Difúze hybnosti - Momentum diffusion

Difúze hybnosti nejčastěji se odkazuje na difúze nebo šíření hybnost mezi částicemi (atomy nebo molekuly ) z hmota, často v tekutina Tento přenos hybnosti může nastat v jakémkoli směru toku tekutiny. Difúzi hybnosti lze připsat buď vnějšímu tlak nebo smykové napětí nebo oboje.

Difúze v důsledku tlaku

Když je vyvíjen tlak na nestlačitelnou tekutinu, rychlost tekutiny se změní. Kapalina zrychluje nebo zpomaluje v závislosti na relativním směru tlaku vzhledem ke směru proudění. Je to proto, že působení tlaku na kapalinu způsobilo hybnost difúze v tomto směru. Pochopení přesné povahy difúze je klíčovým aspektem k pochopení difúze hybnosti v důsledku tlaku.^[1]

Difúze hybnosti v důsledku smykových napětí

Tekutina tekoucí podél ploché desky se k ní v místě dotyku přilepí a toto je známé jako neklouzavý stav. Jedná se o výsledek adhezních sil mezi plochou deskou a kapalinou. Přítomnost stěny má účinek až do určité vzdálenosti v kapalině (ve směru kolmém k oblasti stěny a toku), což se označuje jako mezní vrstva.

Jakákoli vrstva tekutiny, která není ve styku se stěnou, bude téct určitou rychlostí a bude vložena mezi dvě vrstvy tekutiny. Nyní se vrstva těsně nad ní (tekoucí větší rychlostí) pokusí přetáhnout ji ve směru proudění, zatímco vrstva těsně pod ní (tekoucí nižší rychlostí) se ji pokusí zpomalit. Přitahování mezi vrstvami tekutiny je výsledkem soudržných sil a viskozita je vlastnost, která vysvětluje povahu a sílu soudržných sil v tekutině.

Je běžné zažít skutečnost, že tekoucí tekutina bude vyvíjet na desku určitou sílu a snaží se ji vytáhnout ve svém směru proudění. Plochá deska vyvíjí na kapalinu stejnou sílu. (Newtonův třetí zákon )

Experimenty s prouděním tekutiny rovnoběžně s plochou deskou ukazují, že síla, známá jako smykové napětí, lze vyjádřit matematicky jako

${ displaystyle tau = - mu du / dy}$

Toto platí pouze pro jednorozměrný tok tekutiny v pravoúhlých souřadnicích. The ${ displaystyle tau}$ je smykové napětí v jakékoli vrstvě tekutiny, kde ${ displaystyle du / dy}$ (tj. gradient rychlosti ve směru kolmém na tok a plochu ploché desky), je lokální gradient a ${ displaystyle mu}$ je viskozita.

Jednotkami smykového napětí jsou Síla / Jednotková oblast. Tohle je ${ displaystyle N / m ^ {2}}$ v systému M.K.S. To lze také interpretovat jako ${ displaystyle kg / m { cdot} s ^ {2}}$. Jedná se však také o jednotky toku hybnosti. To je přesný důvod, proč lze smykové napětí v kapalině interpretovat také jako tok hybnosti. Difúze hybnosti je ve směru klesající rychlosti. To znamená, že hybnost se přenáší z tekutiny v horních vrstvách (která má větší hybnost) směrem k tekutině, která je v blízkosti stěny (která má nižší hybnost kvůli své nižší rychlosti).

Fráze „difúze hybnosti“ může také odkazovat na difúzi pravděpodobnosti pro a singl částice mít určitou hybnost.^[2] V tomto případě je to funkce distribuce pravděpodobnosti, která difunduje v prostoru hybnosti, spíše než (konzervované) množství hybnosti, které difunduje mezi mnoho částic.

Reference