Hogyan állapítható meg, a belső súrlódás 2

§ 48. Gáz Viszkozitás (belső súrlódás)

Gáz Viszkozitás (ugyanez vonatkozik a folyadékok) - olyan tulajdonság, amellyel a sebességet a vonalban réteg különböző gáz. Ez a tulajdonság, meg kell, hogy például a szél, vagy a vihar alábbhagy idővel. Alignment sebességű gáz a szomszédos rétegek, ha ezek a sebesség eltérő azért van, mert a gáz réteg gyorsabb ütemben mozgás át lendületet (a mozgás mennyisége) a réteg mozog lassabb sebességgel.

Ha a külső erők konstans értéken tartjuk különbség sebességek a különböző rétegek a gáz, és az impulzus áramot rétegről réteg állandó (stacionárius), és ez az áramlás lesz irányítva mentén sebesség csepp. Ilyen esetben, például megfelelnek a lassú áramlási gáz (vagy folyadék) a két lemez között, vagy a csőben alatt állandó külső nyomáskülönbség mentén irányul mozgását.

Ismeretes, hogy ha a gáz áramlik a cső mentén sebesség különböző rétegek vannak elosztva ábrán látható. 58, ahol nyilak jelzik vektorok a gáz sebessége. legtöbb

ráta figyelhető meg a középső, szomszédos a tengelye a cső; sebesség ahogy közeledik a falak csökken, és a réteget közvetlenül szomszédos a falak a cső nyugalomban van.

Ezzel impulzus lép fel az átvitel során a gáz a központi réteg, ahol az a legnagyobb sebesség, a szálak, mozgó lassabb sebességgel. Mivel ez a folyamat együtt jár a változás lendület, a gáz úgy viselkedik, mintha működött valamilyen erő (az erő a belső súrlódás).

Vigyük át impulzus lehet leírni ugyanúgy, ahogy le az energia átadási folyamatot a hővezető képessége.

Tegyük fel, hogy a változás a gázsebesség fordul elő az irányt az X tengely, amely ebben az esetben irányára merőlegesen a legtöbb gáz sebessége (ábra. 59).

A merőleges irány az X tengelyen, a sebesség ugyanaz minden ponton. Ez azt jelenti, hogy a sebesség függvényében x. Aztán, ahogy a tapasztalat azt mutatja, a forgalom értékét által hordozott 1 átmenő merőleges metszetben az X tengellyel, következő egyenlet által definiált

ahol a sebességgradiens az X tengely mentén, jellemző a sebesség a változás mértéke E tengely mentén (változás a sebesség egységnyi hosszúság). A mínusz jel azt jelenti, hogy a lendület át az irányt csökkenő sebesség.

Együttható úgynevezett viszkozitási együtthatót, vagy belső súrlódás és a gáz, valamint a termikus vezetőképesség és diffúziós együtthatók tulajdonságaitól függ a gáz. Néha együttható egyenlettel meghatározott (48,1), az úgynevezett dinamikus viszkozitása, ellentétben a kinematikus viszkozitási együtthatót, arány egyenlő a, ahol a gáz sűrűség (az értéke ennek cm. Alább).

A fizikai értelmében a viszkozitási együtthatót az, hogy számszerűen egyenlő a mozgás mértéke, hogy át egységnyi idő alatt (1 másodperc) révén a terület gradiens sebesség (a Letéti merőleges a talajra), egyenlő egy (1 cm / 1 cm hosszúságú) .

Az egység a viszkozitást vesszük viszkozitási együtthatót az anyag (gáz) SI egységben, ahol a sebesség gradienst mértük egyenlő egységét az egész pad az átutalt összeget mozgásának 1 mp. Ennélfogva, a viszkozitási együtthatóval egységekben mérjük. A GHS-rendszer viszkozitást egységek Ez az egység az úgynevezett egyensúly. kinematikai viszkozitási együttható mérése szerint ez az egység az úgynevezett lefolyás.

Amikor momentum átadásra az egyik rétegről a változás a lendület ezen rétegek (növekedés vagy csökkenés). Ez azt jelenti, hogy az egyes rétegek egy erő, ami a változás a pulzus egységnyi idő (Newton második törvénye). Elvégre egyenlet (48,1) - az átadása lendület egy időben! Következésképpen, a viszkozitás vezet az a tény, hogy bármilyen gáz réteg képest elmozdulnak egy szomszédos megy hatására valamilyen erő.

Ez az erő nem más, mint a súrlódási erő a rétegek között a gáz különböző sebességgel mozgó. Innen a név a belső súrlódás. Egyenlet (48,1) ezért írott formában

ahol - az erő egységnyi felületének elválasztó felület két szomszédos gázréteg. A viszkozitási együtthatót számszerűen egyenlő a ható erő egységnyi területre ütemben gradiens egyenlő egységét.

A belső súrlódás az oka, hogy a gáz áramlási (vagy folyadék) egy bizonyos nyomáskülönbség szükséges az egész csövet. Ahhoz, hogy az áramlási sebesség volt néhány adott értéket, ez a nyomáskülönbség dolzhnabyt annál nagyobb, minél nagyobb a belső súrlódási együttható

A kapcsolat a V térfogat időegység alatt átáramló részén gázvezeték és ehhez szükséges nyomáskülönbség jön létre ismert Poiseuille képletű:

ahol - a cső hossza és sugara.

Ezen képlet, lehetőség van, hogy mérjük a gáz mennyiségét egy bizonyos eltelt idő egy csövön keresztül a nyomáskülönbség a végein, és ismerve a geometriai méreteit a cső tényezőjének meghatározása a gáz viszkozitása.

Együttható kiszámítása a gáz viszkozitása. A gáz mennyisége viszkozitási együtthatót lehet becsülni a hasonló módon annak, amelyet a számítás a hővezetőképesség és diffúziós együtthatók.

Ha a gáz áramlik egy bizonyos sebesség, ez azt jelenti, hogy valamennyi molekulák sebességgel meghaladó ez az arány a termikus mozgás, amely a jelenlegi gáz van teljesen, valamint a nyugvó. Mindegyik molekula ezért impulzus (m a tömeg a molekula), irányított ugyanabban az irányban az összes molekulák. Jellemzően, a gáz áramlási sebessége lényegesen kisebb, mint a termikus sebessége annak molekulák.

Tekintsük a pad párhuzamos a gáz áramlási sebességét, és ennélfogva irányára merőleges a momentum transzfer (ábra. 60). Tegyük fel, hogy a gáz áramlási sebessége csökken az irányt X tengely ,. E. Áramlási sebesség a jobb pad kisebb, mint a bal oldalon. Cseréje révén a molekulák a két gáz réteg (cseréje azért jelentkezik, mert a hő-mozgását), ez a különbség csökken. Molekulák jobb helyébe más molekulák, aki a bal oldalon, hogy nagyobb sebességet és ezáltal nagyobb lendületet. Az ütközés a molekulák molekulák állomásozó jobbra ez a nagy áramlási sebesség között megosztjuk. molekulák rendben, akkor az áramlási sebesség ennek a rétegnek, és ennek következtében az impulzus nagyobb lesz, míg a sebesség és a lendület a gáz réteg balra csökkenés.

Más szavakkal, a csere a molekulák miatt a termikus mozgás, hajlamos arra, hogy kiegyenlítse a áramlási sebességek a különböző gáz rétegek. Ilyen a momentum transzfer mechanizmus irányába tengely X az egyik áramló gáz réteget a másikra.

fluxusmomentumot át egységnyi idő alatt (1 mp) egységnyi terület nagysága határozza meg a különbséget impulzus viseli molekulák átkelés a platform balra és jobbra. Impulse hordozható molekulák balról jobbra, a termék egyetlen molekula impulzust a molekulák száma átlépte a egységnyi felületre időegység alatt. Végül, amint a fentiekből kiderül, egyenlő a molekulák száma egységnyi térfogatra - az átlagos hő arány

molekuláris mozgás). Impulse külön molekula, amely összehozza a pad átkelés impulzus, amelynek molekulái van végre az ütközés előtt a területen, azaz a. E. A parttól nagyságrendű az átlagos szabad úthossz az X oldalakon.

Ha a gáz sebessége áramlási távolságban X balra a lendület a molekula kapcsolódik a gáz áramlását, ez - molekulatömeg). Így

Ennek megfelelően molekulák átkelés a jobb pad,

ahol a sebesség a gázáram egy X távolságra jobb oldalon keresztül kapott fluxusmomentumot egységnyi területe egyenlő 1

ahol a különbség a gáz áramlási sebességének pontokon, amelyek egymástól távolságban t. e.

Összehasonlítva ezt a kifejezést a (48,1), megkapjuk a kifejezést a relatív viszkozitás:

ahol a gáz sűrűsége.

Egyenlet (48,3), valamint a korábban kapott értéke a hővezető, becslést ad a viszkozitási együtthatót belül numerikus tényezővel, amely csak megközelítőleg egyenlő 1/3.

Ebből kifejezést úgy látszik, hogy a viszkozitási együtthatóval is nem függ a nyomás, mivel a termék nem függ nyomást. Viszkozitásadatokat megerősítik ezt a megfigyelést sokféle nyomás.

Összehasonlítása alapján a kifejezések együtthatóinak hővezető (47,3) és a viszkozitás (48,3), hogy van egy egyszerű kapcsolat közöttük:

ahol a fajhő és állandó térfogatú. Ez az egyenlet létrehozza a kapcsolatot a tisztán mechanikus és hőhatás (hővezető) a gáz. tartozó értékek közvetlenül kísérletileg mért.

10. táblázat (ld. Scan)

Táblázat. 10. ábra viszkozitásadatokat együttható, hővezető és fajhője több gázra, és az adatok ezekből az értékekből számítottuk összefüggés szerint, hogy a (48.4) egyenlőnek kell lennie, hogy az egységet. Tól tablytsy úgy látszik, hogy a sorrendben az egyenlet (48,4) van elégedve. Jobban megfeleljen az adatokat az elméleti tapasztalat értéke nem várható, figyelembe véve a közelítő jellegét együtthatók kiszámítása során

Belső súrlódási tényező, valamint a hővezetési, függ a hőmérséklettől, mivel a kifejezést az átlagos sebesség magában termikus mozgás a molekulák, attól függően, hogy a hőmérséklet a törvény szerint azt jelenti, hogy az együttható a viszkozitása is kell arányosan növekszik a hőmérséklet emelkedésével

A valóságban a viszkozitás növekszik valamivel gyorsabb, mint ez csatlakoztatva van az a tény, hogy a növekedés a hőmérséklet nem csak növeli a termikus molekulák sebessége, hanem csökkenti a hatásos keresztmetszeti molekulák, és ezért növeli az átlagos szabad úthossz; távol a hely előtt az utolsó adat réteg ütközés nagy lesz, és így növeli a lendület változás, amely összehozza a molekulában.

Így itt vázolt molekuláris kinetikus viszkozitása fogalmak a mechanizmus jó minőségi és mennyiségi megállapodás kísérletet.

Mivel a kifejezés magában foglalja az átlagos szabad úthossz, a mérés a viszkozitási együtthatóval, valamint a hővezető, hogy meghatározzuk (vagy legalább megbecsülni) a molekula mérete.