Chất lỏng lý tưởng là gì?

Câu trả lời chính xác nhất: Chất lỏng lý tưởng là chất lỏng mà ta có thể bỏ qua lực ma sát nhớt của các phần bên trong chất lỏng khi chuyển động tương đối với nhau. Ðối với chất lỏng lý tưởng, ta sẽ biểu diễn đường đi của một phân tử chất lưu bằng một đường dòng mà tiếp tuyến với nó tại mọi điểm có phương chiều trùng với véc tơ vận tốc của chất lưu tại điểm đó.  Tập hợp toàn bộ các đường dòng biểu diễn cho cả khối chất lưu được gọi là ống dòng. Nếu chúng ta cắt ống dòng bằng một mặt phẳng S vuông góc đồng thời với các đường dòng, thì tại mọi điểm trên diện tích S này vận tốc các phân tử sẽ có độ lớn bằng nhau.

Để hiểu rõ hơn về chất lỏng lí tưởng, mời các bạn đến với phần nội dung dưới đây.

1. Chất lỏng là gì?

Chất lỏng là một trạng thái vật chất khá phổ biến. Chất lỏng là một chất lưu gần như không nén được mà các phân tử cấu tạo nên nó có liên kết không chặt so với liên kết rắn và có hình dạng phụ thuộc vào vật chứa nó. Chất lỏng là một trong bốn trạng thái cơ bản của vật chất (gồm chất rắn, chất lỏng, chất khí và plasma). Không giống chất khí, chất lỏng không phân tán đều trong vật chứa mà duy trì mật độ tương đối ổn định. Một tính chất đặc biệt của chất lỏng là sức căng bề mặt, gây ra sự ướt.

Hình dạng của chất lỏng được xác định bởi vật chứa nó nên có thể nói các hạt chất lỏng (thường là các phân tử) có thể chuyển động tự do trong khối chất lỏng, nhưng chúng tạo thành một bề mặt rõ ràng không nhất thiết phải giống với bình chứa. Không giống với chất khí, hình dạng của nó không khớp hoàn toàn với bình chứa.

Ở nhiệt độ bên dưới điểm sôi, chất lỏng sẽ bốc hơi, trừ khi bình được đậy kín, cho đến khi nồng độ hơi của nó đạt đến trạng thái áp suất riêng phần cân bằng ở thể khí. Do đó, không có chất lỏng nào tồn tại trong môi trường chân không tuyệt đối.

Thể tích của một lượng chất lỏng được xác định bởi nhiệt độ và áp suất của nó. Trừ khi thể tích này khích hoàn toàn với thể tích của bình chứa, thì cần xem xét đến một hoặc nhiều bề mặt của nó. Các chất lỏng trong trường trọng lực, cũng giống như tất cả các chất lỏng khác, đều tác động áp suất lên các mặt của bình chứa cũng như những vật bên trong chúng. Áp suất này được truyền đi theo tất cả các hướng và tăng dần khi càng xuống sâu.

>>> Tham khảo: Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào yếu tố nào?

2. Chất lỏng lý tưởng là gì?

Chất lỏng lý tưởng là chất lỏng mà ta có thể bỏ qua lực ma sát nhớt của các phần bên trong chất lỏng khi chuyển động tương đối với nhau. Ðối với chất lỏng lý tưởng, ta sẽ biểu diễn đường đi của một phân tử chất lưu bằng một đường dòng mà tiếp tuyến với nó tại mọi điểm có phương chiều trùng với véc tơ vận tốc của chất lưu tại điểm đó.  Tập hợp toàn bộ các đường dòng biểu diễn cho cả khối chất lưu được gọi là ống dòng. Nếu chúng ta cắt ống dòng bằng một mặt phẳng S vuông góc đồng thời với các đường dòng, thì tại mọi điểm trên diện tích S này vận tốc các phân tử sẽ có độ lớn bằng nhau.

>>> Tham khảo: Cách tạo chất lỏng phi Newton

3. Phương trình của chất lỏng lý tưởng

Phương trình liên tục

Phương trình liên tục chính là định luật bảo toàn khối lượng đối với chất lưu. Đối với chất lưu không nén được, khi xét một thể tích tham khảo thì lưu lượng chất đi vào phải bằng lưu lượng chất đi ra thể tích đó. Nghĩa là, trong hệ tọa độ Descartes với u, v, w là các thành phần vận tốc trên các phương x, y, z, ta có: δ {\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial x}}+{\frac {\partial v}{\partial y}}+{\frac {\partial w}{\partial z}}=0} - 

hoặc là (với {\displaystyle \mathbf {u} }u là vec tơ lưu tốc):{\displaystyle \mathrm {div} \mathbf {u} =0}

Phương trình Bernoulli cho chất lỏng lý tưởng

Để hiểu cụ thể hơn Phương trình Bernoulli chúng ta xem xét trường hợp truyền dẫn chất lỏng qua ống có tiết diện thay đổi, được đặt nghiêng với phương ngang một góc β. Lựa chọn 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 bất kỳ trên đoạn ống đó. Lưu lượng chảy qua ống là Q. Sử dụng áp kế để đo áp suất chất lỏng tại các mặt cắt. Di chuyển áp kế tới từng mặt cắt sẽ thu được đường áp kế.

Sử dụng ống Pito với phần đầu ống được thiết kế song song và ngược với hướng dòng chảy. Khi đó với chất lỏng lý tưởng sẽ thu được chiều cao cột chất lỏng như nhau tại mọi mặt cắt so với mặt phẳng gốc. Như vậy đường thẳng tạo thành khi di chuyển ống Pito tại các mặt cắt bất kỳ thể hiện mức năng lượng toàn phần của dòng chảy.

Phương trình Bernoulli tại mặt cắt 1-1 và 2-2.

Phương trình Bernoulli tại mặt cắt bất kỳ:

Về mặt năng lượng chúng ta có thể hiểu :

Z – năng lượng riêng thế năng

P/ρg – năng lượng riêng áp suất

V2/2g – năng lượng riêng động năng

Trong phương trình trên thứ nguyên của H là mét: [H]=m. Và H được gọi là chiều cao cột áp. Từ đó có thêm các tên gọi: Z – chiều cao cột áp hình học, P/ρg – chiều cao cột áp áp suất, V2/2g – chiều cao cột áp vận tốc.

Phương trình Bernoulli đối với chất lỏng lý tưởng có thể được phát biểu là: tổng chiều cao cột áp hình học, áp suất, và vận tốc là một hằng số.

-----------------------------------

Trên đây, Toploigiai đã cùng các bạn tìm hiểu về Chất lỏng lý tưởng là gì? Chúng tôi hi vọng bài viết này giúp ích cho các bạn, chúc các bạn học tốt.