Napięcie powierzchniowe a lepkość
Lepkość i napięcie powierzchniowe to dwa bardzo ważne zjawiska dotyczące mechaniki i statyki płynów. Skutki tych zjawisk mają wpływ na dziedziny takie jak hydrodynamika, aerodynamika, a nawet lotnictwo. Aby osiągnąć sukces w takich dziedzinach, niezbędna jest gruntowna wiedza na temat tych zjawisk. W tym artykule porównamy lepkość i napięcie powierzchniowe oraz przedstawimy różnice między nimi.
Co to jest napięcie powierzchniowe?
Rozważ jednorodną ciecz. Każda cząsteczka w centralnych częściach cieczy będzie miała dokładnie taką samą siłę ciągnącą ją w każdą stronę. Otaczające cząsteczki ciągną centralną cząsteczkę równomiernie w każdym kierunku. Rozważmy teraz cząsteczkę powierzchniową. Działa na nią tylko siła w kierunku cieczy. Siły adhezji powietrze-ciecz nie są nawet w przybliżeniu tak silne, jak siły kohezji ciecz-ciecz. Dlatego cząsteczki powierzchniowe są przyciągane w kierunku środka cieczy, tworząc upakowaną warstwę cząsteczek. Ta warstwa powierzchniowa cząsteczek działa jak cienka warstwa na płyn. Jeśli weźmiemy przykład z życia na wodzie, używa tej cienkiej warstwy, aby umieścić się na powierzchni wody. Ślizga się po tej warstwie. Gdyby nie ta warstwa, zostałaby natychmiast utopiona. Napięcie powierzchniowe definiuje się jako siłę równoległą do powierzchni prostopadłą do linii długości jednostki narysowanej na powierzchni. Jednostkami napięcia powierzchniowego są Nm-1 Napięcie powierzchniowe jest również definiowane jako energia na jednostkę powierzchni. To również nadaje napięciu powierzchniowemu nową jednostkę Jm-2 Napięcie powierzchniowe, które występuje pomiędzy dwoma nie mieszającymi się płynami, jest znane jako napięcie międzyfazowe.
Co to jest lepkość?
Lepkość jest definiowana jako miara odporności płynu, który jest odkształcany przez naprężenie ścinające lub naprężenie rozciągające. Mówiąc bardziej potocznie, lepkość to „tarcie wewnętrzne” płynu. Jest również określany jako grubość płynu. Lepkość to po prostu tarcie między dwiema warstwami płynu, gdy dwie warstwy poruszają się względem siebie. Sir Isaac Newton był pionierem w mechanice płynów. Postulował, że dla płynu newtonowskiego naprężenie ścinające między warstwami jest proporcjonalne do gradientu prędkości w kierunku prostopadłym do warstw. Stosowana tutaj stała proporcjonalna (współczynnik proporcjonalności) to lepkość płynu. Lepkość jest zwykle oznaczana grecką literą „µ”. Lepkość płynu można zmierzyć za pomocą lepkościomierzy i reometrów. Jednostkami lepkości są paskalosekundy (lub Nm-2s). System cgs wykorzystuje jednostkę „puaz” nazwaną na cześć Jeana Louisa Marie Poiseuille'a do pomiaru lepkości. Lepkość płynu można również zmierzyć kilkoma eksperymentami. 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 traktować jako 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.
