Newtonian ve Newtonian Olmayan Akışkanlar Nelerdir?

Farklı sıvı türlerini hiç merak ettiniz mi?

Sıvılar basınç altında akabilen ve deforme olabilen maddelerdir. İki ana kategoriye ayrılırlar: Newtonian ve Newtonian olmayan.

Newton tipi akışkanların viskozitesi sabittir, Newton tipi olmayan akışkanların ise stres altında viskoziteleri değişir.

Newton Sıvısı Nedir?

Newton sıvısı, kayma gerilimi ile kayma hızı arasında doğrusal bir ilişki sergileyen bir sıvı türüdür. Bu ilişki uygulanan kuvvete bakılmaksızın sabit kalır.

Newton akışkanları, kayma geriliminin kayma gerilimi oranıyla doğru orantılı olduğunu belirten Newton'un viskozite yasasını takip eder. Bu davranış sabit bir viskozite katsayısı ile karakterize edilir.

Newton Sıvısının Temel Özellikleri

Sabit Viskozite

Newton tipi bir sıvının viskozitesi değişen kayma hızları altında sabit kalır. Bu özellik Newton tipi akışkanları Newton tipi olmayan benzerlerinden ayırır.

Uygulanan kuvvet ne olursa olsun akışkanın akmaya karşı direnci değişmez. Bu özellik Newton tipi akışkanların öngörülebilir olmasını ve matematiksel olarak modellenmesini kolaylaştırır.

Doğrusal ilişki

Newton tipi akışkanlar kayma gerilimi ile kayma hızı arasında doğrusal bir ilişki sergiler. Bu ilişki, kayma gerilimine karşı kayma hızının grafiğini çizen bir grafik üzerinde düz bir çizgiyle temsil edilir.

Bu çizginin eğimi sıvının viskozitesini temsil eder. Newton tipi akışkanlar için bu eğim, geniş bir kayma hızı aralığı boyunca sabit kalır.

Newton Sıvısı Örnekleri

• su: Su, Newton tipi akışkanın en yaygın örneğidir. Viskozitesi normal koşullar altında sabit kalır, bu da onu akışkanlar mekaniğindeki çeşitli uygulamalar için ideal kılar.
• Hava: Çoğu gaz gibi hava da normal koşullar altında Newton tipi bir akışkan gibi davranır. Viskozitesi kesme hızından bağımsızdır ve atmosferik işlemlerde ve aerodinamik uygulamalarda tutarlı akış özelliklerine olanak tanır.
• Bal: Yüksek viskozitesine rağmen bal Newton davranışı sergiler. Akış özellikleri, uygulanan kuvvete bakılmaksızın tutarlı kalır ve bu da onu viskoz Newton tipi akışkanın benzersiz bir örneği yapar.

Newtonyen Olmayan Akışkanlar Nelerdir?

Newtonyen olmayan akışkanlar, Newton'un viskozite kanununa uymayan karmaşık akışkanlardır. Viskoziteleri uygulanan kesme hızı veya strese göre değişir.

Sabit bir viskoziteyi koruyan Newton tipi akışkanların aksine, Newton tipi olmayan akışkanlar farklı akış koşulları altında değişken viskozite sergiler. Bu davranış, karmaşık moleküler yapılarından veya asılı parçacıklardan kaynaklanır.

Newtonyen Olmayan Sıvı Türleri

Zamandan Bağımsız Akışkanlar

Bu akışkanlar, kesme uygulamasının süresine bakılmaksızın, kesme hızıyla birlikte viskozitede ani değişiklikler gösterir.

• Kaymayla İncelen (Psödoplastik) Sıvılar: Kayma inceltme sıvılarının kayma hızı arttıkça viskozitesinde bir azalma olur. Yaygın örnekler arasında ketçap, boya ve kan bulunur.
• Kayma Kalınlaştırıcı (Dilatant) Sıvılar: Kayma yoğunlaştırıcı akışkanlar, artan kayma hızıyla birlikte viskozitede de artış gösterir. Mısır nişastası-su karışımları ve bazı polimer çözeltileri bu davranışı gösterir.
• Verim Stres Akışkanları: Bu akışkanlar akışı başlatmak için minimum bir gerilime (akma gerilimi) ihtiyaç duyarlar. Diş macunu ve çimento bulamaçları akma stresli akışkanlara örnektir.

Zamana Bağlı Akışkanlar

Bu sıvıların viskozitesi hem kayma hızına hem de kesme uygulamasının süresine göre değişir.

• Tiksotropik Sıvılar:
  Tiksotropik akışkanlar, sabit kaymaya maruz kaldıklarında zamanla viskozitelerinde bir azalma gösterirler. Birçok jel ve süspansiyon tiksotropik davranış sergiler.
• Reopektik Sıvılar: Reopektik akışkanlar, sabit kayma altında zamanla viskozitede bir artış yaşarlar. Bu davranış daha az yaygındır ancak bazı yağlayıcılarda gözlemlenebilir.

Viskoelastik Sıvılar

Viskoelastik akışkanlar hem viskoz hem de elastik özellikler gösterirler. Stresin ortadan kalkmasıyla kısmi elastik iyileşme gösterirler.

Polimer solüsyonları ve sinovyal sıvı gibi bazı biyolojik sıvılar viskoelastik davranış gösterir.

Newtonyen Olmayan Akışkanlara Örnekler

• Biyolojik Sıvılar: Kan, insan vücudundaki Newtonyen olmayan sıvının başlıca örneğidir. Artan kayma hızıyla birlikte viskozitesi azalır ve kan damarlarından akış kolaylaşır.
• Polimerler ve Polimer Çözümleri: Birçok polimer çözeltisi Newtonyen olmayan davranış sergiler. Karmaşık moleküler yapıları kaymaya bağlı viskozitelere yol açar.
• Süspansiyonlar: Parçacık süspansiyonları sıklıkla Newtonyen olmayan özellikler gösterir. Parçacıklar ve süspansiyon ortamı arasındaki etkileşim, karmaşık akış davranışlarıyla sonuçlanır.
• Gıda Ürünleri: Mayonez, yoğurt ve bal gibi çeşitli gıda maddeleri Newton'a uygun olmayan özellikler sergiler.
• Endüstriyel Sıvılar: Sondaj çamurları, yağlayıcılar ve boyalar, endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan Newtonyen olmayan akışkanlara örnektir.

Newtonian ve Newtonian Olmayan Akışkanlar Arasındaki Temel Farklılıklar

Uygulanan Strese Viskozite Tepkisi

Newton sıvıları, uygulanan strese bakılmaksızın sabit viskoziteyi korur. Newtonyen olmayan akışkanlar kayma hızına bağlı olarak değişken viskozite sergiler.

Akış Davranışı ve Modelleri

Newton tipi akışkanlar kayma gerilimi ile kayma hızı arasında doğrusal bir ilişki gösterir. Newtonyen olmayan akışkanlar doğrusal olmayan davranış gösterir.

Newtonyen olmayan bazı akışkanlar kayma incelmesi veya kayma kalınlaşması özellikleri gösterir. Bu, farklı koşullar altında akış özelliklerini etkiler.

Newtonyen Olmayan Sıvıların Kullanımındaki Zorluklar

Newtonyen olmayan sıvıların işlenmesi özel ekipman ve teknikler gerektirir. Değişken viskoziteleri akış tahminlerini ve pompa verimliliğini zorlaştırır.

Akışkanlar Mekaniğinin Temelleri

Kayma Gerilmesi

Kayma gerilimi, bir malzemenin yüzeyine paralel olarak uygulanan bir kuvvettir. Akışkanlar mekaniğinde, bitişik akışkan katmanları farklı hızlarda hareket ettiğinde meydana gelir. Bu, katmanlar arasında sürtünme benzeri bir etki yaratır.

Kayma geriliminin büyüklüğü akışkanın özelliklerine ve hız gradyanına bağlıdır. Özellikle ### olmayan Newtonian akışkanlarda akışkan davranışının belirlenmesinde çok önemli bir rol oynar.

Kesme hızı

Kayma hızı, bitişik sıvı katmanlarının birbirini ne kadar hızlı geçtiğini ölçer. Kesme yönüne dik hız değişim oranını temsil eder.

Boru akışında kesme hızı boru çapına göre değişir. Boru duvarlarının yakınında en yüksek, merkezde ise en düşüktür. Bu değişiklik sıvının akış özelliklerini etkiler.

Viskozite

Viskozite, bir akışkanın akmaya karşı direncini ölçer. Hareket eden bir sıvının iç sürtünmesini tanımlar. Bal gibi yüksek viskoziteli sıvılar, su gibi düşük viskoziteli sıvılara göre daha yavaş akar.

Viskozite dinamik ve kinematik olarak sınıflandırılabilir. Dinamik viskozite, kayma gerilimini kayma hızıyla ilişkilendirir. Kinematik viskozite, dinamik viskozitenin sıvı yoğunluğuna oranıdır.

Sonuç olarak

Newton tipi ve Newton tipi olmayan akışkanların stres altındaki davranışları farklılık gösterir. Bu özellikleri anlamak çeşitli endüstrilerde ve günlük yaşamda çok önemlidir.

Bu sıvıların çevrenizi nasıl etkilediğini keşfetmek için daha fazlasını keşfedin. Akışkanlar dinamiği hakkında merak uyandırmak için yeni keşfettiğiniz bilginizi başkalarıyla paylaşın.