لزوجة

اللزوجة الحركية للسائل

من جهة ثانية، تبين اللزوجة الحركية (اللزوجة الدينامية) لسائل ما مقدار مقاومة السائل للجريان (السيلان) عند حركتة وعلاقة هذه المقاومة بدرجة حرارة السائل. فكلما زادت الحرارة، تقل اللزوجة الحركية ويصبح السائل أكثر ميوعة. يعود السبب في ذلك إلى قوى التماسك بين الجزيئات والتي تطغى على انتقال العزم الجزيئي بين هذه الجزيئات، وهذا كذلك بسبب تقارب الجزيئات إلى حدّ كبير (هذا يفسر سبب صغر حجم السوائل مقارنة بالغازات). عند تسخين السائل، فإن قوى التماسك بين الجزيئات تقل وبالتالي تقل قوى التجاذب بينها، مؤدية بالنهاية إلى تقليل لزوجة السائل.Effect of Temperature on the Viscosity of the Fluid

علاوةً على ذلك، نفترض وجود لوحين متوازيين بينهما مسافة x ومساحة كل منهما A، ونقترض وجود سائل يملأ المكان بين اللوحين. فإذا بدأنا تحريك اللوح 2 يسرعة ثابتة v فتتحرك طبقة السائل الملاصقة للوح 2 كذلك بالسرعة v. وبما أن اللوح 1 ثابت لا يتحرك فإن طبقة السائل الملاصقة له تبقى لا تتحرك. أي أن طبقات السائل بين اللوحين ستتحرك بسرعات متناسبة طرديا مع المسافة بين اللوحين (انظر الشكل، حيث يتناسب كل سهم مع سرعته).

كذلك، من جهة أخرى، كلما زادت سرعة التدفق ارتفعت اللزوجة، أي أن مقاومة السائل للسير بالحركة تزداد مع ازدياد الضغط.

من جانب آخر، ويمكن أن تبين التجربة أن القوة F التي تحرك اللوح 2 تتناسب تناسبا طرديا مع مساحة اللوح A، كما تتناسب تناسبا طرديا مع سرعة اللوح v، وتتناسب تناسبا عكسيا مع المسافة x بين اللوحين، أي أن:

• ويمكن تحويل العلاقة إلى معادلة بوساطة ثابت التناسب :
• ويسمى ثابت التناسب اللزوجة الحركية وأحيانا يقال لها اللزوجة.
• وحدة اللزوجة الحركية (الدينامية) هي: كيلوجرام·متر−1·ثانية−1

القياس

في هذا الإطار، مادة السائل اللزوجة [ mPa s ] ماء 1 ماء (25°) 0.891 زيت احتراق 0.65 إسفلت 105 دم (37°) 4 حتى 25 زيت زيتون 102 عسل104 زجاج 102 حتى 104

هذه القيم تقريبية وقد عينت عند درجة حرارة 20°.

وفي هذا السياق، قياس اللزوجة إذن يتم عبر القيام بتجربة يتم فيها ضغط سائل معين تحت تأثير قوة خارجية عبر أنبوب ذو قطر محدد، ويقاس عندها كمية السائل الذي يخرج في وقت معين. لتكون وحدة قياس اللزوجة بال النيوتن.ثانية /متر مربع. أو بالباسكال. ثانية (Pa s)، حيث النيوتن/متر مربع يساوي 1 باسكال.

الميللي باسكال = 0.001 باسكال.

قيم اللزوجة لبعض السوائل (بالمللي باسكال. ثانية):

اللزوجة الكينماتيكية

وفي هذا الصدد، نحسب اللزوجة الكينماتيكية، ويرمز لها بالرمز «نيو» بقسمة اللزوجة الحركية على كثافة السائل:

وبذلك تحتسب اللزوجة الكينماتية بوحدة أخرى وهي: متر2 /ثانية.

بالإنجليزية:St = 1 cm2/s

وعلى صعيد آخر، كما تستعمل أحيانا للزوجة الكينماتية وحدة اسمها ستوكس، حيث: 1 ستوكس = 1 سنتيمتر2 /ثانية

معامل اللزوجة

وعلى صعيد آخر، هو القوة لكل وحدة مساحة المطلوبة للحفاظ على وجود اختلاف في سرعة وحدة مسافة واحدة لكل وحدة زمنية بين مستويين متوازيان في السائل يقعان في اتجاه التدفق وبينهما وحدة مسافة واحدة.

• انظر كذلك
• لزوجة الدم
• مقياس اللزوجة
• حالة سائلة
• ميكانيكا الموائع
• سائل
• غاز
• رقم كنودسن
• حالة عدم الإنزلاق

أو نيوتن. ثانية /متر²

حيث:.....(*)

في هذا الإطار، وعندما تكون لا تعتمد على السرعة v يسمى السائل سائل نيوتوني إشارة إلى نيوتن. وبالنسبة لهذا السائل تتناسب سرعة كل طبقة سائل بين اللوحين تناسبا طرديا. أما إذا كانت تتغير بتغير السرعة v (دالة للسرعة) فيسمى السائل سائل لا نيوتوني .

إضافةً إلى ذلك، ويقال أن مادة معينة يكون لها اللزوجة 1N.s/m² عندما تكون مساحة اللوحين 1 متر 2 , وأن نكون المسافة بينهما 1 متر، فتكون القوة المطلوبة 1 نيوتن (1N) لكي نحرك اللوح بالنسبة للأخر بسرعة 1 متر في الثانية.

وبالنسبة إلى الوحدة نجد أن:

[K]

حيث:

درجة الحرارة المطلوبة كلفن،

في هذا الإطار، [10−6 Pa s] هواء 120 291.15 18.27 نيتروجين 111 300.55 17.81 أكسجين 127 292.25 20.18 ثاني أكسيد الكربون 240 293.15 14.8 أول أكسيد الكربون 118 288.15 17.2 هيدروجين 72 293.85 8.76 أمونيا 370 293.15 9.82 ثاني أكسيد الكبريت 416 293.65 12.54 هيليوم 79.4 data constants for sutherland's formula 273 19 Viscosity of liquids and gases

وفي السياق ذاته، reference viscosity in (Pa·s) اللزوجة المرجعية باسكال. ثانية عند درجة الحرارة المرجعية ،

ثابت سترلاند للغاز المراد حساب لزوجته.

درجة الحرارة المرجعية كلفن،

في هذا الإطار، الزوجة الحركية بوحدة باسكال. ثانية عند درجة الحرارة المطلوبة T،

في هذا الإطار، اعتماد لزوجة الغازات على درجة الحرارةصاغ سترلاند علاقة يمكن بواسطتها حساب لزوجة الغاز عند درجات الحرارة المختلفة (باعتبار أن الغاز غازا مثالياً، والعلاقة هي حيث C ثابت سترلاند :

من جهة ثانية، وتنطبق تلك المعادلة على الغازات عند درجة حرارة T بين 0 كلفن و 555 كلفن عند ضغط أقل من 3.45 ميجا باسكال (مليون باسكال)، ويبلغ الخطأ الناشئ عن التقريب 10%.

لزوجة الغازات

• الجدول التالي يعطي لزوجة بعض الغازات:
• بالنسبة إلى ثابت سترلاند C انظر أسفله.
• الغاز
• [K]

علاوةً على ذلك، للغازات كذلك لزوجة يمكن مراقبة نبض جريانها تحت المجهر. حيث أن لزوجة الغازات لا تتعلق بالضغط بل بمعدل الطول البعدي لجزيئات الغاز. لكن في الغاز تحدث الظاهرة بشكل معاكس عند دراسة تأثيرات درجة الحرارة. تزداد لزوجة الغازات بزيادة درجة حرارتها. السبب في ذلك يتعلق كذلك بحركة الجزيئات والقوى بينها. في الغازات تكون قوى التماسك بين الغازات أقل، بينما انتقال العزم الجزيئي أعلى. عند زيادة درجة الحرارة يزداد انتقال العزم الجزيئي أكثر وهذا يؤدي إلى زيادة لزوجة الغاز.