Różnica między napięciem powierzchniowym a lepkością

Napięcie powierzchniowe a lepkość

Lepkość i napięcie powierzchniowe to dwa bardzo ważne zjawiska dotyczące mechaniki i statyki płynów. Skutki tych zjawisk wpływają na takie dziedziny, jak hydrodynamika, aerodynamika, a nawet lotnictwo. Niezbędna jest dobra znajomość tych zjawisk, aby móc osiągać doskonałe wyniki w takich dziedzinach. W tym artykule porównamy lepkość i napięcie powierzchniowe oraz przedstawimy różnice między nimi.

Co to jest napięcie powierzchniowe?

Rozważ jednorodną ciecz. Każda cząsteczka w środkowych częściach cieczy będzie miała dokładnie taką samą siłę przyciągającą ją z każdej strony. Otaczające cząsteczki ciągną centralnie cząsteczkę równomiernie w każdym kierunku. Teraz rozważ cząsteczkę powierzchniową. Ma tylko siły działające na nią w kierunku cieczy. Siły adhezyjne powietrze-ciecz nie są nawet tak silne jak siły kohezyjne ciecz-ciecz. Dlatego cząsteczki powierzchniowe przyciągają się w kierunku środka cieczy, tworząc upakowaną warstwę cząsteczek. Ta warstwa powierzchniowa cząsteczek działa jak cienki film na cieczy. Jeśli weźmiemy przykład z wodnego urządzenia do mieszania, ten cienki film wykorzystuje się do umieszczenia na powierzchni wody. Ślizga się po tej warstwie. Gdyby nie ta warstwa, natychmiast utopiłaby się. Napięcie powierzchniowe definiuje się jako siłę równoległą do powierzchni prostopadłą do linii długości jednostkowej narysowanej na powierzchni. Jednostkami napięcia powierzchniowego są Nm^-1. Napięcie powierzchniowe jest również definiowane jako energia na jednostkę powierzchni. Daje to również napięciu powierzchniowemu nową jednostkę Jm^-2). Napięcie powierzchniowe występujące między dwoma niemieszającymi się płynami znane jest jako napięcie międzyfazowe.

Co to jest lepkość?

Lepkość definiuje się jako miarę oporu płynu odkształcanego przez naprężenie ścinające lub naprężenie rozciągające. Innymi słowy, lepkość to „tarcie wewnętrzne” płynu. Jest to również określane jako grubość płynu. Lepkość jest po prostu tarciem między dwiema warstwami płynu, gdy dwie warstwy poruszają się względem siebie. Sir Isaac Newton był pionierem w mechanice płynów. Postulował, że w przypadku płynu Newtona 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 oznaczona grecką literą „µ”. Lepkość płynu można zmierzyć za pomocą wiskozymetrów i reometrów. Jednostkami lepkości są sekundy paskalowe (lub Nm^-2)s). System cgs używa jednostki „spokój” nazwanej imieniem Jean Louis Marie Poiseuille do pomiaru lepkości. Lepkość płynu można również zmierzyć za pomocą kilku eksperymentów. Lepkość płynu zależy od temperatury. Lepkość maleje wraz ze wzrostem temperatury.

τ = μ ∂u / ∂y

Równania i modele lepkości są bardzo złożone dla płynów nienewtonowskich.