表面張力與粘度
粘度和表面張力是流體力學和靜力學中兩個非常重要的現象。這些現象甚至受到空氣動力學的影響。對這些現象有充分的瞭解是至關重要的,這樣才能在這些領域中出類拔萃。本文將對粘度和表面張力進行比較,並指出兩者的區別。
什麼是表面張力?
考慮均質液體。液體中心的每一個分子,都會有完全相同的力把它拉到每一邊。周圍的分子向各個方向均勻地拉動中心分子。現在考慮一個表面分子。它只有作用在液體上的力。空氣-液體的粘合力甚至沒有液體-液體的內聚力那麼強。因此,表面分子被吸引到液體的中心,形成了一個分子的堆積層。分子的表面層就像液體上的薄膜。如果我們以現實生活中的水漫遊者為例,它利用這種薄膜將自己放置在水面上。它在這層上滑動。如果不是這層,它會立刻被淹死。表面張力定義為平行於表面的力,垂直於在表面上繪製的單位長度線。表面張力的單位為Nm-1。表面張力也被定義為單位面積的能量。這也給了表面張力一個新的單位Jm-2。發生在兩種不混溶流體之間的表面張力稱為界面張力。
什麼是粘度?
粘度被定義為一種測量流體阻力的方法,流體在剪切應力或拉應力的作用下發生變形。更常見的說法是,粘度是流體的“內摩擦”。它也被稱為流體的厚度。粘度就是兩層流體相對運動時兩層流體之間的摩擦力。牛頓爵士是流體力學的先驅。他假設,對於牛頓流體,層間剪切應力與垂直於層的方向上的速度梯度成正比。這裡使用的比例常數(比例係數)是流體的粘度。粘度通常用希臘字母“µ”表示。流體的粘度可以用粘度計和流變儀來測量。粘度的單位是帕斯卡秒(或Nm-2s)。cgs系統使用以Jean-Louis-Marie-Poiseuille命名的單位“poise”來測量粘度。流體的粘度也可以通過幾個實驗來測量。流體的粘度取決於溫度。粘度隨溫度升高而降低。
τ=μ∂u/∂y
非牛頓流體的粘度方程和模型非常複雜。
表面張力和粘度有什麼區別?•表面張力可以看作是由於不平衡的分子間作用力而在液體中發生的事件,而粘度是由於移動分子上的力而產生的。•表面張力存在於運動和非運動流體中,但粘度只出現在運動的流體中。 |