wymagania5 bmp

2/^    ~| • trfVwg vCt<c£/i^sl

pw\ sSl

Rozdział 2. Płyny

F = T\q

(2.60)

oznaczania stopnia czystości, a w technice do określania np. przydatności smarów, olejów, farb, lakierów itd.

2.2.1. Lepkość cieczy

We wszystkich cieczach przy przesuwaniu się jednych warstw względem drugich powstają siły tarcia na skutek istnienia sił przyciągania między cząsteczkami cieczy. Od strony warstwy poruszającej się szybciej działa na drugą warstwę siła przyspieszająca, a od strony warstwy poruszającej się wolniej, na warstwę poruszającą się szybciej - siła hamująca. Siły te nazywamy siłami tarcia wewnętrznego.

Cieczą doskonałą nazywamy ciecz nieściśliwą i pozbawioną lepkości. P. L. Ka-pica stwierdził, że w temperaturze 2 K ciekły hel ma lepkość równą zeru; taki stan cieczy nazywamy nadpłynnością.

W cieczach rzeczywistych siła tarcia wewnętrznego F jest proporcjonalna do powierzchni warstwy rozpatrywanej q i gradientu prędkości w danej warstwy względem innej, oddalonej od niej o / (rys. 2.6) (2.56)

(2.59)

Nazwa jednostki kinematycznej 1 stokes [cm²/s] pochodzi od nazwiska Stokesa - badacza właściwości cieczy. W układzie SI jednostką lepkości kinematycznej jest m²/s.

Lepkość cieczy i gazów wynika z oddziaływań międzycząsteczkowych. Wzrost ciśnienia zwiększa zwykle lepkość cieczy, ponieważ zmniejsza odległość między cząsteczkami. W miarę wzrostu ciśnienia lepkość cieczy wzrasta początkowo wprost proporcjonalnie. W obszarze wysokich ciśnień proporcjonalności tej nie ma.

W miarę wzrostu temperatury lepkość cieczy maleje, ponieważ wzrastają odległości międzycząsteczkowe (wzrasta objętość cieczy). Zależność tę wyrazili Arrhe-nius i Guzman wzorem

17 = A e^H'

w którym A i B są wielkościami stałymi dla danej cieczy.

Na podstawie danych doświadczalnych Baczyński podał, niezależny od temperatury, związek między lepkością a objętością cieczy nie ulegającej asocjacji

/C⁷

Z"⁷

/ w + Ąw

7-“-

Rysunek 2.6

Ruch dwóch warstw cieczy względem siebie

Wielkość T) nazywamy współczynnikiem tarcia lub współczynnikiem lepkości dynamicznej lub lepkością bezwzględną, lub po prostu lepkością. Lepkość bezwzględna jest liczbowo równa sile przypadającej na jednostkę powierzchni, potrzebnej do utrzymania jednostkowej różnicy prędkości między warstwami cieczy odległymi od siebie o jednostkę długości. Jednostką lepkości dynamicznej jest [Pa s] lub [Ns-m^-2].

C

V°-w

(2.61)

Iloraz lepkości substancji badanej (b) i lepkości substancji wzorcowej (w) nazywamy lepkością względną

M.

(2.57)

Odwrotność lepkości dynamicznej nazywana jest płynnością

(2.58)

W obliczeniach inżynieryjnych stosowane jest pojęcie lepkości kinematycznej, która jest równa ilorazowi lepkości i gęstości d

gdzie:

C i w - stałe zależne od rodzaju cieczy,

V° - objętość molowa cieczy.

Wartość w stanowi według Baczyńskiego ułamek objętości krytycznej

w = 0,307 V°_k    (2.62)

Wartość (V °- w) odpowiada wartości (V- b) z równania stanu van der Waalsa (2.38 dla 1 mola gazu), czyli przedstawia przestrzeń cieczy, dostępną dla ruchu cząsteczek.

Lepkość gazów jest znacznie mniejsza od lepkości cieczy i jest też innej natury, bo wiąże się z częstością zderzeń cząsteczek i długością ich drogi swobodnej (równanie 2.28). Hamowanie ruchu jednej warstwy gazu przez warstwę sąsiednią wynika nie z oddziaływań międzycząsteczkowych, lecz z przenikania cząsteczek z jednej warstwy do drugiej z jednoczesną wymianą energii i pędu podczas zderzeń między cząsteczkami obu warstw. Następuje przy tym rozproszenie energii warstwy poruszającej się szybciej. Lepkość gazów wzrasta ze wzrostem temperatury (proporcjonalnie do jej pierwiastka kwadratowego), gdyż wzrasta wtedy średnia droga swobodna cząsteczek. Teoria kinetyczna gazu wskazuje, że lepkość gazu nie zależy od ciśnienia, o ile ciśnienia nie są zbyt duże i nie zaczynają działać znaczniejsze siły międzycząsteczkowe.