VISKOZNOST
VISKOZNOST Viskoznost predstavlja otpor tečnosti pri proticanju. Viskoznost predstavlja unutrašnje trenje između molekula u fluidu.
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.
VELIČINA MOLEKULA I VISKOZNOST Koji molekul bi lakše isticao iz boce? Koji bi pokazivao veće trenje? Kako to utiče na viskoznost?
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
MODEL Fluid koji protiče između dve paralelne ploče. površina A
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.
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
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.
KINEMATIČKA VISKOZNOST = / - gustina fluida. Jedinica je stoks: 1 St = 10-4 m s -1, a dimenzije su: l t -1
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.
tečnosti T( C) η(mpa s) gas T( C) η (µpa s) etilalkohol 0 1.1 vazduh 15 17.9 izopropilalkohol 0.4 vodonik 0 8.4 metilalkohol 0 0.59 helijum 0 18.6 krv 37 3-4 azot 0 16.7 etilenglikol 5 16.1 kiseonik 0 18.1 etilenglikol 100 1.98 čvrsto T ( C) η (Pa s) freon 11-5- 0.74 kaučuk 0 1000 freon 11 0 0.54 Staklo 5 10 18-10 1 freon 11 +5+ 0.4
VRSTE PROTOKA
REJNOLDSOV EKSPERIMENT
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.
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.
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 )
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.
POAZEJEV ZAKON Posmatra se stacionarno proticanje nestišljivog fluida kroz cev pod dejstvom konstantne razlike pritiska. Pr 4 8Vl t Dr. Jean Leonard Marie Poiseuille
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 )
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 4 1 0 3 1 8 ) ( ) ( ) ( t R lp P P P P P t R l P P V 4 0 1 0 1 4 1 16 ) ( ) ( 8 ) ( r l dr P 1 P
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 0 4 3 r g l s 3 r gs l 9v 6vr 0
= f (T) Viskoznost tečnosti opada pri povećanju temperature. Arenijus i Gucman Aexp B RT Andrade v 1/ sp C exp B RTv sp
= 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!
AJRINGOVA TEORIJA VISKOZNOSTI
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
PRIMER: VODA
PRIMER: SUMPOR
= 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
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
VISKOZNOST Relativna viskoznost ( r ): r o Specifična viskoznost ( sp ): sp o o o 1 r 1 Unutrašnja viskoznost ([ sp ]): [ ] lim sp C0 C
MERENJE VISKOZNOSTI Ostwald-ov viskozimetar h Pr 8Vl 4 t ghr 8Vl 4 t Kapilarna cev t t 0 0 0
MERENJE VISKOZNOSTI Stoksov zakon r g( ' ) 9 v 1, 1, ( ) t ( ) t 1
MERENJE VISKOZNOSTI Kuetov viskozimetar