viscosidad
La explicación de la teoría cinética de la viscosidad se puede simplificar examinándola en términos cualitativos. La viscosidad es causada por la transferencia de momento entre dos planos que se deslizan paralelos entre sí pero a diferentes velocidades, y este momento es transferido por moléculas que se mueven entre los planos. Las moléculas del plano más rápido se mueven al plano más lento y tienden a acelerarlo, mientras que las moléculas del plano más lento viajan al plano más rápido y tienden a ralentizarlo. Este es el mecanismo por el cual un plano experimenta el arrastre del otro., Una analogía simple es dos trenes de correo que pasan entre sí, con los trabajadores lanzando bolsas de correo entre los trenes. Cada vez que un mailbag del tren que se mueve rápidamente aterriza en el lento, imparte su impulso al tren lento, acelerándolo un poco; de la misma manera, cada mailbag del tren lento que aterriza en el rápido lo ralentiza un poco.
si los trenes están demasiado separados, las bolsas de correo no se pueden pasar entre ellos. Del mismo modo, los planos de un gas deben estar solo a una distancia media libre para que las moléculas pasen entre ellos sin ser desviadas por colisiones., Si se utiliza este enfoque, se puede realizar un cálculo simple, como en el caso de la presión de gas, con el resultado de que
donde a es una constante numérica de unidad de orden, el término (N/V)vl es una medida del número de moléculas contenidas en un pequeño cilindro de conteo, y la masa m es una medida del momento llevado entre los planos de deslizamiento., El área de la sección transversal del cilindro de conteo y la velocidad relativa de los planos deslizantes no aparecen en la ecuación porque se cancelan entre sí cuando la fuerza de arrastre se divide por el área y la velocidad de los planos para encontrar η.
ahora se puede ver por qué η es independiente de la densidad o presión del gas. El término (N / V) en la ecuación (23) es el número de portadores de momento, pero l mide el número de colisiones que interfieren con estos portadores y es inversamente proporcional a (N/V). Los dos efectos se cancelan exactamente., La viscosidad aumenta con la temperatura porque la velocidad promedio V lo hace; es decir, el momento se lleva más rápidamente cuando las moléculas se mueven más rápido. Aunque v aumenta como T1 / 2, η aumenta algo más rápido porque el camino libre Medio también aumenta con la temperatura, ya que es más difícil desviar una molécula rápida que una lenta. Esta característica depende explícitamente de las fuerzas entre las moléculas y es difícil de calcular con precisión, al igual que el valor de la constante a, que resulta ser cercana a 1/2.,
el comportamiento de la viscosidad de una mezcla también se puede explicar por el cálculo anterior. En una mezcla de un gas ligero y un gas pesado viscoso, ambos tipos de moléculas tienen la misma energía promedio; sin embargo, la mayor parte del momento es llevado por las moléculas pesadas, que son por lo tanto los principales contribuyentes a la viscosidad. Las moléculas de luz son bastante ineficaces para desviar las moléculas pesadas, de modo que estas últimas continúan llevando prácticamente tanto impulso como lo harían en ausencia de moléculas de luz., La adición de un gas ligero a un gas pesado, por lo tanto, no reduce la viscosidad sustancialmente y, de hecho, puede aumentarla debido al pequeño impulso adicional llevado por las moléculas de luz. La viscosidad eventualmente disminuirá cuando solo queden unas pocas moléculas pesadas en un gran mar de moléculas de luz.
la principal dependencia de η en la masa molecular es a través del producto vm en la ecuación (23), que varía como m1/2 ya que v varía como 1/m1/2., Debido a este efecto, los gases pesados tienden a ser más viscosos que los gases ligeros, pero esta tendencia se compensa hasta cierto punto por el comportamiento de l, que tiende a ser más pequeño para las moléculas pesadas porque generalmente son más grandes que las moléculas ligeras y, por lo tanto, más propensos a chocar. La conexión a menudo confusa entre la viscosidad y el peso molecular puede ser explicada por la ecuación (23).,
finalmente, en un gas de molécula libre no hay colisiones con otras moléculas para impedir el transporte del momento, y la viscosidad aumenta linealmente con la presión o la densidad hasta que el número de colisiones se vuelve lo suficientemente grande como para que la viscosidad asuma el valor constante dado por la ecuación (23). El comportamiento no ideal del gas que acompaña a nuevos aumentos en la densidad eventualmente conduce a un aumento en la viscosidad, y la viscosidad de un gas extremadamente denso se asemeja mucho a la de un líquido.
