, tức là chúng không tồn tại. ma sát tĩnh... Sự khác biệt đáng kể về mặt chất lượng về lực lượng ma sát nhớt từ ma sát khô

Nếu một vật thể chuyển động được ngâm hoàn toàn trong môi trường nhớt và khoảng cách từ vật thể đến ranh giới của môi trường là nhiều nhiều kích cỡ hơn chính cơ thể, thì trong trường hợp này, chúng nói về ma sát hoặc kháng môi trường... Trong trường hợp này, các phần của môi trường (chất lỏng hoặc khí), trực tiếp tiếp giáp với vật thể chuyển động, chuyển động cùng tốc độ với chính vật thể đó, và khi khoảng cách từ cơ thể, tốc độ của các phần tương ứng của môi trường giảm dần, chuyển về 0 ở vô cùng.

Lực cản của môi trường phụ thuộc vào:

độ nhớt của nótừ hình dạng cơ thểvề tốc độ chuyển động của cơ thể so với môi trường.

Ví dụ, khi một quả bóng chuyển động chậm dần trong chất lỏng nhớt, lực ma sát có thể được tìm thấy bằng công thức Stokes:

F \u003d -6 R V,

Sự khác biệt đáng kể về mặt chất lượng giữa lực ma sát nhớt và ma sát khô, trong số những thứ khác, thực tế là một vật, khi chỉ có ma sát nhớt và một ngoại lực nhỏ tùy ý, chắc chắn sẽ chuyển động, tức là không có ma sát tĩnh đối với ma sát nhớt, và ngược lại - dưới tác dụng của ma sát nhớt, một vật ban đầu chuyển động, không bao giờ (trong trong khoảng gần đúng vĩ mô mà bỏ qua chuyển động Brown) sẽ không dừng hoàn toàn, mặc dù chuyển động sẽ chậm lại vô hạn.

Độ nhớt của khí

Độ nhớt của chất khí (hiện tượng nội ma sát) là sự xuất hiện của lực ma sát giữa các lớp khí chuyển động tương đối với nhau song song và với tốc độ khác nhau. Độ nhớt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng

Sự tương tác của hai lớp khí được coi là một quá trình trong đó động lượng được truyền từ lớp này sang lớp khác. Lực ma sát trên một đơn vị diện tích giữa hai lớp khí, bằng động lượng truyền trong một giây từ lớp này sang lớp khác qua một đơn vị diện tích, được xác định theo định luật Newton:

τ \u003d -η dν / dz

Ở đâu: dν / dz - gradien vận tốc theo phương vuông góc với phương chuyển động của các lớp khí. Dấu trừ cho biết xung lượng được truyền theo hướng giảm dần tốc độ. η - độ nhớt động lực học.

η \u003d 1/3 ρ (ν) λ, trong đó:

ρ - mật độ khí, (ν) là vận tốc trung bình cộng của các phân tử λ là đường đi tự do trung bình của các phân tử.

Độ nhớt của một số khí (ở 0 ° C)

Độ nhớt chất lỏng

Độ nhớt chất lỏng là đặc tính chỉ biểu hiện khi chất lỏng di chuyển, và không ảnh hưởng đến chất lỏng nghỉ. Ma sát nhớt trong chất lỏng tuân theo định luật ma sát, về cơ bản khác với định luật ma sát của chất rắn, vì phụ thuộc vào diện tích ma sát và tốc độ chuyển động của chất lỏng. Độ nhớt - thuộc tính của chất lỏng để chống lại lực cắt tương đối của các lớp của nó. Độ nhớt được biểu hiện ở chỗ với sự chuyển động tương đối của các lớp chất lỏng trên bề mặt tiếp xúc của chúng, lực cản cắt sinh ra, được gọi là lực ma sát trong, hay lực nhớt. Nếu chúng ta xem xét vận tốc của các lớp chất lỏng khác nhau được phân bố như thế nào trên mặt cắt ngang của dòng chảy, có thể dễ dàng nhận thấy rằng càng xa thành dòng, tốc độ của các hạt càng lớn. Tại các thành của dòng chảy, vận tốc chuyển động của chất lỏng bằng không. Một minh họa cho điều này là bản vẽ của cái gọi là mô hình dòng phản lực, trong đó:

μ - hệ số ma sát nhớt;S - diện tích ma sát;du / dy - gradient tốc độ

Số lượng μ trong biểu thức này là độ nhớt động lực họctương đương với:

μ \u003d F / S 1 / du / dy, μ \u003d τ 1 / du / dy, τ - ứng suất cắt trong chất lỏng (phụ thuộc vào loại chất lỏng).

Ý nghĩa vật lý của hệ số ma sát nhớt - con số, bằng sức mạnh ma sát phát triển trên một bề mặt đơn vị với một gradient vận tốc đơn vị.

Trong thực tế, nó thường được sử dụng hơn hệ số nhớt động học, được đặt tên như vậy bởi vì thứ nguyên của nó thiếu sự chỉ định của lực. Hệ số này là tỷ số giữa hệ số động lực học của độ nhớt chất lỏng với tỷ trọng của nó:

ν= μ / ρ ,

Đơn vị hệ số ma sát nhớt:

H s / m 2;kgf s / m 2Pz (Poiseuille) 1 (Pz) \u003d 0,1 (N s / m 2).

Phân tích các đặc tính độ nhớt của chất lỏng

Đối với chất lỏng rơi, độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ t và áp lực Rtuy nhiên, sự phụ thuộc sau chỉ biểu hiện ở những thay đổi áp suất lớn, có bậc vài chục MPa.

Sự phụ thuộc của hệ số nhớt động lực vào nhiệt độ được biểu thị bằng công thức có dạng:

μ t \u003d μ 0 e -k t (T-T 0),μ t - hệ số của độ nhớt động lực học ở nhiệt độ nhất định;μ 0 - hệ số của độ nhớt động lực ở nhiệt độ đã biết;T - chỉnh nhiệt độ;T 0 - nhiệt độ tại đó giá trị được đo μ 0;e

Sự phụ thuộc của hệ số tương đối của độ nhớt động lực vào áp suất được mô tả theo công thức:

μ р \u003d μ 0 e -k р (Р-Р 0),μ P - hệ số độ nhớt động lực ở một áp suất nhất định,μ 0 - hệ số của độ nhớt động lực ở một áp suất đã biết (thường gặp nhất trong điều kiện bình thường),R - áp suất đặt;P 0 - áp suất tại đó giá trị được đo μ 0;e - cơ số của lôgarit tự nhiên bằng 2,718282.

Ảnh hưởng của áp suất đến độ nhớt của chất lỏng chỉ xuất hiện ở áp suất cao.

Chất lỏng Newton và không Newton

Chất lỏng được gọi là Newton nếu độ nhớt không phụ thuộc vào tốc độ biến dạng. Trong phương trình Navier - Stokes cho chất lỏng Newton, có một định luật về độ nhớt tương tự như trên (trên thực tế, là sự tổng quát của định luật Newton, hoặc định luật Navier):

σ ij \u003d η (dv i / dx i + dv j / dx i),

Ở đâu σ ij - ứng suất căng nhớt.

Trong số các chất lỏng không phải Newton, chất dẻo giả và chất lỏng pha loãng được phân biệt bởi sự phụ thuộc của độ nhớt vào tốc độ biến dạng. Mô hình có ứng suất cắt khác 0 (hoạt động của độ nhớt tương tự như ma sát khô) là mô hình Bingham. Nếu độ nhớt thay đổi theo thời gian, chất lỏng được gọi là thixotropic. Đối với chất lỏng không phải Newton, việc đo độ nhớt là điều tối quan trọng.

Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của nhiều chất lỏng giảm. Điều này được giải thích là do động năng của mỗi phân tử tăng nhanh hơn thế năng tương tác giữa chúng. Do đó, họ luôn cố gắng làm mát tất cả các chất bôi trơn, nếu không nó sẽ đe dọa đến việc rò rỉ thông qua các bộ phận.

Trong cuộc sống hàng ngày, khái niệm "chất lỏng nhớt" rất thường được xác định với một cái gì đó dính, trơn, mà bạn có thể bị bẩn. Đây là một phần cách nó được. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn tình hình.

Vật liệu xây dựng

Dù bạn và tôi ở đâu, chúng ta luôn bị bao quanh bởi các chất và các thể vật chất ở ba trạng thái kết hợp: rắn, lỏng và khí. Trạng thái tổng hợp thứ tư của vật chất - plasma - không có khả năng tồn tại trong cái gọi là điều kiện bình thường. Để duy trì nó, cần có các chế độ nhân tạo. Chất lỏng và chất khí chiếm hơn 85% thể tích không gian sống của chúng ta. Chỉ cần đề cập đến không khí chúng ta thở và nước chúng ta uống là đủ. Và bất kỳ chất nào trong số này đều có thể được đặc trưng về độ nhớt của chúng.

Những gì được đo lường

Theo định nghĩa, độ nhớt là đặc tính của các chất lỏng để chống lại chuyển động của chúng so với một hệ tọa độ cố định hoặc với nhau. Có độ nhớt động học và động học. Độ nhớt động lực SI được đo bằng (Pascal trên giây). Theo quan điểm vật lý, giá trị này cho thấy sự thay đổi của tổn thất áp suất trên một đơn vị thời gian. Trong hệ thống CGS (centimet - gram - giây), nó được đo bằng poise (1 Pa * s \u003d 10 poise) và được đặt theo tên của nhà vật lý và bác sĩ nổi tiếng người Pháp Jean Louis Marie Poiseuille.

Độ nhớt động học được đo bằng m 2 / s (theo SI) và bằng Stokes (thường tính bằng centistokes). 1 cSt \u003d 1 mm 2 / s. Đây là giá trị cơ bản của đặc tính này của chất lỏng. Thông qua một thiết bị đặc biệt, máy đo độ nhớt, bạn có thể đo độ nhớt của bất kỳ chất lỏng nào. Khối lượng nhất định (đã được hiệu chuẩn) của nó được đưa qua một lỗ đã được hiệu chuẩn mà không có xung cơ học, chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

*

Phương pháp xác định

Đơn vị của độ nhớt động học đã được xác định vào cuối những năm bốn mươi của thế kỷ XX bởi nhà khoa học Liên Xô Ya I. Frenkel. Trong phương trình của mình, ông đã mô tả cơ chế lăn của các giọt chất lỏng khác nhau từ các bề mặt nghiêng khác nhau (công thức 2.1, xem hình trên), trong đó r và m là bán kính và khối lượng của giọt, α là góc tới hạn lăn xuống của giọt, θ là góc chảy của giọt, σ là hệ số ma sát. Từ lý thuyết về sự chuyển động của các phân tử và cơ sở về thời gian chúng "ổn định" của Frenkel (và, độc lập với ông, hai năm sau, bởi nhà vật lý người Pháp Andrade), một quan hệ đã thu được để tính độ nhớt động lực (công thức 2.2). Sự phụ thuộc này được gọi là "phương trình Frenkel-Andrade", mặc dù trong tài liệu nước ngoài thường bỏ qua tên của nhà vật lý Liên Xô, gọi nó là công thức Andrade.

Tỷ lệ cược

Về mặt tuyệt đối, đơn vị của độ nhớt động học có thể nhận được từ tỷ số giữa độ nhớt động học và độ nhớt động học, thông qua khối lượng riêng của môi trường (công thức 2.3). Cần nhớ rằng bản thân môi trường nhớt không được chia nhỏ thành động học hoặc động lực học. Cả hai giá trị có thể được tính toán cho bất kỳ chất nào. Tính ra rằng khi môi chất chảy, lực cản chuyển động được tạo ra, có thể xây dựng một vectơ của lực ma sát nhớt. Theo nghĩa tuyệt đối, nó tỷ lệ thuận với diện tích chuyển động của môi trường S và vận tốc v của nó, và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các mặt phẳng h (công thức 2.4). Giá trị này được gọi là hệ số nhớt động lực học hoặc hệ số tỷ lệ. Dấu trừ cho biết ngược lại với tác dụng của lực (hướng của vectơ). Hệ số nhớt động học thường không được tính toán. Trong một số trường hợp hiếm hoi, nó được gọi là phương trình của tỷ số (công thức 2.3).

*

Sự phụ thuộc

Độ nhớt đóng một vai trò khá quan trọng trong chuyển động của chất lỏng. Do tác dụng của lực dính (đặc biệt là trong chất lỏng có độ nhớt cao), lớp của dòng chất lỏng nằm trực tiếp trên bề mặt chất rắn vẫn đứng yên. Tốc độ của các lớp còn lại tăng theo khoảng cách từ mặt phẳng của bức tường. Độ nhớt động học và độ nhớt động lực học tăng khi tăng áp suất và giảm khi tăng nhiệt độ của môi chất.

Chất khí và chất lỏng không phải Newton

Độ nhớt của môi trường khí được xác định tùy thuộc vào nhiệt độ của chúng. Để có khí lý tưởng, bạn có thể sử dụng công thức Sutherland (công thức 2.5). Công thức này có thể áp dụng trong phạm vi nhiệt độ từ độ không tuyệt đối đến 555 K và trong phạm vi áp suất không quá 3,45 MPa.

Độ nhớt động học của chất lỏng phi Newton được tính theo định luật Navier - Stokes giảm (công thức 2.6), trong đó σ ij là tensor ứng suất nhớt. Chất lỏng không phải Newton bao gồm chất dẻo giả (máu, sơn, tương cà, dung nham, v.v.), cũng như chất lỏng pha loãng (chất lỏng có các hạt trộn chặt, trong đó độ nhớt tăng mạnh khi biến dạng cắt tăng).

Xem thêm: " Lập Trình Viên Tiếng Anh Là Gì : Định Nghĩa, Ví Dụ Anh Việt

*

Bằng số

Giới hạn tới hạn của sự chuyển đổi sang trạng thái tập hợp khác (rắn) trong chất lỏng đạt được ở các giá trị độ nhớt khoảng 10 11 - 10 12 . Trong trường hợp này, chất lỏng có được đặc tính của một khối lượng thủy tinh (ví dụ, monoetylen glycol ở nồng độ hơn 75% trong dung dịch nước). Nước tinh khiết không có tạp chất có độ nhớt động học ở nhiệt độ 20 ° C và áp suất khí quyển là 1,006 * 10 6 m 2 / s.