Povrchové napětí vs. viskozita
Viskozita a povrchové napětí jsou dva velmi důležité jevy týkající se mechaniky a statiky tekutin. Důsledky těchto jevů ovlivňují pole jako hydrodynamika, aerodynamika a dokonce i letectví. Je důležité mít důkladné znalosti o těchto jevech, abychom v těchto oborech vynikli. Tento článek bude porovnávat viskozitu a povrchové napětí a představí rozdíly mezi nimi.
Co je to povrchové napětí?
Zvažte homogenní kapalinu. Každá molekula v centrálních částech kapaliny bude mít přesně stejné množství síly, které ji přitáhne na každou stranu. Okolní molekuly táhnou centrální molekulu rovnoměrně v každém směru. Nyní zvažte povrchovou molekulu. Má pouze síly působící na něj směrem k kapalině. Síly vzduch-kapalina nejsou ani zdaleka tak silné jako kohezní síly kapalina-kapalina. Proto jsou povrchové molekuly přitahovány směrem ke středu kapaliny a vytvářejí zabalenou vrstvu molekul. Tato povrchová vrstva molekul působí na kapalinu jako tenký film. Vezmeme-li si příklad vodního chodce ze skutečného života, použije tento tenký film k umístění na hladinu vody. Klouže po této vrstvě. Pokud to není pro tuto vrstvu, okamžitě by se utopilo. Povrchové napětí je definováno jako síla rovnoběžná s povrchem kolmá na jednotkovou délkovou čáru nakreslenou na povrchu. Jednotky povrchového napětí jsou Nm-1. Povrchové napětí je také definováno jako energie na jednotku plochy. To také dává povrchové napětí nové jednotce Jm -2. Povrchové napětí, ke kterému dochází mezi dvěma nemísitelnými tekutinami, je známé jako mezipovrchové napětí.
Co je to viskozita?
Viskozita je definována jako míra odporu kapaliny, která je deformována buď smykovým napětím nebo tahovým napětím. Obecněji řečeno, viskozita je „vnitřní tření“kapaliny. Nazývá se to také tloušťka tekutiny. Viskozita je jednoduše tření mezi dvěma vrstvami kapaliny, když se obě vrstvy vzájemně pohybují. Sir Isaac Newton byl průkopníkem v mechanice tekutin. Předpokládal, že u newtonovské tekutiny je smykové napětí mezi vrstvami úměrné rychlostnímu gradientu ve směru kolmém na vrstvy. Zde použitá proporcionální konstanta (faktor proporcionality) je viskozita kapaliny. Viskozita se obvykle označuje řeckým písmenem „µ“. Viskozitu kapaliny lze měřit pomocí viskozimetrů a reometrů. Jednotky viskozity jsou Pascal-sekundy (nebo Nm-2 s). Systém cgs používá k měření viskozity jednotku „poise“pojmenovanou podle Jean Louis Marie Poiseuille. Viskozitu kapaliny lze také měřit několika experimenty. Viskozita kapaliny závisí na teplotě. Viskozita klesá se zvyšující se teplotou.
τ = μ ∂u / ∂y
Viskozitní rovnice a modely jsou pro nenewtonovské tekutiny velmi složité.
Jaký je rozdíl mezi povrchovým napětím a viskozitou?
• Povrchové napětí lze považovat za událost, ke které dochází v kapalinách v důsledku nevyvážených mezimolekulárních sil, zatímco viskozita nastává v důsledku sil na pohybující se molekuly.
• Povrchové napětí je přítomno v pohybujících se i nehybných tekutinách, ale viskozita se objevuje pouze v pohyblivých tekutinách.
