Βασικές φυσικές ιδιότητες υγρού και αερίου. Παράμετροι που καθορίζουν τις ιδιότητες των υγρών και των αερίων. Δυνάμεις που δρουν σε ένα ρευστό. Αέριο, υγρό και στερεό Ποιες ιδιότητες είναι κοινές σε όλα τα υγρά

Στη μηχανική ρευστών, συνηθίζεται να συνδυάζονται υγρά, αέρια και ατμοί με ένα όνομα - υγρά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι νόμοι της κίνησης των υγρών και των αερίων (ατμών) είναι οι ίδιοι εάν οι ταχύτητες τους είναι σημαντικά χαμηλότερες από την ταχύτητα του ήχου. Υγράείναι όλες οι ουσίες που παρουσιάζουν ρευστότητα όταν ασκούνται σε αυτές η παραμικρή δύναμη διάτμησης.

Κατά την εξαγωγή των βασικών νόμων στη μηχανική ρευστών, εισάγεται επίσης η έννοια του ιδανικού ρευστού, το οποίο, σε αντίθεση με ένα πραγματικό (ιξώδες) ρευστό, είναι απολύτως ασυμπίεστο υπό την επίδραση της πίεσης, δεν αλλάζει πυκνότητα όταν αλλάζει η θερμοκρασία και δεν έχει ιξώδες.

Μάζα υγρού που περιέχεται σε μονάδα όγκου V, αντιπροσωπεύει πυκνότητασώμα

Το αντίστροφο της πυκνότητας και που αντιπροσωπεύει τον όγκο που καταλαμβάνει μια μονάδα μάζας ονομάζεται συγκεκριμένη ένταση:

.

Το βάρος μιας μονάδας όγκου υγρού ονομάζεται ειδικό βάρος:

Το ειδικό βάρος ενός υγρού και η πυκνότητά του σχετίζονται με τη σχέση

Η πυκνότητα, ο ειδικός όγκος και το ειδικό βάρος είναι από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των υγρών.

Τα πραγματικά υγρά χωρίζονται σε σταγονίδια και ελαστικά. ΣταγόναΤα υγρά είναι ασυμπίεστα και έχουν χαμηλό συντελεστή ογκομετρικής διαστολής. Ενταση ΗΧΟΥ ελαστικότα υγρά αλλάζουν με τις μεταβολές της θερμοκρασίας και της πίεσης (αέρια, ατμοί). Στα περισσότερα τεχνικά προβλήματα, τα αέρια θεωρούνται ιδανικά. Η κατάσταση ενός ιδανικού αερίου περιγράφεται από την εξίσωση Clapeyron-Mendeleev

,

όπου η καθολική σταθερά του αερίου είναι ίση με 8314 J/(kmol K).

Αυτή η εξίσωση μπορεί να γραφτεί για τον υπολογισμό της πυκνότητας του αερίου

Σε μια σειρά προβλημάτων, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η κατάσταση των υγρών. Για ισεντροπικές διεργασίες σε ένα υγρό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση Θήτα

,

πού είναι η πίεση της μοριακής αλληλεπίδρασης; n– συντελεστής ανάλογα με τις ιδιότητες των υγρών. Για νερό » 3,2×108 Pa, n» 7.15.

Ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση, μια ουσία μπορεί να βρίσκεται σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεή, υγρή και αέρια. Στα στερεά, τα μόρια αλληλοσυνδέονται, διατάσσονται με μια συγκεκριμένη σειρά και εκτελούν μόνο θερμική δονητική κίνηση. Η πιθανότητα να φύγει ο χώρος που καταλαμβάνεται από ένα μόριο (άτομο) είναι μικρή. Επομένως, τα στερεά διατηρούν το δεδομένο σχήμα και όγκο τους.

Στα υγρά, η θερμική κίνηση των μορίων είναι σημαντικά μεγαλύτερη. Επομένως, σε ένα υγρό, τα μόρια κινούνται σε όλο τον όγκο, αλλά η κινητική τους ενέργεια παραμένει ανεπαρκής για να φύγει από το υγρό. Από αυτή την άποψη, τα υγρά διατηρούν τον όγκο τους.

Στα αέρια, η θερμική κίνηση είναι ακόμη μεγαλύτερη, τα μόρια είναι τόσο μακριά που η αλληλεπίδραση μεταξύ τους καθίσταται ανεπαρκής για να τα διατηρήσει σε μια ορισμένη απόσταση, δηλ. το αέριο έχει την ικανότητα να διαστέλλεται απεριόριστα.

Η ελεύθερη ανάμειξη των μορίων σε υγρά και αέρια οδηγεί στην αλλαγή του σχήματός τους όταν ασκείται αυθαίρετα μικρή δύναμη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ρευστότητα. Τα υγρά και τα αέρια παίρνουν το σχήμα του δοχείου στο οποίο περιέχονται.

Ως αποτέλεσμα της χαοτικής κίνησης των μορίων σε ένα αέριο, υφίστανται συγκρούσεις. Η διαδικασία σύγκρουσης των μορίων χαρακτηρίζεται από την ενεργή διάμετρο των μορίων, η οποία νοείται ως η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των μορίων όταν πλησιάζουν το ένα το άλλο. Η απόσταση που διανύει ένα μόριο μεταξύ των συγκρούσεων ονομάζεται ελεύθερη διαδρομή του μορίου.

Ως αποτέλεσμα της μεταφοράς της ορμής κατά τη μετάβαση των μορίων που κινούνται σε στρώματα με διαφορετικές ταχύτητες, προκύπτει μια εφαπτομενική δύναμη που δρα μεταξύ αυτών των στρωμάτων. Η ιδιότητα ενός υγρού ή αερίου να αντιστέκεται στις δυνάμεις διάτμησης ονομάζεται ιξώδες.

Ας τοποθετήσουμε την πλάκα 1 σε υγρό μέσο σε μια ορισμένη απόσταση από τον τοίχο (Εικ. 2.1).

Αφήστε την πλάκα να κινηθεί σε σχέση με τον τοίχο 2 με ταχύτητα w.Δεδομένου ότι το υγρό θα παρασυρθεί από την πλάκα, θα δημιουργηθεί μια ροή υγρού στρώμα προς στρώμα στο διάκενο με ταχύτητες που ποικίλλουν από 0 έως w. Ας επιλέξουμε ένα στρώμα πάχους στο υγρό dy. Προφανώς, οι ταχύτητες της κάτω και της άνω επιφάνειας του στρώματος θα διαφέρουν σε πάχος κατά dw. Ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης, τα μόρια μετακινούνται συνεχώς από το κάτω στρώμα στο ανώτερο στρώμα και πίσω. Δεδομένου ότι οι ταχύτητες τους είναι διαφορετικές, η ορμή τους είναι επίσης διαφορετική. Αλλά, μετακινούμενοι από στρώμα σε στρώμα, πρέπει να λάβουν το μέγεθος της κίνησης που είναι χαρακτηριστικό αυτού του στρώματος, δηλ. Θα υπάρχει μια συνεχής αλλαγή στην ορμή, η οποία θα έχει ως αποτέλεσμα μια εφαπτομενική δύναμη μεταξύ των στρωμάτων.

Ας υποδηλώσουμε με dTεφαπτομενική δύναμη που δρα στην επιφάνεια ενός στρώματος με εμβαδόν dF,Επειτα

Η πείρα δείχνει ότι η εφαπτομενική δύναμη Τ, που πρέπει να εφαρμοστεί για τη μετατόπιση, τόσο μεγαλύτερη τόσο μεγαλύτερη είναι η κλίση ταχύτητας, η οποία χαρακτηρίζει τη μεταβολή της ταχύτητας ανά μονάδα απόστασης κατά μήκος της κανονικής μεταξύ των στρωμάτων. Επιπλέον, η δύναμη Τανάλογη με την περιοχή επαφής φάστρώματα, δηλ.

Σε αυτή τη μορφή η εξίσωση εκφράζει Ο νόμος του Νεύτωνα για την εσωτερική τριβή, Όπου η εσωτερική τάση τριβής που προκύπτει μεταξύ των στρωμάτων του υγρού καθώς ρέει είναι ευθέως ανάλογη με την κλίση της ταχύτητας.

Το σύμβολο μείον στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης δείχνει ότι η διατμητική τάση επιβραδύνει το στρώμα που κινείται με σχετικά υψηλή ταχύτητα.

Ο συντελεστής αναλογικότητας στις παραπάνω εξισώσεις λέγεται συντελεστής δυναμικού ιξώδους.

Η διάσταση SI του συντελεστή δυναμικού ιξώδους μπορεί να εκφραστεί ως

Το ιξώδες των υγρών μπορεί επίσης να χαρακτηριστεί από τον κινηματικό συντελεστή ιξώδους

Το ιξώδες των υγρών σταγονιδίων μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ των αερίων αυξάνεται. Σε μέτρια πίεση, το ιξώδες των αερίων δεν εξαρτάται από την πίεση, ωστόσο, ξεκινώντας από μια συγκεκριμένη πίεση, το ιξώδες αυξάνεται καθώς αυξάνεται.

Οι λόγοι για τις διαφορετικές θερμοκρασιακές εξαρτήσεις για τα αέρια και τα υγρά είναι ότι το ιξώδες των αερίων είναι μοριακής κινητικής φύσης, ενώ αυτό των υγρών σταγονιδίων εξαρτάται από τις δυνάμεις προσκόλλησης μεταξύ των μορίων.

Σε μια σειρά από διεργασίες χημικής τεχνολογίας, ένα υγρό σταγονιδίων, όταν κινείται, έρχεται σε επαφή με αέριο (ή ατμό) ή με άλλο υγρό σταγονιδίων που είναι πρακτικά μη αναμίξιμο με το πρώτο.

Η αλληλεπίδραση δύναμης μεταξύ μορίων που βρίσκονται στην επιφάνεια ενός υγρού και μορίων που βρίσκονται μακριά από αυτό δεν είναι η ίδια. Ένα μόριο που βρίσκεται στην επιφάνεια βρίσκεται σε συμμετρική κατάσταση δύναμης το πάνω μέρος του πεδίου δύναμης του αναγκάζεται να αλληλεπιδράσει με τα μόρια που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια. Ως αποτέλεσμα, η δυναμική ενέργεια δέσμευσης στο επιφανειακό στρώμα αυξάνεται και το ίδιο το στρώμα βρίσκεται σε μια πιο καταπονημένη κατάσταση. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται επιφανειακή τάση.

Δυνητική ενέργεια δέσμευσης στο επιφανειακό στρώμα

Οπου s –συντελεστής επιφανειακής τάσης; dF– είναι η επιφάνεια ενός υγρού τάξης dl2.

Υγρά:

Σε αντίθεση με ένα στερεό, ένα υγρό χαρακτηρίζεται από χαμηλή συνοχή μεταξύ των σωματιδίων, με αποτέλεσμα να έχει ρευστότητα και να παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο τοποθετείται.

Τα υγρά χωρίζονται σε δύο τύπους: σταγονίδια και αέρια. Τα υγρά σταγονιδίων έχουν υψηλή αντίσταση συμπίεσης (σχεδόν ασυμπίεστα) και χαμηλή αντίσταση σε εφαπτομενικές και εφελκυστικές δυνάμεις (λόγω ασήμαντης πρόσφυσης των σωματιδίων και χαμηλών δυνάμεων τριβής μεταξύ των σωματιδίων). Τα αέρια υγρά χαρακτηρίζονται από σχεδόν πλήρη απουσία αντίστασης στη συμπίεση. Στα σταγονίδια υγρά περιλαμβάνονται το νερό, η βενζίνη, η κηροζίνη, το λάδι, ο υδράργυρος και άλλα, και τα αέρια υγρά περιλαμβάνουν όλα τα αέρια.

Η υδραυλική μελετά τα υγρά σταγονιδίων. Κατά την επίλυση πρακτικών προβλημάτων στην υδραυλική, χρησιμοποιείται συχνά η έννοια του ιδανικού ρευστού - ενός ασυμπίεστου μέσου που δεν έχει εσωτερική τριβή μεταξύ μεμονωμένων σωματιδίων.

Οι κύριες φυσικές ιδιότητες ενός υγρού περιλαμβάνουν την πυκνότητα, την πίεση, τη συμπιεστότητα, τη θερμική διαστολή και το ιξώδες.

Πυκνότητα είναι ο λόγος της μάζας προς τον όγκο που καταλαμβάνει αυτή η μάζα. Η πυκνότητα μετριέται σε μονάδες SI σε κιλά ανά κυβικό μέτρο (kg/m3). Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.

Χρησιμοποιούνται επίσης ενσωματωμένοι δείκτες: – kilopascal - 1 kPa = 103 Pa; – megapascal - 1 MPa = 106 Pa.

Η συμπιεστότητα ενός υγρού είναι η ικανότητά του να αλλάζει όγκο όταν αλλάζει η πίεση. Αυτή η ιδιότητα χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή ογκομετρικής συμπίεσης ή συμπιεστότητας, ο οποίος εκφράζει τη σχετική μείωση του όγκου ενός υγρού με αυξανόμενη πίεση ανά μονάδα επιφάνειας. Για τους υπολογισμούς στον τομέα της υδραυλικής κατασκευής, το νερό θεωρείται ασυμπίεστο. Από αυτή την άποψη, κατά την επίλυση πρακτικών προβλημάτων, η συμπιεστότητα ενός υγρού συνήθως παραμελείται.

Το αντίστροφο του ογκομετρικού λόγου συμπίεσης ονομάζεται μέτρο ελαστικότητας. Ο συντελεστής ελαστικότητας μετριέται σε πασκάλ.

Η θερμική διαστολή ενός υγρού όταν θερμαίνεται χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή θερμικής διαστολής, ο οποίος δείχνει τη σχετική αύξηση του όγκου του υγρού όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά 1 C.

Σε αντίθεση με άλλα σώματα, ο όγκος του νερού μειώνεται όταν θερμαίνεται από 0 στους 4 °C. Στους 4 °C, το νερό έχει την υψηλότερη πυκνότητα και το υψηλότερο ειδικό βάρος. με περαιτέρω θέρμανση, ο όγκος του αυξάνεται. Ωστόσο, στους υπολογισμούς πολλών κατασκευών, με μικρές αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση του νερού, η αλλαγή αυτού του συντελεστή μπορεί να παραμεληθεί.

Το ιξώδες ενός υγρού είναι η ικανότητά του να αντιστέκεται στη σχετική κίνηση (διάτμηση) των υγρών σωματιδίων. Οι δυνάμεις που προκύπτουν από την ολίσθηση στρωμάτων υγρού ονομάζονται δυνάμεις εσωτερικής τριβής ή ιξώδεις δυνάμεις.

Οι δυνάμεις ιξώδους εκδηλώνονται κατά την κίνηση του πραγματικού ρευστού. Εάν το υγρό είναι σε ηρεμία, τότε το ιξώδες του μπορεί να ληφθεί ίσο με μηδέν. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το ιξώδες του υγρού μειώνεται γρήγορα. παραμένει σχεδόν σταθερή με αλλαγές στην πίεση.

Γκασόφ:

Οι φυσικές ιδιότητες των αερίων, όπως κάθε ουσία, ξεκινούν με ορισμούς που σχετίζονται με τη μάζα και την ενέργειά τους. Έτσι, η πυκνότητα του αερίου, κατά μια ορισμένη έννοια, προσδιορίζεται εξίσου ως εξής: εάν είναι γνωστές οι τελικές τιμές των διαστάσεων μάζας και όγκου, τότε για απειροελάχιστους όγκους μιας ουσίας η οριακή τιμή της πυκνότητας είναι ίση με τον υπολογισμό του εμπορική ταχύτητα ροής αερίου, χρησιμοποιείται η σχετική πυκνότητα του αερίου, δηλ. η αναλογία r - πυκνότητα αερίου προς την πυκνότητα ξηρού αέρα - ra υπό τυπικές συνθήκες. Η σχετική πυκνότητα ενός αερίου στον αέρα είναι ίση με Η πυκνότητα ενός αερίου στους 0°C και η ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να προσδιοριστεί από τη μοριακή του μάζα - Υπολογίζουμε ξανά την πυκνότητα για διαφορετικές φυσικές παραμέτρους του αερίου χρησιμοποιώντας τον τύπο. Η πυκνότητα του μείγματος αερίων καθορίζεται από τον κανόνα της ανάμειξης (προσθετικότητα) ai - ογκομετρικές συγκεντρώσεις αερίων συστατικών στο μείγμα (0 ai 1), - πυκνότητες των συστατικών του μείγματος. Ο ειδικός όγκος ενός αερίου υπολογίζεται ως εξής Η μέση μοριακή μάζα του μείγματος είναι ίση στους θερμικούς υπολογισμούς, ανάλογα με τη διεργασία που λαμβάνει χώρα, η έννοια της θερμοχωρητικότητας μιας ουσίας - σε σταθερή πίεση cp. σταθερός όγκος cv, για τον οποίο ισχύει ο τύπος του Mayer Ο λόγος των θερμοχωρητικοτήτων ονομάζεται αδιαβατικός εκθέτης. Στην πραγματικότητα, η συμπιεστότητα ενός αερίου είναι ο καθοριστικός παράγοντας που διακρίνει την απόκλιση ενός αερίου από ένα ιδανικό. Το χαρακτηριστικό συμπιεστότητας καθορίζεται από τον συντελεστή συμπιεστότητας, ή συντελεστή Ζ, στην ξένη ορολογία, σε ένα μοντέλο πραγματικού αερίου. Ο συντελεστής συμπιεστότητας εξαρτάται από τη δεδομένη θερμοκρασία και πίεση (Tm, pm), οι οποίες προσδιορίζονται ως εξής: T, Tcr - ρεύμα και κρίσιμη θερμοκρασία αερίου, p, pcr - ρεύμα και κρίσιμη πίεση αερίου, για παράδειγμα σε έναν αγωγό Υπολογισμός του συντελεστής συμπιεστότητας (σύμφωνα με τη μέθοδο ONTP 51- 1-85): Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο Gubkin: Ας εξετάσουμε τις φυσικές ιδιότητες των πραγματικών αερίων που σχετίζονται με το ιξώδες του. Όπως είναι γνωστό, το ιξώδες ενός συνεχούς μέσου καθορίζει την εσωτερική του τριβή μεταξύ στρωμάτων υγρού ή αερίου κατά τη σχετική κίνησή τους. Προσδιορίζεται από πειραματικές σχέσεις μεταξύ τάσης και κλίσης ταχύτητας. Για τον υπολογισμό των τάσεων διάτμησης, χρησιμοποιείται η έννοια του συντελεστή δυναμικού ιξώδους, ο οποίος χρησιμοποιείται κατά τον υπολογισμό των τάσεων διάτμησης σύμφωνα με τον τύπο: v, n - σχετική ταχύτητα ροής και η κανονική της προς τις γραμμές ροής. - συντελεστής δυναμικού ιξώδους αερίου (Pa s). - εσωτερική τάση τριβής (Pa). Η ακόλουθη ονομασία έχει εισαχθεί για το κινηματικό ιξώδες: Σχεδόν όλα τα φυσικά αέρια περιέχουν υδρατμούς. Η παρουσία υδρατμών στο αέριο συμβάλλει στον σχηματισμό υδρατμών στην επιφάνεια του σωλήνα. Γίνεται διάκριση μεταξύ w - απόλυτης μάζας και - ογκομετρικής υγρασίας Αυτοί οι τύποι δεν λαμβάνουν υπόψη την απόκλιση των νόμων του πραγματικού αερίου από τους νόμους του ιδανικού αερίου. Ως εκ τούτου, εισάγεται η έννοια της σχετικής υγρασίας αερίου. Η σχετική υγρασία ενός αερίου είναι ο λόγος της πραγματικής ποσότητας υδρατμών προς τη μέγιστη δυνατή (στην ίδια πίεση και θερμοκρασία) ανά μονάδα όγκου: mw,T - η μέγιστη δυνατή ποσότητα υδρατμών που μπορεί να υπάρχει σε μια δεδομένη θερμοκρασία Τ; mw - πυκνότητα ατμών. w,T - πυκνότητα κορεσμένου ατμού. pw είναι η μερική πίεση των υδρατμών στο μείγμα αερίων. pw,T είναι η πίεση των κορεσμένων υδρατμών στο μείγμα αερίων. Η θερμοκρασία στην οποία ένα αέριο γίνεται κορεσμένο σε μια ορισμένη πίεση ονομάζεται σημείο δρόσου. Όταν κάνετε τεχνολογικούς υπολογισμούς για έναν αγωγό αερίου, το αέριο πρέπει να στεγνώσει έτσι ώστε η θερμοκρασία μεταφοράς του να είναι αρκετούς βαθμούς χαμηλότερη από το σημείο δρόσου του.

Υγρά:

Σε αντίθεση με ένα στερεό, ένα υγρό χαρακτηρίζεται από χαμηλή συνοχή μεταξύ των σωματιδίων, με αποτέλεσμα να έχει ρευστότητα και να παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο τοποθετείται.

Τα υγρά χωρίζονται σε δύο τύπους: σταγονίδια και αέρια. Τα υγρά σταγονιδίων έχουν υψηλή αντίσταση συμπίεσης (σχεδόν ασυμπίεστα) και χαμηλή αντίσταση σε εφαπτομενικές και εφελκυστικές δυνάμεις (λόγω ασήμαντης πρόσφυσης των σωματιδίων και χαμηλών δυνάμεων τριβής μεταξύ των σωματιδίων). Τα αέρια υγρά χαρακτηρίζονται από σχεδόν πλήρη απουσία αντίστασης στη συμπίεση. Στα σταγονίδια υγρά περιλαμβάνονται το νερό, η βενζίνη, η κηροζίνη, το λάδι, ο υδράργυρος και άλλα, και τα αέρια υγρά περιλαμβάνουν όλα τα αέρια.

Η υδραυλική μελετά τα υγρά σταγονιδίων. Κατά την επίλυση πρακτικών προβλημάτων στην υδραυλική, χρησιμοποιείται συχνά η έννοια του ιδανικού ρευστού - ενός ασυμπίεστου μέσου που δεν έχει εσωτερική τριβή μεταξύ μεμονωμένων σωματιδίων.

Οι κύριες φυσικές ιδιότητες ενός υγρού περιλαμβάνουν την πυκνότητα, την πίεση, τη συμπιεστότητα, τη θερμική διαστολή και το ιξώδες.

Πυκνότητα είναι ο λόγος της μάζας προς τον όγκο που καταλαμβάνει αυτή η μάζα. Η πυκνότητα μετριέται σε μονάδες SI σε κιλά ανά κυβικό μέτρο (kg/m3). Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.

Χρησιμοποιούνται επίσης ενσωματωμένοι δείκτες: – kilopascal - 1 kPa = 103 Pa; – megapascal - 1 MPa = 106 Pa.

Η συμπιεστότητα ενός υγρού είναι η ικανότητά του να αλλάζει όγκο όταν αλλάζει η πίεση. Αυτή η ιδιότητα χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή ογκομετρικής συμπίεσης ή συμπιεστότητας, ο οποίος εκφράζει τη σχετική μείωση του όγκου ενός υγρού με αυξανόμενη πίεση ανά μονάδα επιφάνειας. Για τους υπολογισμούς στον τομέα της υδραυλικής κατασκευής, το νερό θεωρείται ασυμπίεστο. Από αυτή την άποψη, κατά την επίλυση πρακτικών προβλημάτων, η συμπιεστότητα ενός υγρού συνήθως παραμελείται.

Το αντίστροφο του ογκομετρικού λόγου συμπίεσης ονομάζεται μέτρο ελαστικότητας. Ο συντελεστής ελαστικότητας μετριέται σε πασκάλ.

Η θερμική διαστολή ενός υγρού όταν θερμαίνεται χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή θερμικής διαστολής, ο οποίος δείχνει τη σχετική αύξηση του όγκου του υγρού όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά 1 C.

Σε αντίθεση με άλλα σώματα, ο όγκος του νερού μειώνεται όταν θερμαίνεται από 0 στους 4 °C. Στους 4 °C, το νερό έχει την υψηλότερη πυκνότητα και το υψηλότερο ειδικό βάρος. με περαιτέρω θέρμανση, ο όγκος του αυξάνεται. Ωστόσο, στους υπολογισμούς πολλών κατασκευών, με μικρές αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση του νερού, η αλλαγή αυτού του συντελεστή μπορεί να παραμεληθεί.

Το ιξώδες ενός υγρού είναι η ικανότητά του να αντιστέκεται στη σχετική κίνηση (διάτμηση) των υγρών σωματιδίων. Οι δυνάμεις που προκύπτουν από την ολίσθηση στρωμάτων υγρού ονομάζονται δυνάμεις εσωτερικής τριβής ή ιξώδεις δυνάμεις.

Οι δυνάμεις ιξώδους εκδηλώνονται κατά την κίνηση του πραγματικού ρευστού. Εάν το υγρό είναι σε ηρεμία, τότε το ιξώδες του μπορεί να ληφθεί ίσο με μηδέν. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το ιξώδες του υγρού μειώνεται γρήγορα. παραμένει σχεδόν σταθερή με αλλαγές στην πίεση.

Γκασόφ:

Οι φυσικές ιδιότητες των αερίων, όπως κάθε ουσία, ξεκινούν με ορισμούς που σχετίζονται με τη μάζα και την ενέργειά τους. Έτσι, η πυκνότητα του αερίου, κατά μια ορισμένη έννοια, προσδιορίζεται εξίσου ως εξής: εάν είναι γνωστές οι τελικές τιμές των διαστάσεων μάζας και όγκου, τότε για απειροελάχιστους όγκους μιας ουσίας η οριακή τιμή της πυκνότητας είναι ίση με τον υπολογισμό του εμπορική ταχύτητα ροής αερίου, χρησιμοποιείται η σχετική πυκνότητα του αερίου, δηλ. η αναλογία r - πυκνότητα αερίου προς την πυκνότητα ξηρού αέρα - ra υπό τυπικές συνθήκες. Η σχετική πυκνότητα ενός αερίου στον αέρα είναι ίση με Η πυκνότητα ενός αερίου στους 0°C και η ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να προσδιοριστεί από τη μοριακή του μάζα - Υπολογίζουμε ξανά την πυκνότητα για διαφορετικές φυσικές παραμέτρους του αερίου χρησιμοποιώντας τον τύπο. Η πυκνότητα του μείγματος αερίων καθορίζεται από τον κανόνα της ανάμειξης (προσθετικότητα) ai - ογκομετρικές συγκεντρώσεις αερίων συστατικών στο μείγμα (0 ai 1), - πυκνότητες των συστατικών του μείγματος. Ο ειδικός όγκος ενός αερίου υπολογίζεται ως εξής Η μέση μοριακή μάζα του μείγματος είναι ίση στους θερμικούς υπολογισμούς, ανάλογα με τη διεργασία που λαμβάνει χώρα, η έννοια της θερμοχωρητικότητας μιας ουσίας - σε σταθερή πίεση cp. σταθερός όγκος cv, για τον οποίο ισχύει ο τύπος του Mayer Ο λόγος των θερμοχωρητικοτήτων ονομάζεται αδιαβατικός εκθέτης. Στην πραγματικότητα, η συμπιεστότητα ενός αερίου είναι ο καθοριστικός παράγοντας που διακρίνει την απόκλιση ενός αερίου από ένα ιδανικό. Το χαρακτηριστικό συμπιεστότητας καθορίζεται από τον συντελεστή συμπιεστότητας, ή συντελεστή Ζ, στην ξένη ορολογία, σε ένα μοντέλο πραγματικού αερίου. Ο συντελεστής συμπιεστότητας εξαρτάται από τη δεδομένη θερμοκρασία και πίεση (Tm, pm), οι οποίες προσδιορίζονται ως εξής: T, Tcr - ρεύμα και κρίσιμη θερμοκρασία αερίου, p, pcr - ρεύμα και κρίσιμη πίεση αερίου, για παράδειγμα σε έναν αγωγό Υπολογισμός του συντελεστής συμπιεστότητας (σύμφωνα με τη μέθοδο ONTP 51- 1-85): Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο Gubkin: Ας εξετάσουμε τις φυσικές ιδιότητες των πραγματικών αερίων που σχετίζονται με το ιξώδες του. Όπως είναι γνωστό, το ιξώδες ενός συνεχούς μέσου καθορίζει την εσωτερική του τριβή μεταξύ στρωμάτων υγρού ή αερίου κατά τη σχετική κίνησή τους. Προσδιορίζεται από πειραματικές σχέσεις μεταξύ τάσης και κλίσης ταχύτητας. Για τον υπολογισμό των τάσεων διάτμησης, χρησιμοποιείται η έννοια του συντελεστή δυναμικού ιξώδους, ο οποίος χρησιμοποιείται κατά τον υπολογισμό των τάσεων διάτμησης σύμφωνα με τον τύπο: v, n - σχετική ταχύτητα ροής και η κανονική της προς τις γραμμές ροής. - συντελεστής δυναμικού ιξώδους αερίου (Pa s). - εσωτερική τάση τριβής (Pa). Η ακόλουθη ονομασία έχει εισαχθεί για το κινηματικό ιξώδες: Σχεδόν όλα τα φυσικά αέρια περιέχουν υδρατμούς. Η παρουσία υδρατμών στο αέριο συμβάλλει στον σχηματισμό υδρατμών στην επιφάνεια του σωλήνα. Γίνεται διάκριση μεταξύ w - απόλυτης μάζας και - ογκομετρικής υγρασίας Αυτοί οι τύποι δεν λαμβάνουν υπόψη την απόκλιση των νόμων του πραγματικού αερίου από τους νόμους του ιδανικού αερίου. Ως εκ τούτου, εισάγεται η έννοια της σχετικής υγρασίας αερίου. Η σχετική υγρασία ενός αερίου είναι ο λόγος της πραγματικής ποσότητας υδρατμών προς τη μέγιστη δυνατή (στην ίδια πίεση και θερμοκρασία) ανά μονάδα όγκου: mw,T - η μέγιστη δυνατή ποσότητα υδρατμών που μπορεί να υπάρχει σε μια δεδομένη θερμοκρασία Τ; mw - πυκνότητα ατμών. w,T - πυκνότητα κορεσμένου ατμού. pw είναι η μερική πίεση των υδρατμών στο μείγμα αερίων. pw,T είναι η πίεση των κορεσμένων υδρατμών στο μείγμα αερίων. Η θερμοκρασία στην οποία ένα αέριο γίνεται κορεσμένο σε μια ορισμένη πίεση ονομάζεται σημείο δρόσου. Όταν κάνετε τεχνολογικούς υπολογισμούς για έναν αγωγό αερίου, το αέριο πρέπει να στεγνώσει έτσι ώστε η θερμοκρασία μεταφοράς του να είναι αρκετούς βαθμούς χαμηλότερη από το σημείο δρόσου του.

• Τα άτομα (ή μόρια) στους κρυστάλλους είναι διατεταγμένα με τακτοποιημένο τρόπο για να σχηματίσουν ένα κρυσταλλικό πλέγμα.

Ερωτήσεις και εργασίες

Πρώτο επίπεδο

1. Ποιες καταστάσεις της ύλης γνωρίζετε;
2. Πώς μπορείτε να επαληθεύσετε πειραματικά ότι ένα «άδειο» ποτήρι είναι γεμάτο με αέρα;
3. Γιατί δεν μπορείτε να γεμίσετε μόνο το μισό δοχείο με αέριο που δεν έχει χωρίσματα;
4. Ποια είναι η μοριακή δομή των αερίων; Ποιες ιδιότητες των αερίων εξηγεί;
5. Ποιες παρατηρήσεις για τις ιδιότητες ενός υγρού μπορούν να γίνουν ρίχνοντας νερό από το ένα δοχείο στο άλλο;
6. Ποια είναι η μοριακή δομή των υγρών; Ποιες ιδιότητες των υγρών εξηγεί;
7. Ποιες ιδιότητες των στερεών γνωρίζετε; Δώστε παραδείγματα που απεικονίζουν τις διαφορές στις ιδιότητες των στερεών.

   Δεύτερο επίπεδο

8. Δώστε παραδείγματα αερίων, υγρών και στερεών που γνωρίζετε.
9. Ποιες είναι οι κοινές ιδιότητες του υγρού και του αερίου; Υγρό και στερεό;
10. Ποιες είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ ενός αερίου και ενός υγρού και ενός στερεού;
11. Τι εξηγεί τη χαμηλή συμπιεστότητα υγρών και στερεών;
12. Τι είναι τα κρυσταλλικά σώματα; Ποια είναι η μοριακή τους δομή; Δώστε παραδείγματα κρυσταλλικών στερεών.
13. Δώστε παραδείγματα άμορφων σωμάτων. Ποια είναι η διαφορά τους από τα κρυσταλλικά;
14. Τι κοινό έχουν τα άμορφα σώματα και τα κρυσταλλικά σώματα; Σε άμορφα σώματα και υγρά;
15. Δημιουργήστε ένα πρόβλημα σχετικά με τις καταστάσεις της ύλης, η απάντηση στο οποίο θα ήταν: «Μόνο αέριο».

Εργαστήριο στο σπίτι

1. Γεμίστε ένα πλαστικό μπουκάλι περίπου μέχρι τη μέση με νερό και το καπάκι του σφιχτά. Δοκιμάστε να πιέσετε το μπουκάλι. Στη συνέχεια επαναλάβετε το ίδιο πείραμα, γεμίζοντας το μπουκάλι μέχρι πάνω. Τι διαφορά παρατήρησες; Τι υποδηλώνει;
2. Εξετάστε τους κρυστάλλους της κρυσταλλικής ζάχαρης και του επιτραπέζιου αλατιού κάτω από ένα μεγεθυντικό φακό. Συγκρίνετε τα με πολύ μικρά κομμάτια σπασμένου γυαλιού. Ποιά είναι η διαφορά; Μπορείτε να το εξηγήσετε;

Το κύριο πράγμα σε αυτό το κεφάλαιο

• Όλα τα σώματα γύρω μας αποτελούνται από άτομα. Οι επιστήμονες γνωρίζουν σήμερα περισσότερους από 100 διαφορετικούς τύπους ατόμων.
• Προσελκύοντας το ένα το άλλο, τα άτομα σχηματίζουν μόρια. Οι επιστήμονες γνωρίζουν αρκετά εκατομμύρια τύπους μορίων.
• Οι ιδιότητες μιας ουσίας καθορίζονται από τον τύπο των μορίων που απαρτίζουν την ουσία.
• Τα μεγέθη των μορίων μετρώνται σε εκατομμυριοστά του χιλιοστού.
• Τα μόρια αερίων, υγρών και στερεών βρίσκονται σε συνεχή χαοτική κίνηση - αυτό υποδεικνύεται, για παράδειγμα, από την κίνηση Brown και το φαινόμενο της διάχυσης.
• Η ταχύτητα της χαοτικής (θερμικής) κίνησης των μορίων αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.
• Τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους: σε πολύ μικρές αποστάσεις απωθούνται και σε ελαφρώς μεγαλύτερες αποστάσεις έλκονται. Η απώθηση των μορίων εξηγεί την ασυμπίεση υγρών και στερεών στα οποία τα μόρια βρίσκονται το ένα κοντά στο άλλο.

• Μια ουσία μπορεί να είναι σε στερεή, υγρή ή αέρια κατάσταση.
• Το αέριο καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο που του παρέχεται. Το αέριο είναι εύκολα συμπιέσιμο. Τα μόρια ενός αερίου δεν βρίσκονται το ένα κοντά στο άλλο.
• Το υγρό παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται. Αυτό οφείλεται στη ρευστότητά του. Το υγρό είναι πρακτικά ασυμπίεστο. Τα μόρια σε ένα υγρό βρίσκονται το ένα κοντά στο άλλο, αλλά δεν υπάρχει συγκεκριμένη σειρά σε αυτή τη διάταξη.
• Τα στερεά διατηρούν όγκο και σχήμα.
• Τα στερεά είναι κρυσταλλικά και άμορφα.
• Τα άτομα (ή μόρια) στους κρυστάλλους είναι διατεταγμένα με τάξη, σχηματίζοντας ένα κρυσταλλικό πλέγμα.
• Οι ιδιότητες των κρυσταλλικών στερεών καθορίζονται όχι μόνο από τον τύπο των ατόμων ή των μορίων, αλλά και από τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος.

Ρευστότητα. Τα υγρά και τα αέρια σώματα διαφέρουν από τα στερεά ως προς την ιδιότητα της ρευστότητας. Εάν σε ένα συμπαγές σώμα δράσουν μικρές μη καταστροφικές δυνάμεις, τότε αλλάζουν ελαφρώς το σχήμα του, δηλ. σχετική θέση των μερών του. Εάν, υπό την επίδραση αυθαίρετα μικρών εξωτερικών δυνάμεων, το σώμα παραμορφώνεται απεριόριστα έως ότου οι εσωτερικές εφαπτομενικές τάσεις σε αυτό γίνουν ίσες με το μηδέν, τότε στην περίπτωση αυτή η ιδιότητα που ονομάζεται ρευστότητα .

Πολλά φυσικά σώματα έχουν διπλή φύση. Για παράδειγμα, το γυαλί, το οποίο έχουμε συνηθίσει να θεωρούμε εύθραυστο στερεό, μπορεί να συμπεριφέρεται σαν υγρό κάτω από παρατεταμένο φορτίο. Έτσι, το τζάμι του παραθύρου που στέκεται για περισσότερα από 100 χρόνια είναι πιο παχύ στο κάτω μέρος από ότι στο πάνω μέρος, αφού υπό την επίδραση της βαρύτητας το υλικό «ρέει» προς τα κάτω. Από την άλλη πλευρά, ένα τέτοιο τυπικό υγρό όπως το νερό, όταν υποβάλλεται σε ταχεία φόρτιση (κρούση), συμπεριφέρεται σαν στερεό.

Ας προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε τη φύση αυτής της δυαδικότητας σε μοριακό επίπεδο. Λόγω της δράσης ελκτικών και απωστικών δυνάμεων, διατάσσεται η διάταξη των μορίων στο χώρο. Η μέση χαρακτηριστική απόσταση μεταξύ των μορίων ενός υγρού και ενός στερεού είναι περίπου η ίδια και ίση με "(3¸4)10 -8 cm. Υπό την επίδραση της θερμότητας, τα μόρια κινούνται (ταλαντώνονται χαοτικά) γύρω από τη θέση ισορροπίας, αυξάνοντας το πλάτος των ταλαντώσεων με τη θερμοκρασία. Στα στερεά, το πλάτος είναι πολύ μικρότερο από την απόσταση μεταξύ των μορίων στα υγρά - πρόκειται για ποσότητες της ίδιας σειράς. Επομένως, οι δονήσεις των μορίων που εκτελούνται με πλάτος ίδιας τάξης με τις αποστάσεις μπορούν να οδηγήσουν στο γεγονός ότι τα μόρια μπορούν να πηδήξουν από το ένα μέρος του κυττάρου στο άλλο. Σε ορισμένα υγρά αυτό συμβαίνει πιο συχνά, σε άλλα - λιγότερο συχνά.

Η ρευστότητα ενός σώματος καθορίζεται από τον χαρακτηριστικό χρόνο t r ενός μορίου που βρίσκεται σε κάθε κύτταρο από τη στιγμή που εισέρχεται σε αυτό μέχρι τη στιγμή που μεταπηδά σε άλλο κύτταρο. Εάν ο χρόνος που ένα μόριο βρίσκεται σε ένα κύτταρο είναι πολύ μικρότερος από τον χρόνο δράσης της δύναμης, τότε κατά την περίοδο δράσης της δύναμης τα μόρια μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους στο χώρο πολλές φορές, δηλ. επιτρέποντας στη δύναμη να παραμορφώνει συνεχώς και μη αναστρέψιμα το σώμα (δηλαδή να συμπεριφέρεται σαν ρευστό). Αυτό το ονομάζουμε σώμα υγρό . Διαφορετικά έχουμε να κάνουμε με ένα συμπαγές σώμα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ρευστότητα του σώματος αυξάνεται.

Χαρακτηριστικό γνώρισμα των αέριων σωμάτων είναι η χαοτική κίνηση και σύγκρουση μορίων στο διάστημα. Επομένως, τα αέρια δεν έχουν μόνο ρευστότητα, αλλά και συμπιεστότητα.

Συμπιεστότητα υγρών και αερίων. Ας ασκήσουμε μια δύναμη DF και ας αυξήσουμε την πίεση σε όγκο V κατά την ποσότητα Dp (Εικ. 1.2). Το συνεχές μέσο θα συμπιεστεί, μειώνοντας τον όγκο του κατά την ποσότητα DV. Έχει βρεθεί εμπειρικά ότι η σχέση μεταξύ μεταβολής όγκου και πίεσης είναι γραμμική, δηλ. για κάθε υγρό και αέριο, μπορείτε να εισάγετε μια σταθερά που ονομάζεται συντελεστής ογκομετρικής διαστολής (σε σταθερή θερμοκρασία):

. (1.3.1)

Ο λόγος ογκομετρικής συμπίεσης έχει διάσταση (Pa) -1. Το σύμβολο μείον εισάγεται για να αντικατοπτρίζει τη μείωση του όγκου υπό συμπίεση, αλλά για πρακτικούς υπολογισμούς είναι βολικό να είναι θετικό.

Ο όγκος συντελεστής ελαστικότητας E V είναι το αντίστροφο του b V:

. (1.3.2)

Και οι δύο αυτές τιμές εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και τον τύπο του υγρού.

Παράδειγμα. Εάν, εκτός από την ατμοσφαιρική πίεση (p a = 101325 Pa ή 1,033 kgf/cm2), η ίδια πίεση εφαρμόζεται επιπλέον στο νερό, τότε ο όγκος του νερού θα μειωθεί κατά 1/20000 περίπου, δηλ. είναι πρακτικά αδύνατο να παρατηρηθεί. Κατά συνέπεια, το νερό και άλλα υγρά μπορούν να θεωρηθούν ασυμπίεστα και η πυκνότητά τους μπορεί να θεωρηθεί σταθερή (r = const), ανεξάρτητα από την πίεση.

Για το αέριο, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει αρκετά αποτελεσματικά το μοντέλο ιδανικού αερίου, που χαρακτηρίζεται από την εξίσωση Clapeyron - Μεντελέεφ

ή , (1.3.3)

όπου R είναι η ειδική σταθερά αερίου, ανεξάρτητη από την πυκνότητα και τη θερμοκρασία, αλλά διαφορετική ανάλογα με τη φύση του αερίου (για παράδειγμα, για τον αέρα R = 287 J/kgK). Χρησιμοποιώντας την εξίσωση (1.5.3), μπορείτε να βρείτε την πυκνότητα του αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία περιβάλλοντος ίση με 20ºС:

.

Ο νόμος του Boyle προκύπτει από αυτόν τον νόμο - Mariotte, καθιερώνοντας μια ισοθερμική σχέση μεταξύ πίεσης και πυκνότητας:

για δεδομένο όγκο αερίου σε σταθερή θερμοκρασία.

Για μια αδιαβατική διεργασία (όταν δεν υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του εκλυόμενου όγκου αερίου και του περιβάλλοντος), είναι χαρακτηριστική η ακόλουθη εξάρτηση:

, (1.3.5)

Οπου - σταθερά αδιαβατικού αερίου. με v - θερμοχωρητικότητα αερίου σε σταθερό όγκο. με σελ - το ίδιο σε σταθερή πίεση.

Η διαφορά μεταξύ μηχανικής ρευστών και μηχανικής αερίων. Παρά το γεγονός ότι η ιδιότητα της ρευστότητας είναι θεμελιώδης στη μελέτη υγρών και αερίων, εντούτοις, σε ορισμένες περιπτώσεις είναι απαραίτητο να διακρίνουμε τα υγρά από τα αέρια.

· Η κύρια διαφορά είναι ότι το αέριο συμπιέζεται εύκολα και σε αυτό η ταχύτητα διάδοσης του ήχου (άρα και όλων των μηχανικών διαταραχών) είναι πολύ μικρότερη από ότι στο υγρό. Αυτό το χαρακτηριστικό ενός αερίου πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν η ταχύτητα κίνησης (ή η ταχύτητα κίνησης ενός στερεού σώματος σε αυτό) γίνεται ανάλογη με την ταχύτητα του ήχου ή την υπερβαίνει.

· Σε αντίθεση με ένα αέριο, ένα υγρό έχει μια οριακή επιφάνεια μεταξύ αυτού και του αερίου που το περιβάλλει, η οποία ονομάζεται ελεύθερη επιφάνεια. Στο πεδίο της βαρύτητας, η ελεύθερη επιφάνεια του υγρού έχει οριζόντιο προφίλ. Σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, λόγω επιφανειακής τάσης, η ελεύθερη επιφάνεια είναι σφαιρική. Αυτή η ιδιότητα ενός υγρού, καθώς και η χαμηλή συμπιεστότητά του, οφείλεται στη συνεχή αλληλεπίδραση γειτονικών μορίων. Σε ένα αέριο, τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μόνο τη στιγμή της σύγκρουσης, τις περισσότερες φορές κινούνται ελεύθερα στο διάστημα, επομένως, λόγω της χαοτικής κίνησης, το αέριο τείνει να κατανέμεται ομοιόμορφα σε ολόκληρο το κλειστό μέρος του χώρου. Εάν ο χώρος δεν είναι κλειστός, τότε ο όγκος του αερίου μπορεί να αυξηθεί χωρίς όριο.

· Σε ένα αέριο, μπορείτε να μειώσετε απεριόριστα την πίεση και να αυξήσετε τη θερμοκρασία, και ταυτόχρονα οι ιδιότητες του αερίου θα αλλάζουν συνεχώς. Σε ένα υγρό, η πίεση μπορεί να μειωθεί σε μια ορισμένη τιμή, κάτω από την οποία αρχίζουν να σχηματίζονται φυσαλίδες αερίου μέσα σε αυτό και αρχίζουν οι μεταβάσεις φάσης, οι οποίες αλλάζουν ποιοτικά τις ιδιότητες του ρευστού μέσου. Το ίδιο μπορεί να συμβεί όταν η θερμοκρασία του υγρού αυξάνεται.

Ιξώδες υγρών και αερίων. Ρεολογικές ιδιότητες υγρών. Το ιξώδες είναι μια ιδιότητα ενός ρευστού μέσου, που συνίσταται στην εμφάνιση εσωτερικών δυνάμεων σε αυτό που εμποδίζουν την παραμόρφωσή του, δηλ. αλλάζοντας τη σχετική θέση των μερών του. Ας εξετάσουμε μια ειδική περίπτωση της μοριακής κινητικής θεωρίας ενός ιδανικού αερίου - μιας απλής διατμητικής ροής (Εικ. 1.3).

Εικ.1.3. Ιξώδεις τάσεις σε υγρά και αέρια

Η στοιχειώδης περιοχή της επιφάνειας που χωρίζει τα στρώματα 1 και 2 κινείται μαζί με το υγρό. Σε αυτήν την περίπτωση, το υγρό στρώμα 1 ολισθαίνει πάνω από το στρώμα 2 με σχετική ταχύτητα . Τα μόρια αερίου συμμετέχουν σε δύο τύπους κινήσεων:

· διατεταγμένα (διαμήκη) με ταχύτητα u x ή u x + D u x ανάλογα με το στρώμα που βρίσκονται.

· χαοτική, διαταραγμένη (συμπεριλαμβανομένης της εγκάρσιας) θερμικής κίνησης, η ταχύτητα της οποίας είναι συνήθως δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από την ταχύτητα διατεταγμένης κίνησης.

Το ιξώδες του αερίου οφείλεται στη μεταφορά των μορίων κατά τη θερμική τους κίνηση μέσω της στοιχειώδους περιοχής DхDу, που βρίσκεται στο επίπεδο που χωρίζει δύο στρώματα με διαφορετικές διαμήκεις ταχύτητες u x και u x + Du x, το μέγεθος της κίνησης λόγω της διαφοράς Du x των ταχυτήτων αυτών των στρωμάτων. Τα μόρια κινούνται χαοτικά με τυχαίο τρόπο, ενώ μετακινούνται από το ένα στρώμα στο άλλο, διασχίζοντας την περιοχή DxDy. Μόρια με διατεταγμένη ταχύτητα u x κινούνται στο στρώμα 2 και επιβραδύνει την κίνησή του, και ο ίδιος αριθμός μορίων παγιδεύεται στο στρώμα 1 από στρώμα 2, επιταχύνει το στρώμα 1.

Με την εισαγωγή ενός μοντέλου συνεχούς (δηλαδή εξαιρώντας τη μοριακή δομή της ουσίας από την εξέταση), πιστεύεται ότι μια εφαπτομενική τάση δρα στην περιοχή DxDy, αντισταθμίζοντας τη μεταφορά της ορμής που προκαλείται από τη θερμική κίνηση των μορίων. Σύμφωνα με τη μοριακή κινητική θεωρία, η εφαπτομενική τάση

(1.3.6)

όπου h - συντελεστής δυναμικού ιξώδους , ή απλά το δυναμικό ιξώδες του αερίου. Αυτό είναι ένα υδροδυναμικό χαρακτηριστικό που καθορίζεται από τις φυσικές ιδιότητες του ρευστού. Το σημάδι της πίεσης είναι σαν να «προσπαθεί» να μειώσει τη διαφορά στην ταχύτητα μεταξύ των στρωμάτων. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η ταχύτητα της χαοτικής κίνησης των μορίων αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των μορίων που διασχίζουν την περιοχή DxDy ανά μονάδα χρόνου. Κατά συνέπεια, αυξάνεται η μεταφορά της ορμής από το ένα στρώμα στο άλλο και, κατά συνέπεια, η εφαπτομενική τάση p zx. Σύμφωνα με την (1.3.6), αυτό σημαίνει ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνεται ο δυναμικός συντελεστής του ιξώδους του αερίου.

Σε ένα υγρό, ο κύριος λόγος για την επιρροή ενός στρώματος σε ένα άλλο (δηλαδή, η μεταφορά της ορμής) είναι η αλληλεπίδραση των μορίων που βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές του ορίου μεταξύ των στρωμάτων και όχι η μεταφορά μορίων σε αυτό το όριο. Όπως έχει ήδη σημειωθεί, η μοριακή κινητική θεωρία των υγρών δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί επαρκώς, επομένως ο μηχανισμός του ιξώδους στα υγρά μελετάται πολύ λιγότερο καλά από ό,τι στα αέρια. Συνήθως πιστεύεται ότι σε ένα υγρό σχηματίζονται και καταστρέφονται συνεχώς οιονεί κρυσταλλικές δομές κατά τη σχετική ολίσθηση των στρωμάτων και οι δυνάμεις που είναι απαραίτητες για την καταστροφή τους καθορίζουν το ιξώδες. Φυσικά, με την αύξηση της θερμοκρασίας, τα υγρά μόρια γίνονται πιο κινητά και η καταστροφή των δομών συμβαίνει σε χαμηλότερες τιμές των δυνάμεων διάτμησης. Έτσι, ο δυναμικός συντελεστής ιξώδους ενός υγρού μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (σε αντίθεση με τα αέρια - βλέπε παραπάνω).

Παρά τους διαφορετικούς μοριακούς μηχανισμούς εμφάνισης τάσεων σε υγρά και αέρια, και στα δύο αυτά μέσα οι εφαπτομενικές τάσεις συνδέονται με τη μεταβλητότητα του πεδίου ταχύτητας της ίδιας εξάρτησης.

γέφυρα (1.3.6), η οποία ονομάζεται Ο νόμος του Νεύτωνα για τις ιξώδεις τάσεις.Σε αντίθεση με το νόμο για την ξηρή τριβή, η διατμητική τάση σε υγρά και αέρια δεν εξαρτάται από την κανονική τάση.

Σύμφωνα με τον ορισμό (1.3.6), ο συντελεστής δυναμικού ιξώδους h έχει την ακόλουθη μονάδα μέτρησης:

.

Η διάσταση h εκφράζεται μέσω των διαστάσεων της τάσης Pa και του χρόνου s. Μερικές φορές το g/cm×s χρησιμοποιείται ως μονάδα h, η οποία ονομάζεται poise (προς τιμή του Γάλλου γιατρού A. Poiseuille, ο οποίος πραγματοποίησε θεμελιώδεις μελέτες για την κίνηση του παχύρρευστου υγρού) και συμβολίζεται με P:

Pa×s = 10×P.

Η εξάρτηση (1.3.6) χαρακτηρίζει τη μεταφορά της ορμής των στρωμάτων ρευστού κατά μήκος της ροής, η οποία είναι ανάλογη τόσο με την ταχύτητα u x όσο και με την πυκνότητα του ρευστού r. Έχοντας αυτό υπόψη, είναι χρήσιμο να αναπαραστήσουμε τον νόμο του Νεύτωνα στη μορφή

,

. (1.3.7)

Αυτή η ποσότητα έχει τη διάσταση

.

Λόγω του γεγονότος ότι η διάσταση n περιλαμβάνει μόνο μέτρα και δευτερόλεπτα (και δεν περιλαμβάνει τη διάσταση της μάζας), αυτή η ποσότητα ονομάζεται συντελεστής κινηματικού ιξώδους(ή κινηματικό ιξώδες). Η διάσταση cm 2 /s ονομάζεται Stokes (προς τιμή του Άγγλου υδρομηχανιστή J. Stokes, ο οποίος διατύπωσε τις διαφορικές εξισώσεις κίνησης ενός παχύρρευστου ρευστού) και συμβολίζεται ως St:

1St = 10 -4 m 2 /s.

Συμπερασματικά, σημειώνουμε ότι στα αέρια τόσο το ιξώδες (που χαρακτηρίζει τη μεταφορά της ορμής) όσο και η μοριακή διάχυση (που χαρακτηρίζει τη μεταφορά ξένου αερίου) προκαλούνται από τη θερμική χαοτική κίνηση των μορίων. Επομένως, ο συντελεστής ιξώδους n είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με τον συντελεστή μοριακής διάχυσης στο νόμο του Fick. Στα υγρά, το ιξώδες (και η σχετική μεταφορά της ορμής) οφείλεται στην καταστροφή των διαμοριακών δεσμών και η διάχυση οφείλεται στη θερμική κίνηση των μορίων, δηλ. αυτά τα φαινόμενα έχουν διαφορετική φυσική φύση. Ως συνέπεια αυτού, ο συντελεστής διάχυσης σε ένα υγρό είναι εκατοντάδες φορές μικρότερος από τον συντελεστή ιξώδους n. Ο Πίνακας 1.1 δείχνει τις τιμές των h, r, n για ορισμένα υγρά και αέρια.

Πίνακας 1.1

Τιμές h, r, n για ορισμένα υγρά και αέρια

Από τις δεδομένες τιμές των συντελεστών ιξώδους προκύπτει ότι το ιξώδες του νερού μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας από 0 σε 100 ° C κατά σχεδόν επτά φορές και το ιξώδες του αέρα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας από 20 σε 50 ° C κατά 25% .

Για υπολογισμούς στη μηχανική πρακτική, χρησιμοποιείται η κατά προσέγγιση τιμή του κινηματικού συντελεστή του ιξώδους του νερού: n = 0,01 cm 2 /s = 0,01 St. Τα υγρά για τα οποία ισχύει η εξάρτηση (1.3.6) ονομάζονται Νευτώνεια.

Ωστόσο, υπάρχουν πολλά υγρά για τα οποία δεν ισχύει ο νόμος του Νεύτωνα. Η επιστήμη της φύσης της εξάρτησης ονομάζεται ρεολογία (ελληνικά ρεό - ροή, λόγος - διδασκαλία). Εάν παρουσιάζετε την εξάρτηση (1.3.6) με τη μορφή γραφήματος (Εικ. 1.4), τότε θα μοιάζει με ευθεία γραμμή 1.

Σε μια πειραματική μελέτη ορισμένων υγρών, μπορεί να πάρει τη μορφή της καμπύλης 2. Τέτοια υγρά που αντέχουν σε μικρά (p zx< ) сдвигающим напряжениям, как твердое тело, а при (p zx >) συμπεριφέρονται σαν υγρά σώματα και ονομάζονται υγρά Bingham-Shvedov.

Τα υγρά των οποίων η συμπεριφορά περιγράφεται από τις καμπύλες 3, 4 ονομάζονται υγρά Ostwald-Weyl. Εάν υπακούουν στις εξαρτήσεις 3, τότε ονομάζονται ψευδοπλαστικά και αν ακολουθούν τις εξαρτήσεις 4, ονομάζονται διασταλτικές. Η μηχανική κίνησης τέτοιων υγρών (πρόκειται για ρητίνες, προϊόντα πετρελαίου, διαλύματα πολυμερών κ.λπ.) είναι πολύ περίπλοκη.