ความหนืดเป็นปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวันที่สังเกตได้จากความแตกต่างระหว่างของเหลวที่เทช้าๆ เช่น น้ำผึ้ง และสารที่มีน้ำไหล เช่น น้ำ แต่ปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลที่ซับซ้อนที่สร้างความหนืดทำให้การคำนวณทางทฤษฎีเป็นเรื่องยากมาก ตอนนี้ นักฟิสิกส์คู่หนึ่งในสหราชอาณาจักรและรัสเซียได้รับมือกับความท้าทายนี้ และได้สูตรง่ายๆ ที่ทำให้ค่าความหนืดของวัสดุทั้งหมดลดลง
พวกเขา
กล่าวว่าสูตรดังกล่าวสะท้อนถึงธรรมชาติทางกลศาสตร์ควอนตัมของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลและเกี่ยวข้องกับค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐานสองค่า ได้แก่ ค่าคงที่ของพลังค์ ( ħ ) และอัตราส่วนมวลของโปรตอนต่ออิเล็กตรอน ความหนืดทำหน้าที่เหมือนแรงเสียดทานภายในระหว่างชั้นที่อยู่ติดกัน
ของของไหลที่เคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่น เมื่อน้ำไหลผ่านท่อ จะมีแรงเสียดทานระหว่างโมเลกุลที่ไหลเร็วกว่าที่อยู่ตรงกลางท่อกับโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้ากว่าซึ่งอยู่ใกล้ผนังท่อ การคำนวณความหนืดของวัสดุจากหลักการแรกต้องพิจารณาองค์ประกอบและโครงสร้างของโมเลกุลของสาร ตลอดจนอุณหภูมิ
และความดันของระบบ อันที่จริง ความหนืดจะแปรผันมากกว่า 19 ลำดับความสำคัญ ตั้งแต่ค่าที่ต่ำมากสำหรับก๊าซฮีเลียมไปจนถึงค่าที่สูงมากสำหรับของเหลวที่อยู่ใกล้กับการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว
ใกล้กรุงมอสโกได้ออกเดินทางเพื่อค้นหาสมการที่จะกำหนดขอบเขตล่างของความหนืด
ในของไหลทั้งหมด งานของพวกเขาขึ้นอยู่กับความผันแปรของความหนืดตามสภาพแวดล้อม ข้อเท็จจริงที่ว่า ณ ความดันที่กำหนด ของเหลวใดๆ จะมีค่าต่ำสุดที่อุณหภูมิหนึ่งๆ การแลกเปลี่ยนโมเมนตัมสำหรับของเหลว เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบจะสั่นมากขึ้นและทำให้อันตรกิริยา
ที่เหนียวแน่นระหว่างกันอ่อนลง นำไปสู่การสูญเสียความหนืด แต่ในก๊าซจะตรงกันข้าม เนื่องจากชั้นจะแลกเปลี่ยนโมเมนตัมผ่านการชนกัน อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะนำไปสู่ความหนืดที่มากขึ้น ดังนั้นความหนืดของของไหลจะต่ำที่สุดเมื่อเปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะคล้ายของเหลวและสถานะคล้ายแก๊ส
ในการหา
ค่าความหนืดขั้นต่ำของของเหลวใดๆ ได้พิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับก๊าซในขณะที่มันเย็นลง พวกเขาให้เหตุผลว่าในระหว่างกระบวนการทำให้เย็นลง เส้นทางที่ปราศจากค่าเฉลี่ยของโมเลกุลของก๊าซจะลดลงแต่ไม่ได้ลดลงต่ำกว่าค่าต่ำสุดโดยประมาณเท่ากับระยะทางที่ปฏิสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่างโมเลกุล
เกิดขึ้น สมมติฐานดังกล่าวนำไปสู่สูตรสำหรับความหนืดต่ำสุดใน คุณสมบัติของโมเลกุล 3 ประการ ได้แก่ มวล ความถี่การสั่นสะเทือน (Debye) และระยะห่างระหว่างอนุภาค นักวิจัยยืนยันการคำนวณของพวกเขาโดยได้รับสูตรเดียวกันหลังจากเริ่มด้วยของเหลวและทำงานจนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้น
พวกเขายังพบว่าการใส่ค่าที่เหมาะสมสำหรับตัวแปรทั้งสามสูตรทำให้ได้ค่าความหนืดขั้นต่ำสำหรับของเหลวต่างๆ ในวงกว้าง ซึ่งสอดคล้องกับผลการทดลอง ซึ่งค่าความหนืดจะอยู่ระหว่างประมาณ 10 -4 -10 -5 ปาสคาล วินาที อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้สูตรที่เกี่ยวข้องกับค่าคงที่พื้นฐานเท่านั้น
พวกเขา
ต้องทำขั้นตอนเพิ่มเติมอีกสองสามขั้นตอน ขั้นแรก พวกเขาหาการแสดงออกของสิ่งที่เรียกว่า “ความหนืดจลนศาสตร์” ซึ่งเป็นอัตราส่วนของความหนืดของของไหลต่อความหนาแน่น ทั้งคู่ตั้งค่าระยะห่างระหว่างอนุภาคเท่ากับรัศมีบอร์ (“รัศมี” ของอะตอมไฮโดรเจน) และกำหนดพลังงานที่เหนียวแน่น
ระหว่างโมเลกุลในของเหลวให้เป็นพลังงาน (พลังงานที่จำเป็นในการทำให้อะตอมไฮโดรเจนแตกตัวเป็นไอออน) สิ่งนี้ทำให้พวกเขาแสดงความหนืดจลนศาสตร์ในรูปของħมวลโมเลกุล และมวลอิเล็กตรอน
สุดท้ายเจริญจากนั้น ในขั้นสุดท้าย พวกเขาได้คิดค้นปริมาณใหม่ที่เรียกว่า “ความหนืดมูลฐาน”
ซึ่งเป็นผลคูณของความหนืดจลนศาสตร์และมวลโมเลกุล พวกเขาพบว่าขอบเขตล่างของปริมาณนี้ เมื่อโมเลกุลที่เป็นปัญหาคือไฮโดรเจนอะตอมเดี่ยวและมวลเท่ากับโปรตอน – เป็นนิพจน์ที่เกี่ยวข้องกับอัตราส่วนมวลของโปรตอนต่ออิเล็กตรอนเท่านั้น ( เช่นกัน เป็นπ ). พวกเขาชี้ให้เห็น
ตัวเลขมันเท่ากับโดยประมาณħ กล่าวว่า “ความหนืดเป็นคุณสมบัติที่ซับซ้อนซึ่งแปรผันอย่างมากสำหรับของเหลวและสภาวะภายนอกที่แตกต่างกัน” “แต่ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่าความหนืดต่ำสุดของของเหลวทั้งหมดกลายเป็นเรื่องง่ายและเป็นสากล”
อันที่จริงแล้ว การคำนวณของทั้งคู่ใกล้เคียงกับค่าที่ได้รับจากข้อมูลการทดลอง นั่นคือความหนืดเบื้องต้นต่ำสุดจากข้อมูลเชิงประจักษ์สำหรับโมเลกุลไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งอยู่ที่ประมาณ 3.5 ħและ 1.5 ħตามลำดับ น้ำที่หนัก กว่าในขณะเดียวกันมีอย่างน้อยประมาณ 30 ħ พวกเขายังชี้ให้เห็นว่าสูตร
ของพวกเขาสอดคล้องกับหลักความไม่แน่นอน ซึ่งกำหนดค่าขั้นต่ำเป็นħสำหรับอนุภาคที่ถูกจำกัดภายในรัศมีบอร์ ควาร์ก-กลูออนพลาสมานอกจากนี้ พวกเขายังกล่าวอีกว่า ผลที่ออกมาสอดคล้องกับขอบเขตความหนืดที่ต่ำกว่าซึ่งก่อนหน้านี้ได้มาจากการใช้ทฤษฎีสนามควอนตัม
เพื่อหาคุณสมบัติของสิ่งที่เรียกว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออน ซึ่งเป็นซุปร้อนเป็นพิเศษของอนุภาคมูลฐานที่ไม่ผูกมัดซึ่งคิดว่ามีอยู่ใน จักรวาลในยุคแรกเริ่ม ในเชิงปฏิบัติ คิดว่างานของพวกเขาอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนาของไหลที่มีความหนืดต่ำชนิดใหม่สำหรับใช้ในกระบวนการทางเคมี
อุตสาหกรรม หรือทางชีววิทยา เช่น ของไหลวิกฤตยิ่งยวดสำหรับจัดการกับของเสียที่ซับซ้อน เขากล่าวว่าขอบเขตที่ต่ำกว่าของความหนืดอาจเป็นเป้าหมายทางทฤษฎีที่มีประโยชน์ ในขณะที่การเล็งที่ต่ำกว่านั้นหมายถึงการสิ้นเปลืองทรัพยากร อย่างไรก็ตามไม่ใช่ทุกคนที่เชื่อ
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
