Virsmas spriegums pret viskozitāti
Viskozitāte un virsmas spraigums ir divas ļoti svarīgas parādības attiecībā uz šķidrumu mehāniku un statiku. Šo parādību sekas ietekmē tādus laukus kā hidrodinamika, aerodinamika un pat aviācija. Ir svarīgi, lai šajās parādībās būtu pamatotas zināšanas, lai izceltos šādās jomās. Šis raksts salīdzinās viskozitāti un virsmas spraigumu un parādīs atšķirības starp abiem.
Kas ir virsmas spraigums?
Apsveriet viendabīgu šķidrumu. Katrai molekulai šķidruma centrālajās daļās būs tieši tāds pats spēks, velkot to uz katru pusi. Apkārtējās molekulas vienmērīgi velk centrālo molekulu katrā virzienā. Tagad apsveriet virsmas molekulu. Tam ir tikai spēki, kas iedarbojas uz šķidrumu. Gaisa-šķidruma adhezīvie spēki nav pat tikpat spēcīgi kā šķidruma-šķidruma saliedēšanas spēki. Tāpēc virsmas molekulas tiek piesaistītas šķidruma centram, veidojot iesaiņotu molekulu slāni. Šis molekulu virsmas slānis uz šķidruma darbojas kā plāna plēve. Ja ņemam ūdens stridera reālo piemēru, tas izmanto šo plāno plēvi, lai sevi novietotu uz ūdens virsmas. Tas slīd uz šī slāņa. Ja tas nav šis slānis, tas nekavējoties noslīktu. Virsmas spriegumu definē kā spēku, kas ir paralēls virsmai, perpendikulāri vienības garuma līnijai, kas novilkta uz virsmas. Virsmas sprieguma mērvienības ir Nm-1. Virsmas spriegumu definē arī kā enerģiju uz laukuma vienību. Tas arī piešķir virsmas spraigumam jaunu vienību Jm -2. Virsmas spriedze, kas rodas starp diviem nesajaucamiem šķidrumiem, ir pazīstama kā interfeisa spriedze.
Kas ir viskozitāte?
Viskozitāti definē kā šķidruma pretestības mēru, kuru deformē vai nu bīdes spriegums, vai stiepes spriegums. Vispārīgāk sakot, viskozitāte ir šķidruma “iekšējā berze”. To sauc arī par šķidruma biezumu. Viskozitāte ir vienkārši berze starp diviem šķidruma slāņiem, kad abi slāņi pārvietojas viens pret otru. Sers Īzaks Ņūtons bija pionieris šķidruma mehānikā. Viņš uzskatīja, ka Ņūtona šķidrumam bīdes spriegums starp slāņiem ir proporcionāls ātruma gradientam virzienā, kas ir perpendikulārs slāņiem. Šeit izmantotā proporcionālā konstante (proporcionalitātes koeficients) ir šķidruma viskozitāte. Viskozitāti parasti apzīmē ar grieķu burtu “µ”. Šķidruma viskozitāti var izmērīt, izmantojot viskozimetrus un reometrus. Viskozitātes mērvienības ir Paskal-sekundes (vai Nm-2 s). CVS sistēma izmanto viskozitātes mērīšanai Žana Luī Marī Poiseuila vārdā nosaukto “pozīciju”. Šķidruma viskozitāti var izmērīt arī ar vairākiem eksperimentiem. Šķidruma viskozitāte ir atkarīga no temperatūras. Viskozitāte samazinās, paaugstinoties temperatūrai.
τ = μ ∂u / ∂y
Viskozitātes vienādojumi un modeļi šķidrumiem, kas nav Ņūtona, ir ļoti sarežģīti.
Kāda ir atšķirība starp virsmas spraigumu un viskozitāti?
• Virsmas spriedzi var uzskatīt par incidentu, kas rodas šķidrumos nesabalansētu starpmolekulāro spēku dēļ, savukārt viskozitāte rodas kustīgo molekulu spēku dēļ.
• Virsmas spriegums ir gan kustīgajos, gan nekustīgajos šķidrumos, bet viskozitāte parādās tikai kustīgajos šķidrumos.
