צמיגות
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
צמיגות היא התנגדות הזורם לעיבור (שינוי צורה) תחת מאמץ גזירה. הצמיגות נתפסתת לעיתים קרובות כסמיכות, או התנגדות למזיגה. הצמיגות מתארת את התנגדותו הפנימית של הזורם לזרימה, וניתן לחשוב עליה כעל מידה של חיכוך. אם כן, מתנול הוא "דליל", מכיוון שיש לו צמיגות נמוכה, ושמן או דבש הם "סמיכים" (או צמיגים) כי יש להם צמיגות גבוהה.
תוכן עניינים |
[עריכה] התאוריה של ניוטון
כאשר מפעילים מאמץ גזירה על גוף מוצק, הגוף מתעוות (מתעבר) עד שהעיבור מניב כח מנוגד, המאזן את מאמץ הגזירה המופעל, וכך מושג שיווי משקל. כאשר מופעל מאמץ גזירה על זורם, למשל כאשר רוח נושבת על פני הים, הזורם זורם, וממשיך לזרום כל עוד מופעל המאמץ. כאשר מפסיקים להפעיל את המאמץ, בדרך כלל שוככת הזרימה עקב דעיכה של אנרגיה - האנרגיה הקינטית הופכת לחום. ככל שהזורם צמיג יותר, כך גדולה יותר התנגדותו למאמץ גזירה, וכך מהירה יותר דעיכת הזרימה.
בכל משטר זרימה, שכבות שונות נעות במהירויות שונות, ו"סמיכות" הזורם נובעת ממאמץ הגזירה שבין השכבות.
אייזק ניוטון טען שעבור זרימה אחידה, מקבילה וישרה, מאמץ הגזירה τ בין שכבות יחסי לגרדיאנט המהירויות בכיוון הניצב לשכבות. במילים אחרות - התנועה היחסית של השכבות.
.
הקבוע μ מכונה קבוע הצמיגות, צמיגות או צמיגות דינאמית. זורמים רבים, למשל מים וגזים, המתנהגים לפי הקריטריון של ניוטון, מכונים זורמים ניוטוניים. בזורמים לא ניוטוניים יש יחסים מורכבים יותר מאשר קשר לינארי בין מאמץ הגזירה וגרדיינט המהירות.
[עריכה] מדידת צמיגות
צמיגות נמדדת באמצעות סוגים שונים של ויסקומטרים, בדרך כלל בתנאים תקניים של 25 מעלות צלזיוס
[עריכה] הבטים מולקולריים
צמיגות של מערכת מוגדרת על ידי הדרך בה מולקולות במערכת מהדדות (יוצרות אינטראקציה). אין ביטויים פשוטים ומדוייקים המתארים את צמגות הזורם ברמה המולקולרית. הביטויים הפשוטים ביותר המדוייקים הם יחסי גרין קובו לצמיגות גזירה לינארית או הביטויים של פונקציות הקורלציה בזמן טרנזיינטי שפותחו בידי אוונס ומוריס ב1985. השימוש בביטויים אלו מצריך שימוש בסימולצית דינמיקה מולקולרית :סימולציה באתר של אוונס.
[עריכה] גזים
צמיגות בגזים נובעת בעיקר מדיפוזיה מולקולרית שמעבירה תנע בין שכבות של הזורם. התאוריה הקינטית של הגזים מנבאת טוב יותר את התנהגות הצמיגות הגזית, ובפרט:
[עריכה] נוזלים
בנוזלים, הכוחות הנוספים בין המולקולות הופכים משמעותיים. הם גורמים לתרומה נוספת למאמץ הגזירה, אף כי המנגנון המדוייק עדיין שנוי במחלוקת.
הצמיגויות הדינאמיות של נוזלים גבוהות בכמה סדרי גודל מאלו של גזים, באופן טיפוסי.
[עריכה] האם מוצקים יכולים להיות צמיגים?
יש הטוענים כי למוצקים אמורפיים כמו זכוכית יש צמיגות, על סמך התפיסה שכל המוצקים זורמים, במידה מסוימת, תחת מאמץ גזירה. המצדדים בגישה זו טוענים כי ההפרדה בין מוצק ונוזל אינה ברורה, וכי מוצקים הם פשוט נוזלים עם צמיגות גבוהה - באופן טיפוסי גבוהה יותר מאשר 1012 Pa·s.
אחרים טוענים כי מוצקים הם בדרך כלל אלאסטיים עבור מאמצים קטנים, בעד שנוזלים אינם. אפילו אם מוצקים זורמים בלחצים גבוהים, הם מאופיינים על ידי התנהגותם בלחצים נמוכים. צמיגות עשוייה לתאר מוצקים בתחום הפלסטי.
המצב נהיה מבלבל כאשר משתמשים במושג צמיגות עבור חומרים מוצקים, למשל מוצקי מקסוול, כדי לתאר את הקשר שבין המאמץ וקצב העיבור, במקום קצב הגזירה.
ניתן לפתור את רובן של הבחנות אלו באמצעות שימוש במשוואות הקונסטיטוטיביות של החומר, אשר מתחשבות בהתנהגות הצמיגה וגם בהתנהגות האלסטית שלו. חומרים שעבורם שתי התנהגיויות אלו חשובות בתחום מסוים של עיבורים וקצבי עיבור נקראים ויסקואלסטיים.
