Chất lỏng phi Newton: Tìm hiểu về tính chất độc đáo và ứng dụng trong kỹ thuật nhiệt, từ dầu nhớt đến các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày.
Hiểu về Chất lỏng phi Newton
Trong ngành kỹ thuật nhiệt, chúng ta thường gặp các loại chất lỏng không tuân theo định luật Newton về độ nhớt. Những chất lỏng này được gọi là chất lỏng phi Newton. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về khái niệm và các loại chất lỏng phi Newton, cũng như các ứng dụng của chúng trong thực tế.
Chất lỏng phi Newton là gì?
Khác với chất lỏng Newton, chất lỏng phi Newton có độ nhớt không cố định mà thay đổi tùy thuộc vào lực cắt (shear force) hoặc tốc độ cắt (shear rate). Độ nhớt của chất lỏng phi Newton không tuân theo định luật của Isaac Newton, có thể viết dưới dạng phương trình:
\(\tau = \eta \frac{du}{dy}\)
Trong đó:
- \(\tau\) là ứng suất cắt
- \(\eta\) là độ nhớt
- \(\frac{du}{dy}\) là tốc độ cắt
Đối với chất lỏng Newton, \(\eta\) là hằng số, nghĩa là không đổi với mọi lực cắt. Nhưng đối với chất lỏng phi Newton, độ nhớt \(\eta\) sẽ thay đổi theo lực cắt.
Các loại chất lỏng phi Newton
Chất lỏng phi Newton được phân loại thành nhiều loại dựa trên cách chúng phản ứng với lực cắt. Dưới đây là một số loại phổ biến:
- Chất lỏng giả dẻo (Pseudoplastic fluids): Độ nhớt của chúng giảm khi tốc độ cắt tăng. Một ví dụ điển hình là sơn.
- Chất lỏng dẻo Bingham (Bingham plastic fluids): Chúng ứng xử như chất rắn khi không chịu đủ ứng suất cắt, nhưng sẽ chảy như chất lỏng khi đạt đến một ngưỡng ứng suất cắt nhất định. Điển hình là kem đánh răng.
- Chất lỏng giãn nở (Dilantant fluids): Độ nhớt của chúng tăng khi tốc độ cắt tăng. Bột bắp hoà nước là một ví dụ điển hình.
- Chất lỏng đàn hồi (Rheopectic fluids): Hành vi của chúng tương tự như chất lỏng giãn nở, nhưng độ nhớt của chúng tăng theo thời gian ứng suất cắt được áp dụng.
- Chất lỏng thixotropic: Độ nhớt giảm dần khi ứng suất cắt kéo dài. Ví dụ là gel hoặc đất sét.
Ứng dụng của chất lỏng phi Newton
Chất lỏng phi Newton có nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày và trong các ngành công nghiệp:
- Sơn và mực in: Các loại sơn thường là chất lỏng giả dẻo, giúp dễ dàng lăn và bám lên bề mặt mà không bị chảy nhỏ giọt.
- Thực phẩm: Các loại sốt và kem thường là chất lỏng dẻo Bingham, giúp dễ dàng bơm và giữ hình dạng trên món ăn.
- Sản phẩm chăm sóc cá nhân: Kem đánh răng là chất lỏng dẻo Bingham, giúp dễ dàng lấy từ tuýp mà không bị chảy tự do.
- Bảo vệ chống va đập: Các chất lỏng giãn nở được sử dụng trong thiết bị bảo vệ như áo giáp để hấp thụ và phân tán năng lượng va chạm.
Kết luận
Chất lỏng phi Newton là một phần quan trọng trong kỹ thuật nhiệt và các lĩnh vực kỹ thuật khác. Bằng cách hiểu và ứng dụng đúng, chúng ta có thể tận dụng được các tính chất đặc biệt của chúng để cải thiện và phát triển các sản phẩm và công nghệ mới. Điều này mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.