Как да се определи вътрешното триене 2
§ 48. газ Вискозитет (вътрешно триене)
Газ Вискозитет (същото се отнася за течности) - е свойство, с което скоростта на съответствие от слоеве от различен газ. Този имот, ние трябва, например, че вятърът или бурята утихне с течение на времето. Подравняване скорост на газа съседни слоеве, ако тези скорости са различни е така, защото на слоя газ при по-висока скорост на движение се предава импулс (количество на движение) на слой движи по-бавна скорост.
Ако външни сили се поддържа постоянна разлика в скоростите на различните слоеве на газ и потока на импулса от слой на слой е константа (неподвижен), и този поток се насочва по капка скорост. В този случай ние, например, да отговарят на бавен поток от газ (или течност) между двете плочи или в тръба под постоянна разлика външен натиск е насочено по движение.
Известно е, че когато газът протича по скоростта на тръба различни слоеве са разпределени, както е показано на фиг. 58, където стрелки представляват вектори на скоростта на газа. най-много
скорост се наблюдава в центъра, в близост до оста на тръбата; на скорост, като го приближава към стените се намалява и слой директно в непосредствена близост до стените на тръбата е в покой.
С настъпва този импулс по време на прехвърлянето на газ от централния слой, при което най-високата скорост, за влакната, движещи се в по-ниска скорост. Тъй като този процес е свързан с промяна в инерция, газът се държи така, сякаш управлява някои сила (силата на вътрешно триене).
Количествено трансфер импулс може да се опише по същия начин, както е описано процеса на трансфер на енергия в топлинна проводимост.
Да предположим, че промяната на скорост на газа се среща в посоката на оста х, която в този случай, перпендикулярна на посоката на най скорост на газа (фиг. 59).
В посока, перпендикулярна на оста Х, скоростта е същото във всички точки. Това означава, че скоростта е функция на х. След това, тъй като опитът показва, количеството трафик, носен от един с проходен сечение, перпендикулярно на оста Х, определен от уравнението
където градиента на скоростта по оста X, характеризиращи скоростта на степента на промяна по тази ос (промяна в скоростта на единица дължина). В знак минус означава, че инерцията се прехвърля в посока на намаляване на скоростта.
Коефициент нарича коефициент вискозитет или вътрешно триене и газ, както и проводимостта и дифузионните коефициенти термични зависи от свойствата на газа. Понякога коефициент, определен от уравнение (48.1), се нарича динамичен вискозитет, за разлика от кинематичен вискозитет коефициент, равен на съотношението, където плътността на газ (стойността на този см. По-долу).
Физическата смисъла на коефициента на вискозитет е, че е числено равно на количеството на движение, който е прехвърлен на единица за време (1 секунда) чрез областта в градиент на скоростта (в ескроу перпендикулярна на земята), равна на една (1 см / дължина 1 cm) ,
Устройството на вискозитет се взема коефициент вискозитет на веществото (газ) в SI единици, при градиент на скоростта равна на единство в подложката в прехвърления количеството на движение на 1 сек. Следователно, коефициентът на вискозитет се измерва в единици. Вискозитетът на система GHS се измерва в единици Това устройство се нарича поаза. кинематичен коефициент вискозитет се измерва в съответствие с това устройство се нарича отток.
При прехвърляне на инерция от един слой с промяната на инерция на тези слоеве (увеличаване или намаляване). Това означава, че за всеки един от слоевете сила, равна на промяната на импулса за единица време (втори закон на Нютон). В крайна сметка, в уравнение (48.1) - е прехвърлянето на инерция в даден момент! Следователно вискозитета води до факта, че всеки газ слой се движи спрямо съседен се подлага на действието на някои сила.
Тази сила е не друг, а силата на триене между слоевете на газ, които се движат с различна скорост. Оттам идва и името на вътрешното триене. Уравнение (48.1) може да бъде в писмена форма
при което - силата на единица площ от повърхността, разделяща два съседни газ слой. Коефициентът на вискозитет е числено равно на силата, действаща на единица площ при градиент ниво, равно на единица.
Вътрешният триенето е причината, поради която се изисква газовия поток (или течност) определена разлика в налягането през тръбата. За скоростта на потока имаше някаква определена стойност, тази разлика в налягането dolzhnabyt по-голямата, по-голям коефициент на триене на вътрешния
Връзката между обема в литри за единица време, протичащ през сечение на тръба за газ и необходима за тази разлика в налягането е установено известно Поазьой формула:
където I - дължина на тръбата и нейния радиус.
Използвайки тази формула, е възможно, чрез измерване на количеството на газ в продължение на определен период от изминалото време през тръба, разликата в налягането в краищата си и познаването на геометричните размери на тръбата за определяне на коефициент на вискозитет на газа.
Изчисление на коефициента на вискозитет газ. Количеството на коефициента вискозитет газ може да бъде определена по начин, подобен на този, който се използва при изчисляването на проводимост и дифузионните коефициенти термично.
Ако газът протича при определена скорост, това означава, че всички молекули имат скорост по-голяма от тази скорост на термично движение, което в настоящия газът се напълно, както и в покой. Следователно Всяка молекула е импулс (m е масата на молекулата), насочена в същата посока, за всички молекули. Обикновено скоростта на газовия поток е по същество по-малко от термичната скоростта на молекулите.
Разглеждане на подложка, успоредна на скоростта на газовия поток и следователно, перпендикулярна на посоката на прехвърляне на скорост (фиг. 60). Да приемем, че намалява скоростта на газовия поток в посока на оста X. ,. скорост Е. потока на полето подложка е по-малко от ляво. Чрез обмен на молекули между двете газови слоеве (обмен се дължи на термично движения), тази разлика се намалява. Молекулите десен заменени с други молекули, които дойдоха на ляво, като по-голяма скорост и по този начин по-голяма скорост. В сблъсъци на молекулите с молекули, разположени вдясно от този голям дебит се разпределя между тях. молекули добре, след което скоростта на потока на този слой, и следователно пулса станат по-големи, докато скоростта и инерцията на слоя газ отляво на намаление.
С други думи, обмен на молекули вследствие на топлинно движение, има тенденция да се изравнят скоростите на потока на различни слоеве газ. Такъв е механизъм за предаване на инерция в посока на оста X от един от течащия газ слой към друг.
скорост на потока прехвърля за единица време (1 сек) на единица площ на обекта се определя от разликата импулс поемат молекули пресичащи платформата наляво и надясно. Импулсите преносими молекули от ляво на дясно, е продукт на една молекула импулс от броя на молекулите, преминаващи зона единица за единица време. Накрая, както е показано по-горе, е равен на броя на молекулите на единица обем - средният процент на топлина
молекулно движение). Импулсите отделни молекули, които го носи подложка пресичане импулс, чиито молекули имат най-накрая преди зоната на сблъсък, т.е.. Е. На разстояние от порядъка на средната свободен пътя на X обекти.
Ако скоростта на газовия поток на разстояние X от ляво на инерцията на молекулата се свързва с газовия поток, е - молекулно тегло). По този начин,
Съответно молекули пресичане на полето подложка,
където скоростта на газовия поток на разстояние X от дясната страна чрез получената кинетична енергия на единица площ е равна на 1
където разликата в скоростта на газовия поток в точки раздалечени на разстояние, т. е.
Сравнявайки този израз с (48.1), ние получаваме експресията на коефициента на вискозитет:
където плътността газ.
Уравнение (48.3), както и по-рано получена стойност на топлопроводимост, дава оценка на коефициента на вискозитет в числен коефициент, който е само приблизително равна на 1/3.
От тази формула се вижда, че коефициентът на вискозитет също не трябва да зависи от налягането, тъй като продуктът не зависи от налягането. Измерванията на вискозитета потвърждават тази констатация в широка гама от налягания.
От сравнението на изрази за коефициентите на топлопроводимост (47.3) и вискозитет (48.3), която има проста връзка между тях;
където специфичната топлина при постоянен обем. Това уравнение установява връзката между чисто механични и термични ефекти (топлопроводимост) на газа. стойности, принадлежащи към пряко измерени експериментално.
Таблица 10 (виж фиг. Scan)
Таблица. 10 показва измерване на коефициента на вискозитет, топлопроводимост и специфична топлина на няколко газове и данни, изчислени от тези стойности в зависимост от връзката, която (48.4) трябва да бъде равна на единица. От tablytsy се вижда, че по реда на уравнението (48.4) е добре изпълнено. По-добре да отговарят на параметрите с не може да се очаква от теоретичната стойност на опит, като се вземат предвид приблизителния характер на изчисляването на коефициентите
Коефициент на вътрешно триене има, както и топлопроводимост, зависи от температурата, тъй като експресията на средната скорост включва термична движение на молекулите, в зависимост от температурата в съответствие със закона означава, че коефициентът на вискозитет също трябва да се увеличава пропорционално с повишаване на температурата
В действителност вискозитетът се увеличава малко по-бързо, отколкото е свързан с факта, че с повишаване на температурата не само увеличава топлинната скоростта на молекулите, но също намалява ефективното напречно сечение на молекули, и следователно увеличава средната свободен път; далеч от мястото, в предната част на последния слой данни сблъсък става голяма и поради това увеличава промяната на инерция, която носи молекула.
Така очертаните тук молекулярни кинетични концепции вискозитета на механизма са в добро качествен и количествен споразумение с експеримент.
Тъй като експресията включва средната свободен път, измерване на коефициента на вискозитета, както и термичната проводимост, за да се определи (или поне да се прецени) молекулното размер.