Difúze hybnosti - Momentum diffusion
Difúze hybnosti nejčastěji označuje difúzi nebo šíření hybnosti mezi částicemi ( atomy nebo molekulami ) hmoty , často v tekutém stavu. Tento přenos hybnosti může nastat v jakémkoli směru toku tekutiny. Hybnost difúze lze přičíst buď vnějšího tlaku nebo smykového napětí , nebo obojí.
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 tekutinu způsobilo difúzi hybnosti v tomto směru. Pochopení přesné povahy difúze je klíčovým aspektem k pochopení difúze hybnosti v důsledku tlaku.
Difúze hybnosti v důsledku smykových napětí
Tekutina tekoucí podél ploché desky se k ní v místě dotyku přilepí, což se označuje 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 na oblast stěny a proudění), 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 kapaliny je výsledkem soudržných sil a viskozita je vlastnost, která vysvětluje povahu a sílu soudržných sil v kapalině.
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
Toto platí pouze pro jednorozměrný tok tekutiny v pravoúhlých souřadnicích. The je smykové napětí v jakékoli vrstvě tekutiny, kde (tj. Gradient rychlosti ve směru kolmém na tok a oblast ploché desky), je lokální gradient a je viskozita.
Jednotkami smykového napětí jsou Síla / Jednotková oblast. To je v systému MKS. To lze také interpretovat jako . 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 blízko stěny (která má nižší hybnost kvůli své nižší rychlosti).
Fráze „difúze hybnosti“ může také odkazovat na difúzi pravděpodobnosti, že jednotlivé částice budou mít určitou hybnost. V tomto případě je to funkce distribuce pravděpodobnosti, která difunduje v prostoru hybnosti, spíše než (konzervované) množství hybnosti, které difunduje mezi mnoho částic.