ما هي اللزوجة؟

مفهوم اللزوجة:

هي مقاومة السائل (السائل أو الغاز) للتغيير في الشكل، أو حركة الأجزاء المجاورة بالنسبة لبعضها البعض، كما تشير اللزوجة إلى معارضة التدفق.
يُطلق على مقلوب اللزوجة اسم السيولة، وهو مقياس لسهولة التدفق، على سبيل المثال دبس السكر له لزوجة أكبر من الماء، نظرًا لأن جزءًا من السائل الذي يتم إجباره على الحركة يحمل إلى حد ما الأجزاء المجاورة، فقد يُنظر إلى اللزوجة على أنها احتكاك داخلي بين الجزيئات مثل هذا الاحتكاك يعارض تطور فروق السرعة داخل السائل.
تعتبر اللزوجة عاملاً رئيسياً في تحديد القوى التي يجب التغلب عليها عند استخدام السوائل في التزييت ونقلها في خطوط الأنابيب، حيث يتحكم في تدفق السائل في عمليات مثل الرش، التشكيل بالحقن، وطلاء السطح.

اللزوجة الحركية للسائل:

بالنسبة للعديد من السوائل، يكون الإجهاد العرضي أو القص الذي يسبب التدفق متناسبًا طرديًا مع معدل إجهاد القص أو معدل التشوه الناتج، بعبارة أخرى، يكون إجهاد القص مقسومًا على معدل إجهاد القص ثابتًا لسائل معين عند درجة حرارة ثابتة.
يسمى هذا الثابت باللزوجة الديناميكية أو المطلقة وغالبًا ما يكون مجرد اللزوجة، السوائل التي تتصرف بهذه الطريقة تسمى السوائل النيوتونية تكريما للسير إسحاق نيوتن، الذي صاغ هذا الوصف الرياضي للزوجة لأول مرة.

أبعاد اللزوجة الديناميكية هي القوة × المنطقة الزمنية، وفقًا لذلك، فإن وحدة اللزوجة هي نيوتن – ثانية لكل متر مربع، والتي يتم التعبير عنها عادةً في صورة باسكال ثانية بوحدات النظام الدولي للوحدات.
تتناقص لزوجة السوائل بسرعة مع زيادة درجة الحرارة، وتزداد لزوجة الغازات مع زيادة درجة الحرارة، وهكذا عند التسخين، تتدفق السوائل بسهولة أكبر، بينما تتدفق الغازات بشكل أبطأ.
على سبيل المثال ، تبلغ لزوجة الماء عند 27 درجة مئوية (81 درجة فهرنهايت) وعند 77 درجة مئوية (171 درجة فهرنهايت) 0.85 × 10 و 0.36 × 10 باسكال – ثانية، على التوالي، ولكن عند نفس درجات الحرارة هي 1.85 × 10−5 و 2.08 × 10−5 باسكال ثانية.

اللزوجة الكينماتيكية:

بالنسبة لبعض التطبيقات تكون اللزوجة الحركية أكثر فائدة من اللزوجة المطلقة أو الديناميكية. اللزوجة الحركية هي اللزوجة المطلقة للسائل مقسومة على كثافة كتلته (كثافة الكتلة هي كتلة مادة مقسومة على حجمها).
أبعاد اللزوجة الحركية هي المنطقة مقسومة على الوقت الوحدات المناسبة هي متر مربع في الثانية. سميت وحدة اللزوجة الحركية في نظام السنتيمتر-جرام-الثانية (CGS)، والتي تسمى Stokes في بريطانيا و Stoke في الولايات المتحدة، على اسم الفيزيائي البريطاني السير جورج جابرييل ستوكس. يتم تعريف ستوك بأنه سنتيمتر مربع واحد في الثانية.

القياس:

تتوفر مجموعة متنوعة من الطرق لقياس لزوجة القص، تتضمن إحدى الطرق القياسية قياس تدرج الضغط على طول الأنبوب لمعدلات تدفق مختلفة وتطبيق معادلة Poiseuille.
تتضمن الطرق الأخرى قياس إما تخميد التذبذبات الالتوائية للقرص الصلب المدعوم بين لوحين متوازيين عند دخول السائل إلى الفراغ بين الألواح، أو قياس تأثير السائل على وتيرة التذبذبات.

لزوجة الغازات:

للغازات أيضاً لزوجة يمكن معرفتها من مراقبة جريانها تحت المجهر، حيث أن لزوجة الغازات لا تتعلق بالضغط بل بمعدل الطول البعدي لجزيئات الغاز.
لكن في الغاز تحدث الظاهرة بشكل معاكس عند دراسة تأثيرات درجة الحرارة، حيث تزداد لزوجة الغازات بزيادة درجة حرارتها، والسبب في ذلك يتعلق أيضاً بحركة الجزيئات والقوى بينها. في الغازات تكون قوى التماسك بين الغازات أقل، بينما انتقال العزم الجزيئي أعلى، عند زيادة درجة الحرارة يزداد انتقال العزم الجزيئي أكثر وهذا يؤدي إلى زيادة لزوجة الغاز.

صاغ سترلاند علاقة يمكن بواسطتها حساب لزوجة الغاز عند درجات الحرارة المختلفة باعتبار أن الغاز غازا مثالياً، والعلاقة هي حيث C ثابت سترلاند

• μ الزوجة الحركية بوحدة باسكال. ثانية عند درجة الحرارة المطلوبة T.
  

• μ 0 اللزوجة المرجعية باسكال. ثانية عند درجة الحرارة المرجعية.
  

• T درجة الحرارة المطلوبة كلفن.
  

• T 0درجة 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%.
  

معامل اللزوجة:

هو القوة لكل وحدة مساحة المطلوبة للحفاظ على وجود اختلاف في سرعة وحدة مسافة واحدة لكل وحدة زمنية بين مستويين متوازيان في السائل يقعان في اتجاه التدفق وبينهما وحدة مسافة واحدة.