В’язкість газів при атмосферному тиску — це міра того, як гази “опираються” на рух молекул всередині них. В’язкість газу залежить від кількох факторів, зокрема від температури та молекулярної маси газу. В’язкість газів зазвичай значно менша, ніж в’язкість рідин або твердих тіл.
1. Основні фактори, що впливають на в’язкість газів:
- Температура: В’язкість газу збільшується з підвищенням температури. Це відбувається через збільшення швидкості молекул газу, що веде до частіших і сильніших зіткнень молекул, які сприяють збільшенню в’язкості.
- Молекулярна маса: Газ з більшою молекулярною масою зазвичай має вищу в’язкість, оскільки більші молекули рухаються повільніше, що призводить до більших взаємодій між молекулами.
- Тип газу: В’язкість газів різних типів відрізняється через різницю в їх молекулярних властивостях. Наприклад, в’язкість аргона буде відрізнятися від в’язкості кисню або азоту.
2. Залежність в’язкості від температури
В’язкість газів з температурою підкоряється загальному правилу, яке можна описати рівнянням:
η = η₀ * (T / T₀)^(3/2)
де:
- η — в’язкість газу при температурі T,
- η₀ — в’язкість газу при температурі T₀,
- T і T₀ — температури (в Кельвінах).
Це рівняння показує, що в’язкість газу зростає приблизно пропорційно T^(3/2), тобто при підвищенні температури в’язкість збільшується.
3. Приклади в’язкості деяких газів при атмосферному тиску та 0°C:
| Газ | В’язкість (мкПа·с) при 0°C |
|---|---|
| Азот (N₂) | 17.6 |
| Кисень (O₂) | 20.0 |
| Аргон (Ar) | 22.0 |
| Водень (H₂) | 8.9 |
| Гелій (He) | 19.0 |
З таблиці видно, що молекули водню, які мають найменшу молекулярну масу серед цих газів, мають найменшу в’язкість. Для інших газів в’язкість збільшується із збільшенням молекулярної маси, але цей ефект не такий сильний, як зміна в’язкості з температурою.
4. Загальна формула для в’язкості газів (для ідеальних газів):
Існує також більш загальна формула для в’язкості газів, яка є апроксимацією для ідеальних газів:
η = C * (M^(1/2)) / (T^(3/2))
де:
- C — стала (значення залежить від конкретного газу),
- M — молекулярна маса газу,
- T — температура в Кельвінах.
В’язкість газів на атмосферному тиску залежить від температури, молекулярної маси та типу газу. Вона збільшується із підвищенням температури, а також може варіюватися залежно від молекулярної маси газу, де більші молекули газу зазвичай мають вищу в’язкість.
| η, 10 -6 Па· с | 150 К | 200 К | 250 К | 300 К | 400 К |
| Азот | 10.0 | 12.9 | 15.5 | 17.9 | 22.1 |
| Аміак | – | 6.89 | 8.53 | 10.3 | 13.9 |
| Аргон | 12.3 | 16.0 | 19.5 | 22.7 | 28.5 |
| Ацетилен | – | – | – | 10.3 | 13.5 |
| Бромметан | – | – | 13.2 | 15.8 | 20.2 |
| Водень | 5.57 | 6.78 | 7.90 | 8.94 | 10.9 |
| Водяна пара | – | – | – | 9.13 | 13.2 |
| Повітря | 10.3 | 13.2 | 16.0 | 18.5 | 23.0 |
| Гелій | 12.3 | 15.0 | 17.5 | 19.9 | 24.3 |
| Кисень | 11.3 | 14.6 | 17.8 | 20.7 | 25.9 |
| Метан | – | 7.76 | 9.53 | 11.2 | 14.2 |
| Неон | 19.4 | 23.9 | 28.0 | 31.7 | 38.4 |
| Оксид азоту (II) | 10.5 | 13.6 | 16.6 | 19.3 | 24.1 |
| Оксид вуглецю(II) | 9.84 | 12.7 | 15.4 | 17.8 | 22.1 |
| Оксид вуглецю (IV) | – | 10.2 | 12.6 | 15.0 | 19.5 |
| Пропан | – | – | 7.1 | 8.3 | 9.5 |
| Етан | – | 6.43 | 7.96 | 9.45 | 12.2 |
| Етилен | – | 7.1 | 8.8 | 10.4 | 13.5 |