श्यानता

तरल पदार्थ, चाहे द्रव हों या गैस, में श्यानता की मात्रा भिन्न-भिन्न होती है। श्यानता मूलतः द्रव के अणुओं के बीच लगने वाला घर्षण बल है। द्रव के अणु प्रवाह के दौरान एक दूसरे से रगड़ खाते हैं। द्रवों में, श्यानता संसंजन (समान अणुओं के बीच आकर्षण) के कारण होती है। गैसों में, श्यानता अणुओं के बीच टकराव के कारण होती है।

तरल पदार्थ आमतौर पर अधिक आसानी से बहते हैं, उदाहरण के लिए पानी। इसके विपरीत, गाढ़े तरल पदार्थ, जैसे खाना पकाने का तेल, शहद आदि, मुश्किल से बहते हैं। आप इसे ढलान वाली सतह पर पानी और खाना पकाने का तेल डालकर देख सकते हैं। पानी निश्चित रूप से खाना पकाने के तेल या शहद की तुलना में तेज़ी से बहेगा। तरल पदार्थ की श्यानता तापमान पर भी निर्भर करती है। किसी तरल पदार्थ का तापमान जितना अधिक होता है, उसकी श्यानता उतनी ही कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, जब एक माँ रसोई में मछली तलती है, तो शुरू में गाढ़ा खाना पकाने का तेल गर्म होने पर पतला हो जाता है। इसके विपरीत, किसी गैस का तापमान जितना अधिक होता है, उसकी श्यानता उतनी ही बढ़ जाती है।

श्यानता गुणांक

द्रव की श्यानता को η (ईटा) से दर्शाया जाता है। η = श्यानता गुणांक। अतः किसी द्रव की श्यानता का स्तर उसके श्यानता गुणांक द्वारा व्यक्त किया जाता है।

दो प्लेटों के बीच द्रव की एक पतली परत रखी जाती है। संसंजन एक ही प्रकार के अणुओं के बीच लगने वाला आकर्षण बल है, जबकि आसंजन विभिन्न प्रकार के अणुओं के बीच लगने वाला आकर्षण बल है। आसंजन बल प्लेट और प्लेट से जुड़ी द्रव परत के बीच कार्य करता है (द्रव के अणु और प्लेट के अणु एक दूसरे को आकर्षित करते हैं)। संसंजन बल द्रव परतों के बीच कार्य करता है (द्रव के अणु एक दूसरे को आकर्षित करते हैं)।

प्रारंभ में, प्लेट और द्रव परत स्थिर हैं (चित्र 1)। इसके बाद, ऊपर वाली प्लेट को दाईं ओर खींचा जाता है (चित्र 2)। नीचे वाली प्लेट को नहीं खींचा जाता (नीचे वाली प्लेट स्थिर रहती है)। तन्य बल का परिमाण इस प्रकार समायोजित किया जाता है कि ऊपर वाली प्लेट एक स्थिर गति से दाईं ओर खिसकती है (v स्थिर है)। प्लेट के किनारे और प्लेट से जुड़े द्रव के भाग के बीच एक आसंजक बल कार्य कर रहा है, इसलिए प्लेट के नीचे का द्रव भी दाईं ओर खिसक जाता है। द्रव अणुओं के बीच संसंजक बल होने के कारण, दाईं ओर खिसका हुआ द्रव नीचे वाले द्रव को आकर्षित करता है।

ऊपरी भाग में मौजूद द्रव निचले भाग को दाईं ओर खिसकने के लिए खींचता है, इसके विपरीत निचले भाग में मौजूद द्रव ऊपरी भाग को रोके रखता है, इसलिए द्रव की गति बदलती रहती है। ऊपरी भाग अधिक गति (v) से चलता है, निचले भाग की गति v कम होती है, और इसी तरह आगे भी। इसलिए v जितना कम होगा, द्रव उतना ही कम होगा। दूसरे शब्दों में, द्रव परत का वेग l दूरी तक ऊपर से नीचे तक नियमित रूप से बदलता रहता है।

द्रव परत के वेग (v) में परिवर्तन को उस दूरी (l) से भाग देने पर, जिस पर परिवर्तन होता है, मान v/l प्राप्त होता है। v/l को वेग प्रवणता कहते हैं। ऊपरी प्लेट तनाव बल (F) के कारण गति कर सकती है। किसी विशेष द्रव के लिए, आवश्यक तनाव बल का परिमाण प्लेट से जुड़े द्रव के क्षेत्रफल (A), द्रव की गति (v) के सीधे समानुपाती और दूरी l के व्युत्क्रमानुपाती होता है। गणितीय रूप से इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

श्यानता गुणांक का सूत्र

पहले यह बताया गया था कि पतले तरल पदार्थ आमतौर पर अधिक आसानी से बहते हैं, जबकि गाढ़े तरल पदार्थों को बहने में कठिनाई होती है। किसी तरल पदार्थ की श्यानता उसके श्यानता गुणांक द्वारा व्यक्त की जाती है। तरल पदार्थ जितना गाढ़ा होगा, उसे प्रवाहित करने के लिए उतना ही अधिक बल की आवश्यकता होगी। इस स्थिति में, बल श्यानता गुणांक के सीधे समानुपाती होता है। गणितीय रूप से, इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

टिप्पणी:

η = श्यानता गुणांक

F = बल

l = दूरी

A = सतह क्षेत्रफल

v = गति

∝ = समानुपातिक

श्यानता गुणांक के लिए अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली (SI) Ns/m² = Pa.s (पास्कल सेकंड) है ^। श्यानता गुणांक के लिए CGS इकाई (सेंटीमीटर ग्राम सेकंड) dyn.s/cm² = पॉइज़ (P) है ^। श्यानता को अक्सर सेंटीपॉइज़ (cP) में भी व्यक्त किया जाता है। 1 cP = 1/100 P। पॉइज़ इकाई का उपयोग फ्रांसीसी वैज्ञानिक, स्वर्गीय जीन लुई मैरी पॉइज़्यूइल (उच्चारण: प्वा-ज़ू-युह) की स्मृति में किया जाता है।

1 पॉइज़ = 1 डायन . s/cm ² = 10 ^-1 Ns/m ²