Kinematinis klampumas. Skysčių ir dujų mechanika

Kinematinis klampumas. Skysčių ir dujų mechanika
Kinematinis klampumas. Skysčių ir dujų mechanika
Anonim

Kinematinis klampumas yra pagrindinė fizinė visų dujų ir skystų terpių savybė. Šis rodiklis yra labai svarbus nustatant judančių kietų kūnų pasipriešinimą ir jų patiriamą apkrovą. Kaip žinote, mūsų pasaulyje bet koks judėjimas vyksta oro ar vandens aplinkoje. Šiuo atveju judančius kūnus visada veikia jėgos, kurių vektorius yra priešingas pačių objektų judėjimo krypčiai. Atitinkamai, kuo didesnis terpės kinematinis klampumas, tuo stipresnę apkrovą patiria kietoji medžiaga. Kokia yra ši skysčių ir dujų savybė?

Kinematinis klampumas
Kinematinis klampumas

Kinematinis klampumas, apibrėžiamas kaip vidinė trintis, atsiranda dėl medžiagų molekulių judėjimo momento, statmeno jos sluoksnių judėjimo krypčiai skirtingu greičiu. Pavyzdžiui, skysčiuose kiekvienas struktūrinis vienetas (molekulė) iš visų pusių yra apsuptas artimiausių kaimynų, esančių maždaug atstumu, lygiu jų skersmeniui. Kiekviena molekulė svyruoja aplink vadinamąją pusiausvyros padėtį, tačiau, imdama pagreitį iš savo kaimynų, staigiai šokteli link naujo svyravimų centro. Per sekundę kiekvienas toks struktūrinis materijos vienetas turi laiko pakeisti savo gyvenamąją vietą maždaug šimtą milijonų kartų, atlikdamas šuolius nuo vieno iki šimtų tūkstančių svyravimų. Žinoma, kuo stipresnė tokia molekulinė sąveika, tuo mažesnis bus kiekvieno struktūrinio vieneto mobilumas ir atitinkamai didesnė medžiagos kinematinė klampa.

Kinematinis oro klampumas
Kinematinis oro klampumas

Jei kurią nors molekulę veikia nuolatinės išorinės jėgos iš gretimų sluoksnių, tai šia kryptimi dalelė per laiko vienetą pasislenka daugiau nei priešinga kryptimi. Todėl jos chaotiškas klajonės paverčiamas tvarkingu judėjimu tam tikru greičiu, priklausomai nuo jį veikiančių jėgų. Toks klampumas būdingas, pavyzdžiui, variklinėms alyvoms. Čia taip pat svarbu tai, kad išorinės jėgos, veikiančios nagrinėjamą dalelę, savotiškai išstumia sluoksnius, per kuriuos išspaudžia tam tikra molekulė. Toks smūgis galiausiai padidina dalelių šiluminio atsitiktinio judėjimo greitį, kuris laikui bėgant nekinta. Kitaip tariant, skysčiams būdingas tolygus srautas, nepaisant nuolatinės daugiakrypčių išorinių jėgų įtakos, nes juos subalansuoja vidinė medžiagos sluoksnių varža, kuri kaip tik ir lemia kinematinės klampos koeficientą.

Kinematinis klampos koeficientas
Kinematinis klampos koeficientas

Kylant temperatūrai, pradeda didėti molekulių mobilumas, dėl to šiek tiek sumažėja medžiagos sluoksnių atsparumas, nes bet kurioje šildomoje medžiagoje susidaro palankesnės sąlygos laisvam dalelių judėjimui kryptimi. taikomos jėgos. Tai galima palyginti su tuo, kaip žmogui daug lengviau prasispausti per atsitiktinai judančią minią nei per nejudančią. Polimeriniai tirpalai turi reikšmingą kinematinės klampos rodiklį, matuojant Stokso arba Paskalio sekundėmis. Taip yra dėl to, kad jų struktūroje yra ilgų, standžiai surištų molekulinių grandinių. Tačiau kylant temperatūrai jų klampumas greitai mažėja. Kai plastikiniai gaminiai spaudžiami, jo siūlinės, sudėtingai susipynusios molekulės yra priverstos į naują padėtį.

Dujų klampumas 20°C temperatūroje ir 101,3 Pa atmosferos slėgyje yra 10-5Pas. Pavyzdžiui, oro, helio, deguonies ir vandenilio kinematinė klampa tokiomis sąlygomis bus lygi 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. O skystas helis paprastai turi nuostabią superskysčio savybę. Šis reiškinys, kurį atrado akademikas P. L. Kapitsa slypi tame, kad šis metalas tokioje agregacijos būsenoje beveik neturi klampumo. Jam šis skaičius yra beveik nulis.

Rekomenduojamas: