لزوجة
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اللزوجة هي مقياس يوصف به قابلية سائل ما للجريان ، و مقدار مقاومته لضغط يجبره على التحرك و السيلان. كلما زادت لزوجة سائل ما، قلّت قابليته للجريان. و كلما قلت اللزوجة ، زاد مقدار ميوعة هذا السائل.
تكون جزئيات سائل عالي اللزوجة مرتبطة ببعضها بشكل قوي ، و بذلك تكون أقل قدرة على التحرك. ويكبر احتكاكها بالجسم الصلب الملامس لها ، ويمكن وصف اللزوجة بأنها إحتكاك داخلي بين جزيئات السائل.
و هى خاصيه مهمه من خصائص الموائع و بها يقاوم المائع التغير في الشكل الناتج من تأثير قوى القص المؤثره عليه. فإذا افترضنا وجود طبقه من المائع بين لوحين مستويين متوازيين كما بالشكل بحيث يثبت اللوح السفلى و يتحرك العلوى بسرعه V تحت تأثير قوه مقدارها F .
و يمكن تشبيه هذا الإحتكاك الداخلي للجزيئات بطبقات مسننة و ممددة على بعضها البعض. و عند الجريان، تنزلق الجزيئات المكونة لهذه الطبقات على بعضها، و تحاول أن تتغلّب على هذه المسننات بواسطة قوة . مقدار لزوجة السائل يتحدد بواسطة هذه القوة بالإضافة إلى خواص السائل.
محتويات |
[عدل] اللزوجة الحركية للسائل
أما اللزوجة الحركية لسائل ما، فهي تبين مقدار مقاومة السائل للجريان (السيلان) عند حركتة و علاقة هذه المقاومة بدرجة حرارة السائل. فكلما زادت الحرارة ، تقل اللزوجة الحركية ويصبح السائل أكثر ميوعة.
و من جهة أخرى، كلما زادت سرعة التدفق إرتفعت اللزوجة ، أي أن مقاومة السائل للسير بالحركة تزداد مع إزدياد الضغط .
نفترض وجود لوحين متوازيين بينهما مسافة x ومساحة كل منهما A، ونقترض وجود سائل يملأ المكان بين اللوحين . فإذا بدأنا تحريك اللوح 2 يسرعة ثابتة v فتتحرك طبقة السائل الملاصقة للوح 2 أيضا بالسرعة v . وبما أن اللوح 1 ثابت لا يتحرك فإن طبقة السائل الملاصقة له تبقى لا تتحرك . أي أن طبقات السائل بين اللوحين ستتحرك بسرعات متناسبة طرديا مع المسافة بين اللوحين (أنظر الشكل ، حيث يتناسب كل سهم مع سرعته) .
ويمكن أن تبين التجربة أن القوة F التي تحرك اللوح 2 تتناسب تناسبا طرديا مه مساحة اللوح A ، كما تتناسب تناسبا طرديا مع سرعة اللوح v ، وتتناسب تناسبا عكسيا مع المسافة x بين اللوحين ، أي أن :
ويمكن تحويل العلاقة إلى معادلة بوساطة ثابت التناسب η:
ويسمى ثابت التناسب η اللزوجة الحركية واحيانا يقال لها اللزوجة .
ووحدة اللزوجة هي نيوتن. ثانية / متر 2
- أي = (N.s/m² )
ويقال أن ادة معينة يكون لها اللزوجة 1Ns/m² عندما تكون مساحة اللوحين 1 متر 2 ,ان نكون المسافة بينهما 1 متر ، فتكون القوة المطلوبة 1 نيوتن ( 1N) لكي نحرك اللوح بالنسبة للأخر بسرعة 1 متر / ثانية .
وبالنسبة إلى الوحدة نجد أن:
وعندما نكون η لا تعتمد على السرعة v يسمى السائل سائل نيوتوني إشارة إلى نيوتن. وبالنسبة لهذا السائل تتناسب سرعة كل طبقة سائل بين اللوحين تناسبا طرديا . أما إذا كانت η تتغير بتغير السرعة v (دالة للسرعة) فيسمى السائل سائل لا نيوتوني .
[عدل] القياس
قياس اللزوجة إذن يتم عبر القيام بتجربة يتم فيها ضغط سائل معين تحت تأثير قوة خارجية عبر أنبوب ذو قطر محدد، و يقاس عندها كمية السائل الذي يخرج في وقت معين. لتكون وحدة قياس اللزوجة بال النيوتن ثانية بالمتر المربع. أو بالباسكال ثانية حيث النيوتن بالمتر المربع يساوي 1 باسكال.
قيم اللزوجة لبعض السوائل:
| مادة السائل | قيمة اللزوجة بال mPa s |
|---|---|
| ماء | 1 |
| ماء (25°) | 0.891 |
| زيت إحتراق | 0.65 |
| إسفلت | 105 |
| دم (37°) | 4 حتى 25 |
| زيت زيتون | 102 |
| عسل | 104 |
| زجاج | 102 حتى 104 |
هذه القيم تقريبية. قيمة حرارة التجربة 20°
[عدل] لزوجة الغازات
و للغازات أيضا لزوجة يمكن مراقبة نبض جريانها تحت المجهر. حيث أن لزوجة الغازات لا تتعلق بالضغط بل بمعدل الطول البعدي لجزيئات الغاز.
وهذا الجدول يعطي لزوجة بعض الغازات :
بالنسبة إلى ثابت سترلاند C أنظر أسفله .
| الغاز | C
[K] |
T0
[K] |
μ0
[10-6 Pa s] |
|---|---|---|---|
| هواء | 120 | 291.15 | 18.27 |
| نيتروجين | 111 | 300.55 | 17.81 |
| أكسجين | 127 | 292.25 | 20.18 |
| ثاني أكسيد الكربون | 240 | 293.15 | 14.8 |
| أول أكسيد الكربون | 118 | 288.15 | 17.2 |
| هيدروجين | 72 | 293.85 | 8.76 |
| أمونيا | 370 | 293.15 | 9.82 |
| ثاني أكسيد الكبريت | 416 | 293.65 | 12.54 |
| هيليوم | 79.4 [1] | 273 | 19 [2] |
- اعتماد لزوجة الغازات على درجة الحرارة
صاغ سترلاند علاقة يمكن بواسطتها حساب لزوجة الغاز عند درجات الحرارة المختلفة (باعتبار أن الغاز غازا مثالياً، والعلاقة هي حيث C ثابت سترلاند :
حيث:
- μ الزوجة الحركية بوحدة باسكال. ثانية عند درجة الحرارة المطلوبة T،
- μ0 = reference viscosity in (Pa·s) اللزوجة المرجعية باسكال. ثانية عند درجة الحرارة المرجعية T0 ،
- T درجة الحرارة المطلوبة كلفن ،
- T0 درجة الحرارة المرجعية كلفن ،
- C ثابت سترلاند للغاز المراد حساب لزوجته.
وتنطبق تلك المعادلة على الغازات عند درجة حرارة T بين 0 كلفن و 555 كلفن عند ضغط أقل من 3.45 ميجا باسكال (مليون باسكال) ، ويبلغ الخطأ الناشئ عن التقريب 10% .
- أنظر المرجع الخارجي [1].
