Нақты сұйықтық түсінігі. Тұтқырлық. Стокс әдісі.

Сұйықтық — сұйық агрегаттық күйдегі зат, газ бен қатты күйлердің арасындағы аралықты алып жатыр. Сұйықтықтың басқа агрегаттық күйлерден басты айырмашылығы — көлемін түрақты түрде сақтай отырып жанама күштердің әсерінен өзінің формасын шексіз түрде өзгерте алуы. Сұйықтық үлкен қысымда тұтқыр күйде кездеседі.

Тұтқырлық депнақты сұйықтықтардың қабаттар арасында ішкі үйкеліс құбылысының пайда болуы айтылады.Бұл жағдайда сұйықтықтың қабаттары арасында олардың беттеріне жанама бағытта ішкі үйкеліс күші пайда болады. Ньютонның зерттеулері бойынша бұл күштің шамасы мынадай өрнекпен анықталады:

, мұндағы –жылдамдық градиенті, ол осьі бағытында бір қабаттан екіншісіне өткен кезде жылдамдық қалай тез өзгеретінін көрсетеді; – жанасатын қабаттардыңбетінің ауданы; – динамикалықтұтқырлық коэффициенті. Ішкі үйкеліс күшінің шамасы қабаттарының беттесу ауданына және жылдамдықтың градиентіне пропорционал.

Стокс сұйықтықта қозғалған радиусы r, жылдамдығы шарға әсер ететін күші үшін келесі өрнекті анықтады: , r – шар радиусы, - оның қозғалыс жылдамдығы. Бұл өрнек Стокс теңдеуі деп аталады. Стокс өрнегі лабораториялық практикум сабағында сұйықтардың тұтқырлық коэффициентін анықтау үшін қолданады.

Сұйық ағынының екі түрі

Сұйықтықтың ағысы ламинарлық және турбуленттік деп екіге бөлінеді. Сұйықтықтың жеке қабаттары бір-біріне қарағанда параллель, яғни сұйық қабатта бірі-бірімен араласпай қозғалатын болса, онда ол ағыс ламинарлық деп аталады. Идеал сұйықтың қалыптасқан стационарлы ағысы кез-келген жылдамдықтарда ламинарлық болады.

Сұйық бөлшектерінің жылдамдығы артып, шекті мәнге жеткенде әр қабаттарының бір-бірімен араласатын болса сұйықтың ағыны турбуленттік деп аталады. Турбуленттік ағыста әрбір бөлшектердің жылдамдықтары ретсіз өзгереді, яғни ағыс стационарлы емес. Нақты сұйықтықтарда қабаттар арасында ішкі үйкеліс күші болады, яғни нақты сұйықтықтар тұтқырлыққа ие болады.

Түтік бойымен сұйық ағысы кезіндегі ағыстың бір түрінен екінші түрге көшу шарты Рейнольдс саны деп аталатын шамамен анықталады.

, мұндағы: – кинематикалық тұтқырлық, – сұйықтықтың тығыздығы, – орташа ағыс жылдамдығы, – түтік диаметрі. Егер ішкі үйкеліс күші және ағыс жылдамдығы аз болса, онда қозғалысты ламинарлық деп қарастыруға болады. Турбуленттік ағысқа өту үшін Рейнольдс саны мына аралықта болуы керек . кезінде ағыс ламинарлық болады. Тұтқырлықтың әсерінен кезінде түтіктің дөңгелек қимасының әртүрлі қабаттардағы ағыс жылдамдықтары әртүрлі болады. Оның орташа мәні Пуазейль өрнегі бойынша анықталады.

, мұндағы -түтік радиусы, () –түтік ұштарындағы қысым айырымы, -оның ұзындығы

Термодинамикалық жүйе және оның параметрлері. Кельвиннің абсолютті температура шкаласы және оның Цельсий шкаласымен байланысы. Температураның абсолют нөлі.

Термодинамикалық жүйе деп бір-бірімен және сыртқы денелермен зат пен энергия алмасушы дараланған макроскопиялық денелер жүйесін айтады.

Жүйенің күйін сипаттау үшін жүйенің термодинамикалық параметрлері (күй параметрлері) деп аталатын физикалық шамалар енгізілген. Оларға р – қысым, – көлем, Т – температура, п – концентрация және т.б. жатады.

Қысым р – дененің бірлік бетіне нормаль бойымен әсер ететін күшке тең шама Өлшем бірлігі – Па (Паскаль) ().

Жүйенің температурасы – оның бөлшектерінің жылулық қозғалыс қарқынының өлшемі. Физикада бірнеше температуралық шкала қолданылады. Мысалы, Кельвин () және Цельсий () шкалаларындағы температуралар өзара

T = t + 273,15

өрнегімен байланысқан.

Қалыпты күйде термодинамикалық параметрлер келесі мәндерге тең болады:

p =1,013· 10⁵ Па, V_M =22,4· 10^-3 м³, T =273,15 K. (7.2)

Термодинамикалық процесс деп жүйенің кез - келген параметрінің өзгерісін айтады.

температураның Абсолют нөлі (absolute zero), Кельвин шәкілі бойынша нөлге тең температура, мұндай температурада термодинамикалық жүйе ең төменгі энергияға ие болады. Бұл температура Фарангейт шәкілі бойынша — 459,67°Ғ немесе Цельсий шәкілі бойынша — 273,15 °С-қа сәйкес келеді және кез келген жүйе үшін теориялық тұрғыдан ең төменгі температура болып табылады.