Obiectiv: Determinarea coeficientului de vâscozitate prin metoda Stokes.
Poziții teoretice de bază
Fenomenul de frecare internă (vâscozitate) este observat în corpuri în toate stările agregate, dar este foarte important pentru lichide și gaze.
Când fluidul sau gazul se mișcă, apar forțe interne de frecare. Aceste forțe se datorează faptului că mișcarea unui fluid sau a unui gaz este stratificată, iar vitezele straturilor în mișcare sunt diferite.
Imaginați-vă două plăci separate printr-un strat plan paralel de lichid. Luați în considerare ceea ce se întâmplă dacă deplasați mai întâi placa superioară relativ inferioară în direcția indicată de săgeată. Desfaceți lichidul în straturile cele mai subțiri. Moleculele lichidului cel mai apropiat de placa superioară aderă la acesta și, în virtutea acestui fapt, încep să se miște împreună cu placa la aceeași rată. Aceste molecule, la rândul său antrenează următorul strat de molecule, etc. Stratul de molecule imediat adiacente la partea inferioară a plăcii fixe rămâne în repaus, iar straturile rămase se miște, alunecă unul peste altul, la viteze mai mari, cu atât mai mare distanța lor față de stratul inferior.
Forțele de frecare interioară sunt direcționate pentru a egaliza viteza de mișcare a tuturor straturilor. Egalarea vitezei straturilor se realizează prin transferul unui strat mai rapid de impuls către moleculele m # 965; molecule ale stratului se deplasează mai încet. Acest lucru conduce la creșterea vitezei de strat se deplasează mai repede începe să se miște încet, deoarece moleculele stratului de a intra lent stratul mai rapid a fost preparat în stratul rapid de o anumită cantitate de mișcare, ceea ce conduce la inhibarea acesteia.
Astfel, frecarea internă se datorează transferului cantității de mișcare a substanțelor m # 965; moleculele de materie care trec de la strat la strat și creează forțe de frecare între straturile de gaz sau lichid care se mișcă paralel unul cu celălalt la viteze diferite.
Experiența a arătat că forța de frecare internă F este proporțională cu aria de contact dintre straturile în mișcare S. Gradientul vitezei straturilor, coeficientul de proporționalitate # 951; care se numește coeficientul de vâscozitate (legea lui Newton):
Un gradient de viteză este schimbarea vitezei d # 965; pe unitatea de lungime dx într-o direcție perpendiculară pe mișcarea straturilor (figura 10.1). Coeficient de viscozitate
Fig. 10.1. Schema de frecare internă
Coeficientul de vâscozitate sau coeficientul de frecare internă, există o cantitate fizică care este numeric egală cu forța de frecare internă între cele două straturi, cu o suprafață egală cu unitatea pentru gradient de viteză egală cu unitatea. În SI [# 951;] kg / (m # 8729; s).
Semnul minus din formula lui Newton arată că forța F este îndreptată opus schimbării vitezei.
În unele cazuri, în loc de viscozitatea dinamică definită mai sus, este mai convenabil să se utilizeze vâscozitatea cinematică - raportul dintre vâscozitatea dinamică # 951; la densitate # 961; lichid sau gaz :. Uneori vâscozitatea soluțiilor este caracterizată de vâscozitatea relativă, raportul dintre vâscozitatea soluției și vâscozitatea solventului. Instrumentele utilizate pentru măsurarea vâscozității se numesc vâscozimetri. Viscozitatea lichidelor depinde de temperatură: scade brusc cu creșterea temperaturii; în special vâscozitatea uleiurilor este în mare măsură dependentă de temperatură. Astfel, de exemplu, viscozitatea uleiului de ricin scade aproape de patru ori atunci când temperatura variază de la 18 la 40 ° C.
Acum stabilim expresia coeficientului de vâscozitate prin caracteristicile moleculare. Pentru aceasta derivăm ecuația generală de transfer. Luați în considerare moleculele care trec prin secțiunea transversală S la punctul x, trecând din stânga și din dreapta, lungimea medie a traseului liber al moleculelor (Figura 10.2). În secțiune transversală, și moleculele testate din urmă se confruntă cu trecerea prin secțiunea S. Prin urmare, n moleculele con-și ratele lor centrarea de difuziune în cele două volume ale stânga și Insulele spra de x neschimbat și la fel ca în secțiunile și. Pentru intervalul dt, numărul de molecule trece prin secțiunea transversală S. dar pe dreapta. Multiplicatorul apare datorită faptului că fiecare moleculă are șase grade de libertate, adică șase direcții posibile, și numai a șasea parte a acestora zboară spre peretele S.
Fluxul de molecule care rezultă în direcția axei x este definit ca diferența :.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: