Napięcie powierzchniowe a lepkość
Lepkość i napięcie powierzchniowe to dwa bardzo ważne zjawiska dotyczące mechaniki i statyki płynów. Konsekwencje tych zjawisk mają wpływ na dziedziny, takie jak hydrodynamika, aerodynamika, a nawet lotnictwo. Aby osiągnąć sukces w takich dziedzinach, niezbędna jest rzetelna wiedza na temat tych zjawisk. W tym artykule porównamy lepkość i napięcie powierzchniowe oraz przedstawiono różnice między nimi.
Co to jest napięcie powierzchniowe?
Rozważ jednorodną ciecz. Każda cząsteczka w środkowych częściach cieczy będzie miała dokładnie taką samą siłę, która przyciągnie ją na wszystkie strony. Otaczające cząsteczki równomiernie ciągną centralną cząsteczkę w każdym kierunku. Rozważmy teraz cząsteczkę powierzchniową. Ma tylko siły działające na niego w kierunku cieczy. Siły adhezji powietrze-ciecz nie są nawet tak duże jak siły kohezji ciecz-ciecz. Dlatego cząsteczki powierzchniowe są przyciągane do środka cieczy, tworząc upakowaną warstwę cząsteczek. Ta powierzchniowa warstwa cząsteczek działa jak cienki film na cieczy. Jeśli weźmiemy przykład z prawdziwego życia nartnika, używa on cienkiej warstwy, aby umieścić się na powierzchni wody. Ślizga się po tej warstwie. Gdyby nie ta warstwa, natychmiast by się utopiła. Napięcie powierzchniowe definiuje się jako siłę równoległą do powierzchni prostopadłą do linii o jednostkowej długości narysowanej na powierzchni. Jednostkami napięcia powierzchniowego są Nm-1. Napięcie powierzchniowe jest również definiowane jako energia na jednostkę powierzchni. Daje to również napięcie powierzchniowe nową jednostkę Jm -2. Napięcie powierzchniowe, które występuje między dwoma niemieszającymi się ze sobą płynami, nazywane jest napięciem międzyfazowym.
Co to jest lepkość?
Lepkość jest definiowana jako miara oporu płynu, który jest odkształcany przez naprężenie ścinające lub rozciągające. Mówiąc bardziej powszechnie, lepkość to „tarcie wewnętrzne” płynu. Nazywa się to również grubością płynu. Lepkość to po prostu tarcie między dwiema warstwami płynu, gdy dwie warstwy poruszają się względem siebie. Sir Isaac Newton był pionierem w dziedzinie mechaniki płynów. Postulował, że dla cieczy newtonowskiej naprężenie ścinające między warstwami jest proporcjonalne do gradientu prędkości w kierunku prostopadłym do warstw. Stosowana tutaj stała proporcjonalności (współczynnik proporcjonalności) to lepkość płynu. Lepkość jest zwykle oznaczana grecką literą „µ”. Lepkość płynu można mierzyć za pomocą wiskozymetrów i reometrów. Jednostkami lepkości są paskalosekundy (lub Nm-2 s). System cgs używa jednostki „poise”, nazwanej na cześć Jeana Louisa Marie Poiseuille'a do pomiaru lepkości. Lepkość płynu można również zmierzyć za pomocą kilku eksperymentów. Lepkość płynu zależy od temperatury. Lepkość spada wraz ze wzrostem temperatury.
τ = μ ∂u / ∂y
Równania i modele lepkości są bardzo złożone dla płynów nienewtonowskich.
Jaka jest różnica między napięciem powierzchniowym a lepkością?
• Napięcie powierzchniowe można uznać za incydent, który występuje w cieczach z powodu niezrównoważonych sił międzycząsteczkowych, podczas gdy lepkość występuje z powodu sił działających na poruszające się cząsteczki.
• Napięcie powierzchniowe występuje zarówno w płynach poruszających się, jak i nieruchomych, ale lepkość pojawia się tylko w płynach poruszających się.
