Файл: Динамическая вязкость. Закон Ньютона вязкостного трения. Кинетическая теория вязкости по дисциплине.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.02.2024
Просмотров: 17
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
W для диффузии данной частицы следует трактовать как энергию, необходимую для возникновения в содержащей ее жидкости микрополости некоторых минимальных размеров, куда частица могла бы «влезть».
Изложенная точка зрения, позволяет понять открытую Бачинским связь между коэффициентом вязкости одной и той же жидкости и ее плотностью или удельным объемом.
Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом Vм и коэффициентом вязкости существует соотношение
(19)
где B и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.
Разность Vм - b представляет собой «свободный объем» жидкости и вязкость оказывается обратно пропорциональной этому свободному объему
Теория переноса дает альтернативную интерпретацию вязкости в терминах переноса импульса: вязкость - это свойство материала, которое характеризует перенос импульса внутри жидкости, так же, как теплопроводность характеризует перенос тепла, а (массовая) диффузия характеризует перенос массы. Эта перспектива подразумевается в законе вязкости Ньютона, формула (4), потому что напряжение сдвига τ имеет единицы, эквивалентные потоку импульса, то есть импульсу в единицу времени на единицу площади. Таким образом, τ можно интерпретировать как указание потока импульса в y направлении от одного слоя жидкости к следующему. Согласно закону вязкости Ньютона, этот поток импульса происходит через градиент скорости, а величина соответствующего потока импульса определяется вязкостью.
Аналогия с тепломассообменом может быть сделана явной. Так же, как тепло перетекает от высокой температуры к низкой температуре, а масса перетекает от высокой плотности к низкой плотности, импульс перетекает от высокой скорости к низкой скорости. Все эти поведения описываются компактными выражениями, называемыми конститутивными отношениями, одномерные формы которых приведены здесь:
(закон диффузии Фика)
(закон теплопроводности Фурье)
(закон внутреннего трения Ньютона)
где ρ- плотность, J и q - массовый и тепловой потоки, и D и kt- массовая диффузия и теплопроводность. Тот факт, что перенос массы, импульса и энергии (тепла) являются одними из наиболее важных процессов в механике сплошной среды, не является совпадением: это одни из немногих физических величин, которые сохраняются на микроскопическом уровне при столкновениях между частицами. Таким образом, вместо того, чтобы диктоваться быстрыми и сложными временными рамками микроскопического взаимодействия, их динамика происходит в макроскопических временных масштабах, как описано различными уравнениями теории переноса и гидродинамики.
Определяющие уравнения для вязкости не являются фундаментальными законами природы, поэтому их полезность, а также методы измерения или расчета вязкости должны устанавливаться с использованием отдельных средств. Потенциальная проблема заключается в том, что вязкость в принципе зависит от полного микроскопического состояния жидкости, которое охватывает положения и импульсы каждой частицы в системе. Такая подробная информация, как правило, недоступна в реальных системах. Однако при определенных условиях большая часть этой информации может оказаться незначительной. В частности, для ньютоновских жидкостей вблизи равновесия и вдали от границ (объемное состояние) вязкость зависит только от макроскопических полей, зависящих от пространства и времени (таких как температура и плотность), определяющих локальное равновесие.
Тем не менее, вязкость все еще может иметь значительную зависимость от нескольких свойств системы, таких как температура, давление, а также амплитуда и частота любого внешнего воздействия. Следовательно, точные измерения вязкости определяются только в отношении конкретного состояния жидкости. Для стандартизации сравнений между экспериментами и теоретическими моделями данные о вязкости иногда экстраполируются на идеальные предельные случаи, такие как предел нулевого сдвига или (для газов) предел нулевой плотности.
1. Барковский В.Ф. Практикум по физико-химическим методам анализа: учебное пособие для техникумов / В. Ф. Барковский, С. М. Горелик, Т. Б. Городенцева. — М.: Высшая школа, 1963. – 126 с.
2. Барр Г. Вискозиметрия, пер. с англ. Л.-М., 1933. – 423 с.
3. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961. – 221 с.
4. Немилов С.В. Вязкое течение стекол в связи с их структурой. Применение теории скоростей процессов // Физ. и хим. стекла. 1992. Т.18.
№ 1. – 557 с.
5. Панченко Г.М. Теория вязкости жидкостей. – М.: Гостоптехиздат, 1947. – 224 с.
6. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. – М.; Л. Изд-во АН СССР, 1945. – 592 с.
7. Фиалков Ю.Я. Физико-химический анализ жидких систем и растворов. – Киев.: Наукова думка, 1992. – 245 с.
Изложенная точка зрения, позволяет понять открытую Бачинским связь между коэффициентом вязкости одной и той же жидкости и ее плотностью или удельным объемом.
Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом Vм и коэффициентом вязкости существует соотношение
(19)где B и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.
Разность Vм - b представляет собой «свободный объем» жидкости и вязкость оказывается обратно пропорциональной этому свободному объему
Перенос импульса
Теория переноса дает альтернативную интерпретацию вязкости в терминах переноса импульса: вязкость - это свойство материала, которое характеризует перенос импульса внутри жидкости, так же, как теплопроводность характеризует перенос тепла, а (массовая) диффузия характеризует перенос массы. Эта перспектива подразумевается в законе вязкости Ньютона, формула (4), потому что напряжение сдвига τ имеет единицы, эквивалентные потоку импульса, то есть импульсу в единицу времени на единицу площади. Таким образом, τ можно интерпретировать как указание потока импульса в y направлении от одного слоя жидкости к следующему. Согласно закону вязкости Ньютона, этот поток импульса происходит через градиент скорости, а величина соответствующего потока импульса определяется вязкостью.
Аналогия с тепломассообменом может быть сделана явной. Так же, как тепло перетекает от высокой температуры к низкой температуре, а масса перетекает от высокой плотности к низкой плотности, импульс перетекает от высокой скорости к низкой скорости. Все эти поведения описываются компактными выражениями, называемыми конститутивными отношениями, одномерные формы которых приведены здесь:
(закон диффузии Фика) (закон теплопроводности Фурье)
(закон внутреннего трения Ньютона)
где ρ- плотность, J и q - массовый и тепловой потоки, и D и kt- массовая диффузия и теплопроводность. Тот факт, что перенос массы, импульса и энергии (тепла) являются одними из наиболее важных процессов в механике сплошной среды, не является совпадением: это одни из немногих физических величин, которые сохраняются на микроскопическом уровне при столкновениях между частицами. Таким образом, вместо того, чтобы диктоваться быстрыми и сложными временными рамками микроскопического взаимодействия, их динамика происходит в макроскопических временных масштабах, как описано различными уравнениями теории переноса и гидродинамики.
Заключение
Определяющие уравнения для вязкости не являются фундаментальными законами природы, поэтому их полезность, а также методы измерения или расчета вязкости должны устанавливаться с использованием отдельных средств. Потенциальная проблема заключается в том, что вязкость в принципе зависит от полного микроскопического состояния жидкости, которое охватывает положения и импульсы каждой частицы в системе. Такая подробная информация, как правило, недоступна в реальных системах. Однако при определенных условиях большая часть этой информации может оказаться незначительной. В частности, для ньютоновских жидкостей вблизи равновесия и вдали от границ (объемное состояние) вязкость зависит только от макроскопических полей, зависящих от пространства и времени (таких как температура и плотность), определяющих локальное равновесие.
Тем не менее, вязкость все еще может иметь значительную зависимость от нескольких свойств системы, таких как температура, давление, а также амплитуда и частота любого внешнего воздействия. Следовательно, точные измерения вязкости определяются только в отношении конкретного состояния жидкости. Для стандартизации сравнений между экспериментами и теоретическими моделями данные о вязкости иногда экстраполируются на идеальные предельные случаи, такие как предел нулевого сдвига или (для газов) предел нулевой плотности.
Список литературных источников
1. Барковский В.Ф. Практикум по физико-химическим методам анализа: учебное пособие для техникумов / В. Ф. Барковский, С. М. Горелик, Т. Б. Городенцева. — М.: Высшая школа, 1963. – 126 с.
2. Барр Г. Вискозиметрия, пер. с англ. Л.-М., 1933. – 423 с.
3. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961. – 221 с.
4. Немилов С.В. Вязкое течение стекол в связи с их структурой. Применение теории скоростей процессов // Физ. и хим. стекла. 1992. Т.18.
№ 1. – 557 с.
5. Панченко Г.М. Теория вязкости жидкостей. – М.: Гостоптехиздат, 1947. – 224 с.
6. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. – М.; Л. Изд-во АН СССР, 1945. – 592 с.
7. Фиалков Ю.Я. Физико-химический анализ жидких систем и растворов. – Киев.: Наукова думка, 1992. – 245 с.
