Virsmas spraigums pret viskozitāti
Viskozitāte un virsmas spraigums ir divas ļoti svarīgas parādības attiecībā uz šķidrumu mehāniku un statiku. Šo parādību sekas ietekmē tādas jomas kā hidrodinamika, aerodinamika un pat aviācija. Lai izceltos šajās jomās, ir ļoti svarīgi iegūt pamatīgas zināšanas par šīm parādībām. Šajā rakstā tiks salīdzināta viskozitāte un virsmas spraigums un parādītas atšķirības starp abiem.
Kas ir virsmas spraigums?
Apsveriet viendabīgu šķidrumu. Katrai molekulai šķidruma centrālajās daļās būs tieši tāds pats spēks, kas velk to uz visām pusēm. Apkārtējās molekulas vienmērīgi velk centrālo molekulu visos virzienos. Tagad apsveriet virsmas molekulu. Tam ir tikai spēki, kas uz to iedarbojas uz šķidrumu. Gaisa-šķidruma saķeres spēki nav pat ne tuvu tik spēcīgi kā šķidruma-šķidruma saķeres spēki. Tāpēc virsmas molekulas tiek piesaistītas šķidruma centram, veidojot molekulu slāni. Šis molekulu virsmas slānis darbojas kā plāna plēve uz šķidruma. Ja mēs ņemam īstu ūdens soļotāja piemēru, tas izmanto šo plāno plēvi, lai novietotu sevi uz ūdens virsmas. Tas slīd uz šī slāņa. Ja tas nav šim slānim, tas nekavējoties tiktu noslīcināts. Virsmas spraigums ir definēts kā spēks, kas ir paralēls virsmai, kas ir perpendikulārs vienības garuma līnijai, kas novilkta uz virsmas. Virsmas spraiguma mērvienības ir Nm-1 Virsmas spraigums tiek definēts arī kā enerģija uz laukuma vienību. Tas arī piešķir virsmas spraigumam jaunu vienību Jm-2 Virsmas spraigums, kas rodas starp diviem nesajaucamiem šķidrumiem, ir pazīstams kā saskarnes spriegums.
Kas ir viskozitāte?
Viskozitāte ir definēta kā šķidruma pretestības mērs, ko deformē bīdes vai stiepes spriegums. Biežāk 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 šķidrumu mehānikas pionieris. Viņš postulēja, 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 Paskāla sekundes (vai Nm-2s). CGS sistēma viskozitātes mērīšanai izmanto Žana Luisa Marijas Puaza vārdā nosaukto vienību “poise”. 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 ir ļoti sarežģīti šķidrumiem, kas nav Ņūtona laika apstākļi.
Kāda ir atšķirība starp virsmas spraigumu un viskozitāti?
• Virsmas spraigumu var uzskatīt par incidentu, kas rodas šķidrumos nelīdzsvarotu starpmolekulāro spēku dēļ, savukārt viskozitāte rodas kustīgu molekulu spēku dēļ.
• Virsmas spraigums ir gan kustīgajiem, gan nekustīgajiem šķidrumiem, bet viskozitāte parādās tikai kustīgajos šķidrumos.
