粘度

流体,包括液体和气体,都具有不同程度的粘度。粘度本质上是构成流体的分子之间的摩擦力。流体流动时,其分子会相互摩擦。在液体中,粘度是由内聚力(相同分子之间的吸引力)造成的。在气体中,粘度是由分子间的碰撞造成的。

液体通常流动性更好,例如水。相反,粘稠度较高的液体流动性较差,例如食用油、蜂蜜等。你可以通过将水和食用油分别倒在倾斜的地面上来验证这一点。水的流动速度肯定比食用油快。液体的粘度也取决于温度。液体的温度越高,粘度越低。例如,当一位母亲在厨房煎鱼时,原本粘稠的食用油在加热后会变得更粘稠。相反,气体的温度越高,粘度越大。

粘度系数

粘度 1流体粘度用符号η(读作:eta)表示。η = 粘度系数。因此,流体的粘度水平由其粘度系数表示。

两块平板之间放置一层薄薄的液体。内聚力是指同种分子之间的吸引力,而附着力是指不同种分子之间的吸引力。附着力作用于平板和附着在其上的液体层之间(液体分子和平板分子相互吸引)。内聚力作用于液体层之间(液体分子相互吸引)。

初始状态下,平板和液层均静止(图1)。之后,将上层平板向右拉动(图2)。下层平板保持静止(不受拉力)。调整拉力的大小,使上层平板以恒定速度(v为常数)向右移动。由于平板边缘与附着在平板上的流体之间存在粘附力,平板下方的流体也向右移动。由于流体分子之间存在内聚力,向右移动的流体吸引下方的流体。

上层流体带动下层流体向右移动,反之亦然,下层流体则阻碍上层流体,因此流体速度会发生变化。上层流体的速度 (v) 较大,下层流体的速度 (v) 较小,以此类推。因此,v 值越小,流体层的速度就越低。换句话说,流体层的速度从上到下呈规律性变化,变化范围可达 l。

流体层速度变化量 (v) 除以速度变化发生的距离 (l) = v/l。v/l 被称为速度梯度。上方的平板由于拉力 (F) 的作用而移动。对于特定的流体,所需的拉力大小与附着在平板上的流体面积 (A) 和流体速度 (v) 成正比,与距离 l 成反比。数学表达式如下:

粘度 2

粘度系数公式

前面已经解释过,较稀的流体通常更容易流动,而较稠的流体则流动较困难。流体的粘度用粘度系数表示。流体越稠,所需的拉力就越大。在这种情况下,拉力与粘度系数成正比。数学上,这可以表示如下:

粘度 3

信息:

η = 粘度系数

F = 力

l = 距离

A = 表面积

v = 速度

∝ = 成比例

粘度系数的国际单位制 (SI) 单位为 Ns/m² = Pa·s(帕斯卡秒)。粘度系数的厘米克秒 (CGS) 单位为 dyn·s/cm² =泊 (P)。粘度也常以厘泊 (cP) 表示。1 cP = 1/100 P。泊单位是为了纪念已故法国科学家让·路易·玛丽·泊肃叶(Jean Louis Marie Poiseuille,发音:pwa-zoo-yuh)而设立的。

1泊 = 1达因·秒/平方厘米= 10⁻¹牛·秒/米²

粘度 4

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