黏度

流體,包括液體和氣體,都具有不同程度的黏度。黏度本質上是構成流體的分子之間的摩擦力。流體流動時,其分子會相互摩擦。在液體中,黏度是由內聚力(相同分子之間的吸引力)造成的。在氣體中,黏度是由分子間的碰撞造成的。

液體通常流動性較好,例如水。相反,濃稠度較高的液體流動性較差,例如食用油、蜂蜜等。你可以將水和食用油分別倒在傾斜的地面上來驗證這一點。水的流動速度一定比食用油快。液體的黏度也取決於溫度。液體的溫度越高,黏度越低。例如,當一位母親在廚房煎魚時,原本黏稠的食用油在加熱後會變得更黏稠。相反,氣體的溫度越高,黏度越大。

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黏度係數

黏度 1流體黏度用符號η(讀作:eta)表示。 η = 黏度係數。因此,流體的黏度水平由其黏度係數表示。

兩塊平板之間放置一層薄薄的液體。內聚力是指同種分子之間的吸引力,而附著力是指不同種分子之間的吸引力。附著力作用於平板和附著在其上的液體層之間(液體分子和平板分子相互吸引)。內聚力作用於液體層之間(液體分子會互相吸引)。

初始狀態下,平板和液層均靜止(圖1)。之後,將上層平板向右拉動(圖2)。下層平板保持靜止(不受拉力)。調整拉力的大小,使上層平板以恆定速度(v為常數)向右移動。由於平板邊緣與附著在平板上的流體之間存在黏附力,平板下方的流體也向右移動。由於流體分子之間存在內聚力,向右移動的流體吸引下方的流體。

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上層流體帶動下層流體向右移動,反之亦然,下層流體則阻礙上層流體,因此流體速度會改變。上層流體的速度 (v) 較大,下層流體的速度 (v) 較小,以此類推。因此,v 值越小,流體層的速度就越低。換句話說,流體層的速度從上到下呈規律性變化,變化範圍可達 l。

流體層速度變化量 (v) 除以速度變化所發生的距離 (l) = v/l。 v/l 被稱為速度梯度。上方的平板由於拉力 (F) 的作用而移動。對於特定的流體,所需的拉力大小與附著在平板上的流體面積 (A) 和流體速度 (v) 成正比,與距離 l 成反比。數學表達式如下:

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黏度 2

黏度係數公式

前面已經解釋過,較稀的流體通常更容易流動,而較稠的流體則流動較困難。流體的黏度用黏度係數表示。流體越稠,所需的拉力就越大。在這種情況下,拉力與黏度係數成正比。數學上,這可以表示如下:

黏度 3

備註:

η = 黏度係數

F = 力

l = 距離

A = 表面積

v = 速度

= 可比

黏度係數的國際單位制 (SI) 單位為 Ns/m。2 = Pa·s(帕斯卡秒)。黏度係數的 CGS 單位(厘米克秒)為 dyn·s/cm2 = 泊 (P)。黏度也常以厘泊 (cP) 表示。 1 cP = 1/100 P。泊單位是為了紀念已故法國科學家讓·路易·瑪麗·泊肅葉(Jean Louis Marie Poiseuille,發音:pwa-zoo-yuh)而設立的。

1泊 = 1達因·秒/厘米2 = 10-1 牛頓/米2

黏度 4

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