ความหนืดจลนศาสตร์. กลศาสตร์ของของเหลวและก๊าซ

ความหนืดจลนศาสตร์. กลศาสตร์ของของเหลวและก๊าซ
ความหนืดจลนศาสตร์. กลศาสตร์ของของเหลวและก๊าซ
Anonim

ความหนืดจลนศาสตร์เป็นลักษณะทางกายภาพพื้นฐานของสื่อแก๊สและของเหลวทั้งหมด ตัวบ่งชี้นี้มีความสำคัญสำคัญในการกำหนดแรงลากของวัตถุที่เคลื่อนที่ได้และน้ำหนักที่วัตถุได้รับ อย่างที่คุณทราบ ในโลกของเรา การเคลื่อนไหวใดๆ เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางอากาศหรือทางน้ำ ในกรณีนี้ วัตถุที่เคลื่อนที่มักได้รับผลกระทบจากแรงที่เวกเตอร์อยู่ตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุเอง ดังนั้น ยิ่งความหนืดจลนศาสตร์ของตัวกลางมากเท่าใด ของแข็งก็จะยิ่งรับน้ำหนักได้มากเท่านั้น ลักษณะของของเหลวและก๊าซนี้มีลักษณะอย่างไร

ความหนืดจลนศาสตร์
ความหนืดจลนศาสตร์

ความหนืดจลนศาสตร์ หมายถึง แรงเสียดทานภายใน เกิดจากการถ่ายเทโมเมนตัมของโมเลกุลของสารในแนวตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของชั้นต่างๆ ด้วยความเร็วที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในของเหลว แต่ละหน่วยโครงสร้าง (โมเลกุล) ล้อมรอบทุกด้านโดยเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลแต่ละโมเลกุลแกว่งไปมารอบๆ ตำแหน่งที่เรียกว่าสมดุล แต่โดยรับโมเมนตัมจากเพื่อนบ้าน มันทำให้กระโดดอย่างรวดเร็วไปยังจุดศูนย์กลางการแกว่งใหม่ ในไม่กี่วินาที หน่วยโครงสร้างแต่ละหน่วยของสสารมีเวลาในการเปลี่ยนที่อยู่อาศัยประมาณร้อยล้านครั้ง ทำให้เกิดการแกว่งไปมาระหว่างหนึ่งถึงหลายแสนครั้ง แน่นอนว่ายิ่งปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลแข็งแกร่งขึ้นเท่าใด การเคลื่อนที่ของหน่วยโครงสร้างแต่ละหน่วยก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น และตามนั้น ความหนืดจลนศาสตร์ของสารก็จะยิ่งมากขึ้น

ความหนืดจลนศาสตร์ของอากาศ
ความหนืดจลนศาสตร์ของอากาศ

ถ้าโมเลกุลใดถูกกระทำโดยแรงภายนอกคงที่จากชั้นข้างเคียง ในทิศทางนี้อนุภาคจะทำให้การกระจัดต่อหน่วยเวลามากกว่าในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นการพเนจรที่วุ่นวายของมันถูกเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนไหวที่เป็นระเบียบด้วยความเร็วที่แน่นอนขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำต่อมัน ความหนืดนี้เป็นเรื่องปกติ ตัวอย่างเช่น ของน้ำมันเครื่อง ในที่นี้ ความจริงที่ว่าแรงภายนอกที่ใช้กับอนุภาคที่กำลังพิจารณาทำงานในลักษณะการผลักชั้นออกจากกันซึ่งโมเลกุลที่ให้มาถูกบีบตัวก็มีความสำคัญเช่นกัน ผลกระทบดังกล่าวจะเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่แบบสุ่มด้วยความร้อนของอนุภาคในที่สุด ซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ของเหลวมีลักษณะเฉพาะด้วยการไหลที่สม่ำเสมอ แม้จะมีอิทธิพลคงที่ของแรงภายนอกแบบหลายทิศทาง เนื่องจากพวกมันมีความสมดุลโดยความต้านทานภายในของชั้นของสสาร ซึ่งเพิ่งกำหนดสัมประสิทธิ์ความหนืดจลนศาสตร์

ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดจลนศาสตร์
ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดจลนศาสตร์

ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของโมเลกุลเริ่มเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การลดลงของความต้านทานของชั้นของสสาร เนื่องจากในสารที่ให้ความร้อนใดๆ สภาวะที่เอื้ออำนวยมากขึ้นจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการเคลื่อนที่ของอนุภาคไปในทิศทางที่เป็นอิสระ ของแรงที่ใช้ สิ่งนี้สามารถเปรียบเทียบได้กับการที่บุคคลจะเบียดเสียดผ่านฝูงชนที่สุ่มเลือกได้ง่ายกว่าการเดินผ่านฝูงชนที่อยู่นิ่ง สารละลายโพลีเมอร์มีตัวบ่งชี้ที่สำคัญของความหนืดจลนศาสตร์ โดยวัดเป็นหน่วย Stokes หรือ Pascal วินาที นี่เป็นเพราะการปรากฏตัวของสายโซ่โมเลกุลที่ยาวและยึดติดอย่างแน่นหนาในโครงสร้างของพวกมัน แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดจะลดลงอย่างรวดเร็ว เมื่อผลิตภัณฑ์พลาสติกถูกกด โมเลกุลที่เป็นเส้นใยและพันกันอย่างประณีตจะถูกบังคับให้อยู่ในตำแหน่งใหม่

ความหนืดของก๊าซที่อุณหภูมิ 20°C และความดันบรรยากาศที่ 101.3 Pa อยู่ที่ 10-5Pas ตัวอย่างเช่น ความหนืดจลนศาสตร์ของอากาศ ฮีเลียม ออกซิเจน และไฮโดรเจนภายใต้สภาวะดังกล่าวจะเท่ากับ 1.8210-5 ตามลำดับ; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0.8810-5 Pas. และฮีเลียมเหลวโดยทั่วไปมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของ superfluidity ปรากฏการณ์นี้ค้นพบโดยนักวิชาการ ป.ล. Kapitsa อยู่ในความจริงที่ว่าโลหะนี้ในสถานะการรวมตัวนั้นแทบไม่มีความหนืดเลย สำหรับเขา ตัวเลขนี้แทบจะเป็นศูนย์