Felületi feszültség vs viszkozitás
A viszkozitás és a felületi feszültség két nagyon fontos jelenség a folyadékok mechanikájában és statikájában. Ezeknek a jelenségeknek a következményei olyan területeket érintenek, mint a hidrodinamika, az aerodinamika, sőt a repülés is. Létfontosságú, hogy alapos ismeretekkel rendelkezzünk ezekről a jelenségekről, hogy ezeken a területeken kimagasló eredményeket érjünk el. Ez a cikk összehasonlítja a viszkozitást és a felületi feszültséget, és bemutatja a kettő közötti különbségeket.
Mi az a felületi feszültség?
Tekintsünk egy homogén folyadékot. A folyadék központi részeiben minden molekula pontosan ugyanannyi erővel húzza azt minden oldalra. A környező molekulák minden irányba egyenletesen húzzák a központi molekulát. Most vegyünk egy felületi molekulát. Csak erők hatnak rá a folyadék felé. A levegő-folyékony tapadó erők közel sem olyan erősek, mint a folyadék-folyékony kohéziós erők. Ezért a felületi molekulák a folyadék közepe felé vonzódnak, és molekulákból álló réteget hoznak létre. Ez a molekulák felületi rétege vékony filmként működik a folyadékon. Ha az életből vett példát vesszük a vízi lépegetőről, akkor ezt a vékony filmet használja fel a víz felszínére. Ezen a rétegen csúszik. Ha nem ez a réteg, azonnal megfulladna. A felületi feszültség a felülettel párhuzamos, a felületre húzott egységnyi hosszúságú vonalra merőleges erő. A felületi feszültség mértékegységei: Nm-1 A felületi feszültséget az egységnyi területre eső energiaként is definiáljuk. Ez a felületi feszültségnek is új egységet ad Jm-2 A felületi feszültséget, amely két egymással nem elegyedő folyadék között lép fel, határfelületi feszültségnek nevezzük.
Mi a viszkozitás?
A viszkozitást egy olyan folyadék ellenállásának mértékeként definiálják, amely nyírófeszültség vagy húzófeszültség hatására deformálódik. Gyakoribb szavakkal, a viszkozitás a folyadék „belső súrlódása”. Ezt a folyadék vastagságának is nevezik. A viszkozitás egyszerűen a folyadék két rétege közötti súrlódás, amikor a két réteg egymáshoz képest elmozdul. Sir Isaac Newton úttörő volt a folyadékmechanikában. Feltételezte, hogy egy newtoni folyadék esetében a rétegek közötti nyírófeszültség arányos a rétegekre merőleges irányú sebességgradienssel. Az itt használt arányos állandó (arányossági tényező) a folyadék viszkozitása. A viszkozitást általában a görög „µ” betűvel jelölik. A folyadék viszkozitása viszkoziméterekkel és reométerekkel mérhető. A viszkozitás mértékegysége Pascal-másodperc (vagy Nm-2s). A cgs rendszer a Jean Louis Marie Poiseuille-ról elnevezett „poise” mértékegységet használja a viszkozitás mérésére. A folyadék viszkozitása számos kísérlettel is mérhető. A folyadék viszkozitása a hőmérséklettől függ. A viszkozitás a hőmérséklet emelkedésével csökken.
τ=μ ∂u/∂y
A viszkozitási egyenletek és modellek nagyon összetettek a nem newtoni folyadékokra.
Mi a különbség a felületi feszültség és a viszkozitás között?
• A felületi feszültség olyan eseménynek tekinthető, amely folyadékokban a kiegyensúlyozatlan intermolekuláris erők miatt következik be, míg a viszkozitás a mozgó molekulákra ható erők miatt következik be.
• Felületi feszültség a mozgó és nem mozgó folyadékokban is jelen van, de a viszkozitás csak a mozgó folyadékokban jelenik meg.
