viscosité
l’explication cinétique de la viscosité peut être simplifiée en l’examinant en termes qualitatifs. La viscosité est causée par le transfert d’élan entre deux plans glissant parallèlement l’un à l’autre mais à des vitesses différentes, et cet élan est transféré par des molécules se déplaçant entre les plans. À partir de molécules plus vite avion déplacer vers le ralentissement de l’avion et ont tendance à accélérer, alors que les molécules le plus lent en avion à l’accélération de l’avion et ont tendance à ralentir. C’est le mécanisme par lequel un plan subit la traînée de l’autre., Une analogie simple est deux trains de courrier qui se passent, avec des travailleurs jetant des sacs de courrier entre les trains. Chaque fois qu’un sac de courrier du train rapide atterrit sur le train lent, il donne son élan au train lent, l’accélérant un peu; de même chaque sac de courrier du train lent qui atterrit sur le train rapide le ralentit un peu.
Si les trains sont trop éloignés, les sacs de courrier ne peuvent pas être passés entre eux. De même, les plans d’un gaz ne doivent être séparés que d’environ un chemin libre moyen pour que les molécules puissent passer entre eux sans être déviées par des collisions., Si l’on utilise cette approche, un calcul simple peut être effectué, tout comme dans le cas de la pression du gaz, avec pour résultat que
où a est une constante numérique d’unité d’ordre, le terme (N/V)vl est une mesure du nombre de molécules contenues dans un petit cylindre de comptage, et la masse m est une mesure de l’élan porté entre les plans de glissement., La section transversale du cylindre de comptage et la vitesse relative des plans de glissement n’apparaissent pas dans l’équation car elles s’annulent lorsque la force de traînée est divisée par la surface et la vitesse des plans afin de trouver η.
on peut maintenant voir pourquoi η est indépendant de la densité ou de la pression du gaz. Le terme (N/V) dans l’équation (23) est le nombre de porteurs d’impulsion, mais l mesure le nombre de collisions qui interfèrent avec ces porteurs et est inversement proportionnel à (N/V). Les deux effets exactement annuler les uns les autres., La viscosité augmente avec la température car la vitesse moyenne v le fait; c’est-à-dire que l’élan est transporté plus rapidement lorsque les molécules se déplacent plus rapidement. Bien que v augmente à mesure que T1 / 2, η augmente un peu plus rapidement car la trajectoire libre moyenne augmente également avec la température, car il est plus difficile de dévier une molécule rapide qu’une molécule lente. Cette caractéristique dépend explicitement des forces entre les molécules et est difficile à calculer avec précision, tout comme la valeur de la constante a, qui s’avère proche de 1/2.,
Le comportement de la viscosité d’un mélange peut également être expliqué par le calcul ci-dessus. Dans un mélange d’un gaz léger et d’un gaz lourd visqueux, les deux types de molécules ont la même énergie moyenne; cependant, la majeure partie de l’élan est portée par les molécules lourdes, qui sont donc les principaux contributeurs à la viscosité. Les molécules légères sont plutôt inefficaces pour dévier les molécules lourdes, de sorte que ces dernières continuent à porter pratiquement autant d’élan qu’elles le feraient en l’absence de molécules légères., L’addition d’un gaz léger à un gaz lourd ne réduit donc pas sensiblement la viscosité et peut en fait l’augmenter du fait du faible élan supplémentaire porté par les molécules légères. La viscosité finira par diminuer lorsqu’il ne restera que quelques molécules lourdes dans une grande mer de molécules légères.
la principale dépendance de η sur la masse moléculaire est à travers le produit vm dans l’équation (23), qui varie comme m1/2 puisque v varie comme 1/m1 / 2., En raison de cet effet, les gaz lourds ont tendance à être plus visqueux que les gaz légers, mais cette tendance est compensée dans une certaine mesure par le comportement de l, qui a tendance à être plus petit pour les molécules lourdes car ils sont généralement plus gros que les molécules légères et donc plus susceptibles de se heurter. Le lien souvent confus entre viscosité et poids moléculaire peut donc être expliqué par l’équation (23).,
enfin, dans un gaz à molécule libre, il n’y a pas de collisions avec d’autres molécules pour entraver le transport de l’élan, et la viscosité augmente ainsi linéairement avec la pression ou la densité jusqu’à ce que le nombre de collisions devienne suffisamment grand pour que la viscosité prenne la valeur constante donnée par l’équation (23). Le comportement non idéal du gaz qui accompagne d’autres augmentations de densité conduit finalement à une augmentation de la viscosité, et la viscosité d’un gaz extrêmement dense devient très semblable à celle d’un liquide.
