Chất lỏng Newton và phi Newton là gì

Bạn đã bao giờ thắc mắc về các loại chất lỏng khác nhau chưa?

Chất lỏng là những chất có thể chảy và biến dạng dưới áp suất. Chúng có hai loại chính: Newton và phi Newton.

Chất lỏng Newton có độ nhớt không đổi, trong khi chất lỏng phi Newton thay đổi độ nhớt khi bị ứng suất.

Chất lỏng Newton là gì

Chất lỏng Newton là loại chất lỏng thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt. Mối quan hệ này không đổi bất kể lực tác dụng.

Chất lỏng Newton tuân theo định luật nhớt của Newton, trong đó nêu rõ ứng suất cắt tỷ lệ thuận với tốc độ biến dạng cắt. Hành vi này được đặc trưng bởi một hệ số độ nhớt không đổi.

Đặc điểm chính của chất lỏng Newton

Độ nhớt không đổi

Độ nhớt của chất lỏng Newton không đổi dưới các tốc độ cắt khác nhau. Tính chất này phân biệt chất lỏng Newton với chất lỏng phi Newton.

Bất kể lực tác dụng, lực cản dòng chảy của chất lỏng vẫn không thay đổi. Đặc tính này làm cho chất lỏng Newton có thể dự đoán được và dễ dàng mô hình hóa về mặt toán học hơn.

Mối quan hệ tuyến tính

Chất lỏng Newton thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt. Mối quan hệ này được thể hiện bằng một đường thẳng trên biểu đồ vẽ ứng suất cắt theo tốc độ cắt.

Độ dốc của đường này biểu thị độ nhớt của chất lỏng. Đối với chất lỏng Newton, độ dốc này không đổi trong một phạm vi tốc độ cắt rộng.

Ví dụ về chất lỏng Newton

• Nước: Nước là ví dụ phổ biến nhất của chất lỏng Newton. Độ nhớt của nó không đổi trong điều kiện bình thường, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng khác nhau trong cơ học chất lỏng.
• Không khí: Không khí, giống như hầu hết các loại khí, hoạt động như chất lỏng Newton trong điều kiện bình thường. Độ nhớt của nó không phụ thuộc vào tốc độ cắt, cho phép đặc tính dòng chảy ổn định trong các quá trình khí quyển và các ứng dụng khí động học.
• Em yêu: Mặc dù có độ nhớt cao nhưng mật ong vẫn thể hiện tính chất Newton. Đặc tính dòng chảy của nó vẫn nhất quán bất kể lực tác dụng, khiến nó trở thành một ví dụ độc đáo về chất lỏng nhớt Newton.

Chất lỏng phi Newton là gì

Chất lỏng phi Newton là chất lỏng phức tạp không tuân theo định luật nhớt của Newton. Độ nhớt của chúng thay đổi theo tốc độ cắt hoặc ứng suất.

Không giống như chất lỏng Newton duy trì độ nhớt không đổi, chất lỏng phi Newton có độ nhớt thay đổi trong các điều kiện dòng chảy khác nhau. Hành vi này là kết quả của cấu trúc phân tử phức tạp hoặc các hạt lơ lửng của chúng.

Các loại chất lỏng phi Newton

Chất lỏng không phụ thuộc vào thời gian

Những chất lỏng này cho thấy sự thay đổi ngay lập tức về độ nhớt theo tốc độ cắt, bất kể thời gian áp dụng lực cắt.

• Chất lỏng cắt mỏng (giả nhựa): Chất lỏng cắt loãng có độ nhớt giảm khi tốc độ cắt tăng. Các ví dụ phổ biến bao gồm sốt cà chua, sơn và máu.
• Chất lỏng làm dày (giãn nở): Chất lỏng làm đặc khi cắt thể hiện sự gia tăng độ nhớt khi tốc độ cắt tăng. Hỗn hợp bột bắp-nước và một số dung dịch polyme thể hiện đặc tính này.
• Năng suất chất lỏng căng thẳng: Những chất lỏng này yêu cầu một ứng suất tối thiểu (ứng suất chảy) để bắt đầu dòng chảy. Kem đánh răng và vữa xi măng là những ví dụ về chất lỏng chịu ứng suất chảy.

Chất lỏng phụ thuộc thời gian

Độ nhớt của các chất lỏng này thay đổi theo cả tốc độ cắt và thời gian ứng dụng cắt.

• chất lỏng thixotropic:
  Chất lỏng thixotropic cho thấy độ nhớt giảm theo thời gian khi bị cắt liên tục. Nhiều loại gel và huyền phù có đặc tính thixotropic.
• chất lỏng lưu biến: Chất lưu biến có độ nhớt tăng theo thời gian dưới sự cắt liên tục. Hành vi này ít phổ biến hơn nhưng có thể được quan sát thấy ở một số chất bôi trơn.

chất lỏng nhớt

Chất lỏng nhớt thể hiện cả tính chất nhớt và đàn hồi. Chúng cho thấy khả năng phục hồi đàn hồi một phần khi loại bỏ ứng suất.

Dung dịch polyme và một số chất lỏng sinh học như dịch khớp có đặc tính đàn hồi nhớt.

Ví dụ về chất lỏng phi Newton

• Chất lỏng sinh học: Máu là một ví dụ điển hình về chất lỏng phi Newton trong cơ thể con người. Độ nhớt của nó giảm khi tăng tốc độ cắt, tạo điều kiện cho dòng chảy qua mạch máu.
• Giải pháp polyme và polyme: Nhiều dung dịch polyme thể hiện hành vi phi Newton. Cấu trúc phân tử phức tạp của chúng dẫn đến độ nhớt phụ thuộc vào lực cắt.
• Đình chỉ: Huyền phù hạt thường biểu hiện các đặc tính phi Newton. Sự tương tác giữa các hạt và môi trường lơ lửng dẫn đến hành vi dòng chảy phức tạp.
• Sản phẩm thực phẩm: Nhiều loại thực phẩm khác nhau, chẳng hạn như sốt mayonnaise, sữa chua và mật ong, thể hiện các đặc tính phi Newton.
• Chất lỏng công nghiệp: Bùn khoan, chất bôi trơn và sơn là những ví dụ về chất lỏng phi Newton được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp.

Sự khác biệt chính giữa chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton

Phản ứng độ nhớt đối với ứng suất ứng dụng

Chất lỏng Newton duy trì độ nhớt không đổi bất kể ứng suất tác dụng. Chất lỏng phi Newton có độ nhớt thay đổi tùy theo tốc độ cắt.

Hành vi và mô hình dòng chảy

Chất lỏng Newton thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt. Chất lỏng phi Newton thể hiện hành vi phi tuyến tính.

Một số chất lỏng phi Newton có đặc tính làm mỏng hoặc làm dày khi cắt. Điều này ảnh hưởng đến đặc tính dòng chảy của chúng trong các điều kiện khác nhau.

Những thách thức trong việc xử lý chất lỏng phi Newton

Xử lý chất lỏng phi Newton đòi hỏi phải có thiết bị và kỹ thuật chuyên dụng. Độ nhớt thay đổi của chúng làm phức tạp việc dự đoán dòng chảy và hiệu suất bơm.

Nguyên tắc cơ bản của cơ học chất lỏng

ứng suất cắt

Ứng suất cắt là lực tác dụng song song với bề mặt vật liệu. Trong cơ học chất lỏng, nó xảy ra khi các lớp chất lỏng liền kề chuyển động với vận tốc khác nhau. Điều này tạo ra hiệu ứng giống như ma sát giữa các lớp.

Độ lớn của ứng suất cắt phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng và độ dốc vận tốc. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hành vi của chất lỏng, đặc biệt là trong chất lỏng Newton không phải ###.

Tốc độ cắt

Tốc độ cắt đo lường tốc độ các lớp chất lỏng liền kề di chuyển qua nhau. Nó biểu thị tốc độ thay đổi vận tốc vuông góc với hướng cắt.

Trong dòng chảy của đường ống, tốc độ cắt thay đổi theo đường kính ống. Nó cao nhất gần thành ống và thấp nhất ở trung tâm. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến đặc tính dòng chảy của chất lỏng.

Độ nhớt

Độ nhớt định lượng khả năng chống chảy của chất lỏng. Nó mô tả ma sát bên trong của chất lỏng chuyển động. Chất lỏng có độ nhớt cao hơn, như mật ong, chảy chậm hơn chất lỏng có độ nhớt thấp hơn, như nước.

Độ nhớt có thể được phân loại thành động học hoặc động học. Độ nhớt động liên quan đến ứng suất cắt với tốc độ cắt. Độ nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ chất lỏng.

Tóm lại là

Chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton khác nhau về hành vi khi bị ứng suất. Hiểu được những đặc tính này là rất quan trọng trong các ngành công nghiệp khác nhau và cuộc sống hàng ngày.

Khám phá thêm để khám phá cách những chất lỏng này tác động đến môi trường xung quanh bạn. Chia sẻ kiến thức mới tìm thấy của bạn với người khác để khơi dậy sự tò mò về động lực học chất lỏng.