Good Mood

lepkość

kinetyczne Wyjaśnienie teorii lepkości można uprościć badając je w kategoriach jakościowych. Lepkość jest spowodowana przeniesieniem pędu między dwiema płaszczyznami przesuwającymi się równolegle do siebie, ale z różnym tempem, a pęd ten jest przenoszony przez cząsteczki poruszające się między płaszczyznami. Cząsteczki z szybszej płaszczyzny poruszają się do wolniejszej płaszczyzny i mają tendencję do jej przyspieszania, podczas gdy cząsteczki z wolniejszej płaszczyzny podróżują do szybszej płaszczyzny i mają tendencję do jej spowolnienia. Jest to mechanizm, za pomocą którego jedna płaszczyzna doświadcza oporu drugiej., Prosta analogia to dwa przejeżdżające obok siebie pociągi pocztowe, a pracownicy rzucają worki pocztowe między pociągami. Za każdym razem, gdy torba pocztowa z szybko poruszającego się pociągu ląduje na powolnym, nadaje swój pęd powolnemu pociągowi, przyspieszając go trochę; podobnie każda torba pocztowa z powolnego pociągu, który ląduje na szybkim, spowalnia go trochę.

Jeśli pociągi są zbyt daleko od siebie, worki pocztowe nie mogą być przekazywane między nimi. Podobnie, płaszczyzny gazu muszą być tylko o średniej wolnej drodze od siebie, aby cząsteczki mogły przejść między nimi bez odchylania przez zderzenia., Jeśli zastosujemy takie podejście, można przeprowadzić proste obliczenia, podobnie jak w przypadku ciśnienia gazu, z wynikiem, żegdzie a jest liczbową stałą jedności Porządkowej, termin (N/V)vl jest miarą liczby cząsteczek zawartych w małym cylindrze zliczającym, a masa m jest miarą pędu przenoszonego między płaszczyznami ślizgowymi., Pole przekroju cylindra zliczającego i względna prędkość płaszczyzn ślizgowych nie pojawiają się w równaniu, ponieważ anulują się wzajemnie, gdy siła oporu jest podzielona przez pole i prędkość płaszczyzn w celu znalezienia η.

teraz widać, dlaczego η jest niezależne od gęstości gazu lub ciśnienia. Termin (N / V) w równaniu (23) jest liczbą nośników pędu, ale l mierzy liczbę kolizji, które kolidują z tymi nośnikami i jest odwrotnie proporcjonalny do (N/V). Te dwa efekty dokładnie się znoszą., Lepkość wzrasta wraz z temperaturą, ponieważ średnia prędkość V robi; to znaczy, pęd jest przenoszony szybciej, gdy cząsteczki poruszają się szybciej. Chociaż V wzrasta jako T1/2, η wzrasta nieco szybciej, ponieważ średnia wolna ścieżka wzrasta również wraz z temperaturą, ponieważ trudniej jest odbić szybką cząsteczkę niż wolną. Ta cecha zależy wyraźnie od sił między cząsteczkami i jest trudna do dokładnego obliczenia, podobnie jak wartość stałej a, która okazuje się być bliska 1/2.,

zachowanie lepkości mieszaniny można również wyjaśnić za pomocą powyższych obliczeń. W mieszaninie lekkiego gazu i lepkiego gazu ciężkiego oba typy cząsteczek mają tę samą średnią energię; jednak większość pędu jest przenoszona przez ciężkie cząsteczki, które są zatem głównymi czynnikami lepkości. Cząsteczki światła są raczej nieskuteczne w odbijaniu ciężkich cząsteczek, tak że te ostatnie nadal przenoszą praktycznie tyle pędu, ile byłyby w przypadku braku cząsteczek światła., Dodanie gazu lekkiego do gazu ciężkiego nie zmniejsza zatem znacznie lepkości i może w rzeczywistości ją zwiększyć z powodu małego dodatkowego pędu przenoszonego przez cząsteczki światła. Lepkość ostatecznie zmniejszy się, gdy w dużym morzu cząsteczek światła pozostanie tylko kilka ciężkich cząsteczek.

główna zależność η od masy cząsteczkowej jest przez produkt vm w równaniu (23), który zmienia się jako m1/2, ponieważ V zmienia się jako 1/m1 / 2., Dzięki temu efektowi gazy ciężkie wydają się być bardziej lepkie niż gazy lekkie, ale tendencja ta jest kompensowana w pewnym stopniu przez zachowanie l, które wydaje się być mniejsze dla ciężkich cząsteczek, ponieważ są one zwykle większe niż cząsteczki światła i dlatego bardziej narażone na zderzenie. Często mylący związek między lepkością a masą cząsteczkową można zatem wyjaśnić równaniem (23).,

wreszcie, w gazie o wolnej cząsteczce nie ma kolizji z innymi cząsteczkami, które utrudniałyby transport pędu, a lepkość zwiększa się liniowo wraz z ciśnieniem lub gęstością, aż liczba kolizji stanie się na tyle duża, że lepkość przyjmuje stałą wartość podaną przez równanie (23). Nieidealne zachowanie gazu, któremu towarzyszy dalszy wzrost gęstości, ostatecznie prowadzi do wzrostu lepkości, a lepkość niezwykle gęstego gazu staje się podobna do lepkości cieczy.