Viscosité dynamique d'un liquide. Quelle est sa signification physique et mécanique?

Le fluide est défini comme un corps physique,Il est capable de changer de forme avec une influence arbitrairement faible sur lui. Habituellement, deux types principaux de liquides sont distingués: goutte à goutte et gazeux. Les liquides d'égouttement sont des liquides au sens habituel: eau, kérosène, huile, huile et ainsi de suite. Les liquides gazeux sont des gaz qui, dans des conditions normales, sont par exemple des substances gazeuses, telles que l'air, l'azote, le propane, l'oxygène.

Ces substances diffèrent en moléculesstructure et type d'interaction des molécules entre elles. Cependant, du point de vue de la mécanique, ils sont des milieux continus. Et à cause de cela, pour eux certaines caractéristiques mécaniques communes sont définies: densité et densité; et aussi les propriétés physiques de base: compressibilité, dilatation thermique, résistance à la traction, forces de tension de surface et viscosité.

Par viscosité, nous entendons la propriété d'une substance liquideRésister au glissement ou au cisaillement de ses couches les unes par rapport aux autres. L'essence de ce concept consiste en l'apparition d'une force de frottement entre les différentes couches à l'intérieur du fluide dans leur mouvement relatif. Distinguer entre les concepts de "viscosité dynamique d'un liquide" et sa "viscosité cinétique". Ensuite, considérons plus en détail quelle est la différence entre ces concepts.

Concepts de base et dimension

La force de frottement interne F qui se produit entrele déplacement relatif l'un par rapport à l'autre des couches adjacentes du fluide généralisé, est directement proportionnel à la vitesse des couches et à leur surface de contact S. Cette force agit dans une direction perpendiculaire au mouvement et est analytiquement exprimée par l'équation de Newton

F = μS (ΔV) / (Δn),

où (ΔV) / (Δn) = GV est le gradient de vitesse dans la direction de la normale aux couches mobiles.

Le coefficient de proportionnalité μ est la viscosité dynamique ou simplement la viscosité du fluide généralisé. De l'équation de Newton, il est égal à

μ = F / (S ∙ GV).

Dans un système de mesure physique, une unité de viscositéest défini comme la viscosité du milieu dans laquelle, pour un gradient de vitesse unitaire GV = 1 cm / sec, une force de frottement de 1 dyne agit sur chaque centimètre carré de la couche. En conséquence, la dimension unitaire dans un système donné est exprimée en dyn ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Cette unité de viscosité dynamique est appelée poise (P).

1 P = 0,1 Pa ∙ s = 0,0102 kgf ∙ s ∙ m ^ (- 2).

Des unités plus petites sont également utilisées, à savoir: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (millipose) = 1000000 mc (microimpase). Dans le système technique, pour l'unité de viscosité, prendre la valeur kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

Dans le système international, l'unité de viscositéest définie comme la viscosité du milieu dans laquelle une force de frottement de 1 N (newton) agit sur chaque mètre carré de la couche de liquide à un seul gradient de vitesse GV = 1 m / s par 1 m. La dimension de la valeur de μ dans le système SI est exprimée en kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

En plus de ces caractéristiques dynamiquesviscosité, pour les liquides, le concept de viscosité cinématique est introduit comme le rapport du coefficient μ à la densité du liquide. La valeur du coefficient de viscosité cinématique est mesurée à Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Le coefficient de viscosité est numériquement égal au nombredu mouvement transporté dans un gaz en mouvement par unité de temps dans une direction perpendiculaire au mouvement, par unité de surface, lorsque la vitesse de déplacement diffère par unité de vitesse dans les couches de gaz espacées par unité de longueur. Le coefficient de viscosité dépend du type et de l'état de la substance (température et pression).

Viscosité dynamique et viscosité cinématiquefluides dépendent fortement de la température. On a remarqué que les deux la diminution du coefficient de température croissante pour tomber liquide et, au contraire, augmente à mesure que la température augmente - pour les gaz. Contrairement à cette dépendance peut être expliquée par la nature physique de l'interaction des molécules dans les liquides de gouttelettes et de gaz.

Sens physique

Du point de vue de la théorie moléculaire-cinétique,le phénomène de viscosité pour les gaz réside dans le fait que dans le milieu en mouvement, du fait du mouvement chaotique des molécules, les vitesses des différentes couches sont égalisées. Ainsi, si la première couche se déplace dans une certaine direction plus rapidement que la seconde couche adjacente à celle-ci, alors de la première couche vers la seconde passent des molécules plus rapides, et vice versa.

Par conséquent, la première couche a tendance à accélérer le mouvementdeuxième couche, et la seconde - ralentir le mouvement de la première. Ainsi, la quantité totale de mouvement de la première couche diminuera, et la seconde augmentera. Le changement résultant de la quantité de mouvement est caractérisé par un coefficient de viscosité pour les gaz.

En larguant des liquides, contrairement aux gaz,Le frottement interne est largement déterminé par l'action des forces intermoléculaires. Et, puisque les distances entre les molécules du liquide de goutte sont faibles comparées aux milieux gazeux, les forces d'interaction des molécules sont significatives en même temps. Les molécules d'un liquide, ainsi que les molécules de solides, fluctuent près des positions d'équilibre. Cependant, dans les liquides, ces positions ne sont pas stationnaires. Après un certain temps, la molécule liquide change brusquement de nouvelle position. Dans ce cas, le temps pendant lequel la position d'une molécule dans un liquide ne change pas est appelé le temps de sa "vie fixe".

Les forces de l'interaction intermoléculaire significativementdépend du type de liquide. Si la viscosité de la substance est faible, elle est appelée "écoulement", car le coefficient de rendement et la viscosité dynamique du liquide sont inversement proportionnels. Inversement, les substances ayant un coefficient de viscosité élevé peuvent avoir une dureté mécanique, telle qu'une résine. La viscosité de la substance dépend essentiellement de la composition des impuretés et de leur quantité, ainsi que de la température. Avec l'augmentation de la température, la valeur du temps de "durée de vie fixe" diminue, ce qui entraîne une augmentation de la mobilité du fluide et une diminution de la viscosité de la substance.

Le phénomène de la viscosité, comme d'autres phénomènesLe transport moléculaire (diffusion et conductivité thermique) est un processus irréversible conduisant à l'obtention d'un état d'équilibre correspondant au maximum d'entropie et d'énergie libre minimale.

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