viscositeit
De kinetisch-theoretische verklaring van viscositeit kan worden vereenvoudigd door deze in kwalitatieve termen te onderzoeken. De viscositeit wordt veroorzaakt door de overdracht van momentum tussen twee vlakken die evenwijdig aan elkaar glijden, maar met verschillende snelheden, en dit momentum wordt overgedragen door moleculen die zich tussen de vlakken bewegen. De Molecules van het snellere vliegtuig bewegen zich aan het langzamere vliegtuig en neigen om het te versnellen, terwijl de molecules van de langzamere vliegtuigreis aan het snellere vliegtuig en neigen om het neer te vertragen. Dit is het mechanisme waardoor het ene vlak de weerstand van het andere ervaart., Een eenvoudige analogie is dat twee posttreinen elkaar passeren, waarbij arbeiders postzakken tussen de treinen gooien. Elke keer als een postzak van de snel bewegende trein landt op de langzame, het geeft zijn momentum aan de langzame trein, versnellen het een beetje; evenzo elke postzak van de langzame trein die landt op de snelle een vertraagt het een beetje.
als de treinen te ver uit elkaar liggen, kunnen de postzakken niet tussen hen worden doorgegeven. Op dezelfde manier moeten de vlakken van een gas slechts ongeveer een gemiddelde vrije weg apart zijn zodat moleculen tussen hen door kunnen gaan zonder door botsingen te worden afgebogen., Als men deze benadering gebruikt, kan een eenvoudige berekening worden uitgevoerd, net als in het geval van de gasdruk, met als resultaat dat
waar a een numerieke constante van ordeeenheid is, de term (N/V)vl een maat is van het aantal moleculen in een kleine telcilinder en de massa m Een maat is van de momentum die tussen de glijvlakken wordt gedragen., Het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de telcilinder en de relatieve snelheid van de glijvlakken komen niet voor in de vergelijking omdat ze elkaar opheffen wanneer de trekkracht wordt gedeeld door het oppervlak en de snelheid van de vlakken om η te vinden.
men kan nu zien waarom η onafhankelijk is van gasdichtheid of-druk. De term (N/V) in vergelijking (23) is het aantal dragers van momentum, maar l meet het aantal botsingen die interfereren met deze dragers en is omgekeerd evenredig met (N/V). De twee effecten neutraliseren elkaar precies., De viscositeit neemt toe met de temperatuur omdat de gemiddelde snelheid v dat doet; dat wil zeggen, het momentum wordt sneller gedragen wanneer de moleculen sneller bewegen. Hoewel v toeneemt als T1 / 2, stijgt η iets sneller omdat het gemiddelde vrije pad ook toeneemt met de temperatuur, omdat het moeilijker is om een snel molecuul af te buigen dan een langzaam molecuul. Deze eigenschap hangt uitdrukkelijk van de krachten tussen de molecules af en is moeilijk nauwkeurig te berekenen, evenals de waarde van constante a, die dichtbij 1/2 blijkt te zijn.,
het gedrag van de viscositeit van een mengsel kan ook worden verklaard door de voorgaande berekening. In een mengsel van een licht gas en een visceus zwaar gas, beide soorten moleculen hebben dezelfde gemiddelde energie; echter, het grootste deel van het momentum wordt gedragen door de zware moleculen, die daarom de belangrijkste bijdragen aan de viscositeit. De lichte molecules zijn eerder ineffectief in het afbuigen van de zware molecules, zodat de laatstgenoemde vrijwel zoveel momentum blijven dragen als zij in de afwezigheid van lichte molecules zouden., De toevoeging van een licht gas aan een zwaar gas vermindert dus de viscositeit niet substantieel en kan deze in feite verhogen door het kleine extra momentum dat door de lichtmoleculen wordt gedragen. De viscositeit zal uiteindelijk afnemen als er nog maar een paar zware moleculen overblijven in een grote zee van lichte moleculen.
de belangrijkste afhankelijkheid van η van de molecuulmassa is door het product vm in vergelijking (23), die varieert als m1/2 omdat v varieert als 1/m1/2., Door dit effect zijn zware gassen over het algemeen kleveriger dan lichte gassen, maar deze tendens wordt tot op zekere hoogte gecompenseerd door het gedrag van l, dat Voor zware moleculen kleiner is omdat ze meestal groter zijn dan lichte moleculen en daarom meer kans hebben op botsingen. Het vaak verwarrende verband tussen viscositeit en molecuulgewicht kan dus worden verklaard door vergelijking (23).,
ten slotte zijn er in een vrij-molecuulgas geen botsingen met andere moleculen die het momentumtransport belemmeren, en de viscositeit neemt dus lineair toe met druk of dichtheid totdat het aantal botsingen groot genoeg wordt zodat de viscositeit de constante waarde aanneemt die wordt gegeven door vergelijking (23). Het nonideale gedrag van het gas dat een verdere toename van de dichtheid begeleidt leidt uiteindelijk tot een toename van de viscositeit, en de viscositeit van een extreem dicht gas wordt net als die van een vloeistof.
