Coeficienti de vascozitate

Coeficienti de vascozitate

Curgerea unui fluid real are loc in straturi foarte subtiri, moleculele din acelasi strat avand aceeasi viteza, in timp ce cele din straturile adiacente, viteze diferite. Intre moleculele straturilor vecine, dar si intre moleculele aceluiasi strat, se exercita forte de interactiune de tip van der Waals, care se opun deplasarii relative a moleculelor, determinand aparitia unei frecari interne, numita vascozitate.

Fortele de frecare interna, numite forte de vascozitate (F_v), rezulta ca urmare a transportului de impuls de catre moleculele lichidului de la un strat la altul.

Fortele de vascozitate sunt orientate tangential la suprafata straturilor si in sens opus vitezei stratului respectiv (Fig.6.1).

Fig. 6.1. Forta de vascozitate.

Forta de vascozitate pentru o curgere laminara, cand straturile de lichid raman paralele (vezi paragraful 6.1.3.), este data de legea lui Newton:

(6.1)

unde: h - coeficientul de vascozitate dinamica, S - aria comuna a celor doua straturi si dv/dx - gradientul de viteza, perpendicular pe directia de curgere.

Semnificatia fizica a coeficientului de vascozitate dinamica: forta de frecare dintre doua straturi cu sectiunea egala cu unitatea pentru un gradient de viteza egal cu unitatea.

Unitatea de masura in SI pentru h se poate deduce din legea lui Newton si este: [h]_SI = N S m^-2 =Poiseuille, iar ca unitate tolerata in CGS se utilizeaza [h]_CGS =dyn s cm^-2 = 1P (poise).

Inversul coeficientului de vascozitate dinamica se numeste fluiditate dinamica (j h). Deoarece densitatea (r) a lichidului joaca un rol important in curgerea lichidului, se introduce o noua marime numita coeficient de vascozitate cinematica (n), definit:

n h r (6.2)

a carui unitati de masura sunt [n]_SI = m² s^-1 =1dakts (decakilostokes), respecriv [n]_CGS = cm² s^-1 = 1 St (Stokes).

In general, vascozitatea unui sistem de dispersie depinde de concentratie, din acest motiv se utilizeaza si notiunea de coeficient de vascozitate relativa (h_r

h_r h h (6.3)

ca fiind raportul dintre coeficientul de vascozitate dinamica al solutiei (h) si cel al solventului pur (h

Lichidele pentru care este valabila legea lui Newton se numesc lichide newtoniene. Pentru aceste lichide, coeficientul de vascozitate dinamica depinde de natura lichidului si de temperatura, scazand rapid cu cresterea temperaturii. In cazul cand temperatura ramane constanta, h pentru un lichid dat este considerat constant si nu depinde de gradientul de viteza. Din clasa lichidelor newtoniene fac parte un numar mare de lichide, in special lichide pure, unele solutii coloidale de concentratii mici si majoritatea lichidelor biologice (lichidul cefalorahidian, plasma sangvina, urina).

Lichidele care nu se supun legii lui Newton se numesc lichide nenewtoniene, pentru care coeficientul de vascozitate dinamica depinde de gradientul de viteza si nu mai este constant la o temperatura data. Din aceasta categorie fac parte solutii macromoleculare, coloidale, suspensii (sangele).

Coeficientul de vascozitate dinamica pentru lichidele nenewtoniene, in speta sisteme coloidale macromoleculare, depinde de forma si concentratia particulelor disipate, conform legii lui Einstein:

h h_d (1 + kV)    (6.4)

unde h_d - coeficient de vascozitate dinamica a mediul de dispersie; V - volumul fazei dispersate din unitatea de volum a solutiei; k - constanta care depinde de marimea si natura particulelor dispersate.

In Tabelul 6.1. sunt prezentate valorile coeficientul de vascozitate dinamica pentru unele lichide biologice, la cateva temperaturi.

Tabel 6.1. Valorile coeficientului de vascozitate dinamica