Pintajännitys vs viskositeetti
Viskositeetti ja pintajännitys ovat kaksi erittäin tärkeää ilmiötä nesteiden mekaniikassa ja staattisuudessa. Näiden ilmiöiden seuraukset vaikuttavat sellaisiin aloihin kuin hydrodynamiikka, aerodynamiikka ja jopa ilmailu. On elintärkeää saada vankka tietämys näistä ilmiöistä menestyäkseen näillä aloilla. Tässä artikkelissa verrataan viskositeettia ja pintajännitystä ja esitetään näiden kahden väliset erot.
Mikä on pintajännitys?
Harkitse homogeenista nestettä. Jokaisella nesteen keskiosissa olevalla molekyylillä on täsmälleen sama voima, joka vetää sitä joka puolelle. Ympäröivät molekyylit vetävät keskusmolekyyliä tasaisesti joka suuntaan. Harkitse nyt pintamolekyyliä. Sillä on vain voimia, jotka vaikuttavat siihen nesteeseen. Ilman ja nesteen tartuntavoimat eivät ole lähellekään yhtä vahvoja kuin nesteen ja nesteen väliset koheesiovoimat. Siksi pintamolekyylit houkuttelevat nesteen keskustaa kohti, jolloin muodostuu molekyylejä pakattu kerros. Tämä molekyylien pintakerros toimii ohuena kalvona nesteen päällä. Jos otamme tosielämän esimerkin vesijuoksusta, se käyttää tätä ohutta kalvoa asettuakseen veden pinnalle. Se liukuu tällä kerroksella. Jos se ei ole tätä kerrosta, se hukkuisi välittömästi. Pintajännitys määritellään pinnan suuntaiseksi voimaksi, joka on kohtisuorassa pinnalle piirrettyä yksikköpituusviivaa vastaan. Pintajännityksen yksiköt ovat Nm-1 Pintajännitys määritellään myös energiana pinta-alayksikköä kohti. Tämä antaa myös pintajännitykselle uuden yksikön Jm-2 Pintajännitys, joka esiintyy kahden sekoittumattoman nesteen välillä, tunnetaan pintajännityksenä.
Mikä on viskositeetti?
Viskositeetti määritellään nesteen vastuskyvyn mittana, joka muuttuu joko leikkausjännityksen tai vetojännityksen vaikutuksesta. Yleisemmin sanottuna viskositeetti on nesteen "sisäinen kitka". Sitä kutsutaan myös nesteen paksuudeksi. Viskositeetti on yksinkertaisesti kitka kahden nestekerroksen välillä, kun kaksi kerrosta liikkuvat suhteessa toisiinsa. Sir Isaac Newton oli nestemekaniikan edelläkävijä. Hän oletti, että newtonilaisen nesteen tapauksessa kerrosten välinen leikkausjännitys on verrannollinen nopeusgradienttiin kerroksia vastaan kohtisuorassa suunnassa. Tässä käytetty suhteellinen vakio (suhteellisuustekijä) on nesteen viskositeetti. Viskositeetti on yleensä merkitty kreikkalaisella kirjaimella "µ". Nesteen viskositeettia voidaan mitata viskosimetrillä ja reometreillä. Viskositeetin yksiköt ovat Pascal-sekunteja (tai Nm-2s). CGS-järjestelmä käyttää Jean Louis Marie Poiseuillen mukaan nimettyä yksikköä "poise" viskositeetin mittaamiseen. Nesteen viskositeettia voidaan myös mitata useilla kokeilla. Nesteen viskositeetti riippuu lämpötilasta. Viskositeetti laskee lämpötilan noustessa.
τ=μ ∂u/∂y
Viskositeettiyhtälöt ja mallit ovat hyvin monimutkaisia ei-newtonisille nesteille.
Mitä eroa on pintajännityksen ja viskositeetin välillä?
• Pintajännitystä voidaan pitää tapahtumana, joka tapahtuu nesteissä epätasapainoisten molekyylien välisten voimien vuoksi, kun taas viskositeetti johtuu liikkuviin molekyyleihin kohdistuvista voimista.
• Pintajännitystä esiintyy sekä liikkuvissa että liikkumattomissa nesteissä, mutta viskositeetti näkyy vain liikkuvissa nesteissä.
