Viskoznost predstavlja otpor tečnosti pri proticanju. Viskoznost predstavlja unutrašnje trenje između molekula u fluidu.

Transcript

1 VISKOZNOST

2 VISKOZNOST Viskoznost predstavlja otpor tečnosti pri proticanju. Viskoznost predstavlja unutrašnje trenje između molekula u fluidu.

3 VISKOZNOST Da li očekujete da će glicerol imati veću ili manju viskoznost od etanola? Etanol Glicerol Otpor proticanju je rezultat nekoliko faktora, uključujući: međumolekulske interakcije oblik veličinu molekula.

4 VELIČINA MOLEKULA I VISKOZNOST Koji molekul bi lakše isticao iz boce? Koji bi pokazivao veće trenje? Kako to utiče na viskoznost?

5 VISKOZNOST TEČNOSTI Viskoznost predstavlja otpor kojim se pojedini slojevi tečnosti suprostavljaju kretanju jednog u odnosu na drugi, odnosno to je vrsta unutrašnjeg trenja koja dovodi do protoka fluida konstanom brzinom. Voda Sirup

6 MODEL Fluid koji protiče između dve paralelne ploče. površina A

7 NJUTNOV ZAKON Njutn: Koeficijent viskoznosti,, brojno je jednak sili koja između slojeva jedinične površine, održava jedinični gradijent brzine: F A dv y dx Tečnosti koje se pokoravaju Njutnovom zakonu pri laminarnom protoku su Njutnovske ili normalne tečnosti.

8 NJUTNOV ZAKON Njutnovski fluidi su fluidi koji zadovoljavaju Njutnov zakon viskoznosti. Nenjutnovski fluidi pokazuju nelinearnu zavisnost između primenje sile po jedinici površine i gradijenta brzine. dv y dx Idealni fluid (bez trenja) = 0 F A dv y dx Sila po jed. površine

9 DINAMIČKA VISKOZNOST Trenje između slojeva fluida koji klize jedan preko drugog: F A dv dx F dv / / A dx Jedinica za dinamičku viskoznost je poaz: 1 P= 0,1 Pa s a dimenzije su: m l - 1 t - 1 Recipročna vrednost viskoznosti je fluidnost, = 1/, koja pokazuje lakoću kojom tečnost teče.

10 KINEMATIČKA VISKOZNOST = / - gustina fluida. Jedinica je stoks: 1 St = 10-4 m s -1, a dimenzije su: l t -1

11 VISKOZNOST TEČNOSTI I GASOVA Viskoznost je osobina fluida da se suprostavljaju sili koja deluje na njih. Ovaj otpor zavisi od kohezionih sila i prenosa impulsa. Tečnosti - dominiraju kohezione sile i viskoznost opada sa temperaturom. Gasovi - dominira prenos impulsa (sudarima) i viskoznost raste sa porastom temperature.

12 tečnosti T( C) η(mpa s) gas T( C) η (µpa s) etilalkohol vazduh izopropilalkohol 0.4 vodonik metilalkohol helijum krv azot etilenglikol kiseonik etilenglikol čvrsto T ( C) η (Pa s) freon kaučuk freon Staklo freon

13 VRSTE PROTOKA

14 REJNOLDSOV EKSPERIMENT

15 REJNOLDSOV BROJ R e = ρ u d / η ρ gustina fluida u srednja brzina fluida kroz cev d prečnik cevi η viskoznost fluida Jednakost Rejnoldsovih brojeva za dva protoka ukazuje da su njihove fizičke karakteristike iste.

16 TIPOVI PROTOKA FLUIDA Idealni protok (R e = beskonačno) R e = ρ u d / η Ovaj tip protoka se ne javlja u praksi i služi samo kao model da se razumeju faktori koji utiču na protok.

17 TIPOVI PROTOKA FLUIDA Laminarni (parabolični) protok (R e < 100) R e = ρ u d / η Ovo je najuobičajeniji tip protoka i vidi se npr. kod hromatografije. Brzina kojom putuju molekuli može da se poveže sa njihovim položajem u struji paraboličnom jednačinom tipa. u x = u max (1-x /r )

18 TIPOVI PROTOKA FLUIDA Turbulentni protok (R e > 4000) R e = ρ u d / η Ovo je najčešći tip protoka u praksi, dovodi do mešanja toplote, gasova, hrane i dr. u vodi što je od značaja za održavanje života u akva svetu.

19 POAZEJEV ZAKON Posmatra se stacionarno proticanje nestišljivog fluida kroz cev pod dejstvom konstantne razlike pritiska. Pr 4 8Vl t Dr. Jean Leonard Marie Poiseuille

20 POAZEJEV ZAKON dr P 1 P r l F v r dv rl dr dv rl r ( P1 dr ( P1 P ) dv rdr l P ) 0 v dv v ( P 1 ( P 4l 1 P l P ) ( R ) R r r rdr )

21 POAZEJEV ZAKON POAZEJEV ZAKON dr r r R t l P P rdr vt dv ) ( ) ( 3 1 t R l P P dr r r R l t P P V R ) ( ) ( ) ( t R lp P P P P P t R l P P V ) ( ) ( 8 ) ( r l dr P 1 P

22 STOKSOV ZAKON Sila trenja koja deluje na sferu radijusa r koja se kreće brzinom v kroz tečnost viskoznosti : F 6rv potisak U težina, W viskozna sila F dijametar = r Tečnost, l 4 U ml g r 3 l g 3 4 W msg r 3 sg 3 U stanju ravnoteže nema ubrzanja: U W F r g l s 3 r gs l 9v 6vr 0

23 = f (T) Viskoznost tečnosti opada pri povećanju temperature. Arenijus i Gucman Aexp B RT Andrade v 1/ sp C exp B RTv sp

24 = f (T) Bačinski: v sp c kv c 0,3 k 0,3 Van der Vals: V c 3b v sp v sp b zapremina šupljina Dinamička viskoznost je obrnuto srazmerna zapremini šupljina!

25 AJRINGOVA TEORIJA VISKOZNOSTI

26 AJRINGOVA TEORIJA VISKOZNOSTI v m - - hn v efektivna zapremina koju zauzimaju molekuli energija aktivacije za proticanje tečnosti N A =E - molarna energija aktivacije. Ova energija je uporedljiva sa latentnom toplotom isparavanja. Pošto u tečnosti već ima slobodnog prostora to je: m A exp E 0, 4L mu kt hn V m 0, L exp RT A 4 mu

27 PRIMER: VODA

28 PRIMER: SUMPOR

29 = f (P) Sa povećanjem pritiska viskoznost raste, pri višim pritiscima taj porast je izraženijii nego pri nižim pritiscima. U odsustvu spoljašnjeg pritiska viskoznost je: 0 Dexp Ako se primeni pritisak P rad potreban za stvaranje šupljine je povećan za PV h gde je V h zapremina šupljine. Termalna energija za aktivirani protok je E+PV h a koeficijent viskoznosti je: E RT E PVh PV Dexp 0 exp RT RT h

30 I T, p KOD GASOVA I TEČNOSTI Fluid Uticaj T Uticaj P gasovi raste kao nema T 1/ tečnosti opada kao raste kao B log e A log e A kp T

31 VISKOZNOST Relativna viskoznost ( r ): r o Specifična viskoznost ( sp ): sp o o o 1 r 1 Unutrašnja viskoznost ([ sp ]): [ ] lim sp C0 C

32 MERENJE VISKOZNOSTI Ostwald-ov viskozimetar h Pr 8Vl 4 t ghr 8Vl 4 t Kapilarna cev t t 0 0 0

33 MERENJE VISKOZNOSTI Stoksov zakon r g( ' ) 9 v 1, 1, ( ) t ( ) t 1

34 MERENJE VISKOZNOSTI Kuetov viskozimetar