Viskoznost

Mehanika kontinuuma
|
Zakoni Zakon održanja mase Zakon održanja količine kretanja Zakon održanja energije Nejednakost entropije
Mehanika čvrstih tijela Čvrsta tijela · Napon · Deformacija · Teorija konačnih deformacija · Teorija infinitezimalnih napreazanja · Elastičnost (linearna) · Plastičnost · Savijanje · Hookeov zakon · Teorija o otkazu materijala · Mehanika loma · Mehanika kontakta (frikciona)
Mehanika fluida Fluidi · Statika fluida Dinamika fluida · Arhimedov zakon · Bernoullijeva jednačina · Navier–Stokesove jednačine · Hagen–Poiseuilleova jednačina · Pascalov zakon · Viskoznost (Njutnovski fluid · Nenjutnovski fluid) · Potisak · Pritisak
Naučnici Bernoulli · Boyle· Cauchy · Charles · Euler · Gay-Lussac · Hooke · Newton · Pascal · Navier · Stokes

Viskoznost (ili viskozitet) veličina je koja opisuje otpor neke tečnosti prema tečenju. Prema Newtonovoj teoriji slojevi tečnosti se kreću različitom brzinom. Iznos sile viskoznog trenja (τ) je proporcionalan gradijentu brzine, a konstanta proporcionalnosti je koeficijent viskoznosti (η) čija je jedinica paskal-sekunda Pa s (za više informacija, pogledajte ovaj dio članka).

Etimologija

Riječ "viskoznost" dolazi od latinske riječi "viscum" - imela. Viskozno ljepilo se pravi od bobica imele.

Koeficijenti viskoznosti

Kada gledamo na vrijednost viskoznosti, najčešće se srećemo sa koeficijentima viskoznosti. Postoji nekoliko različitih koeficijenata viskoznosti u zavisnosti od priorde primijenjenog napona i prirode fluida. Ovi koeficijenti opisani su u svim knjigama o hidrodinamici i realogiji.

• Dinamička viskoznost (ili apsolutna viskoznost) određuje dinamiku nestišljivih Newtonovih fluida;
• Kinematička viskoznost je dinamička viskoznost podijeljena sa gustoćom (za Newtonov fluid);
• Zapreminska viskoznost (ili masena viskoznost) određuje dinamiku stišljivih Newtonovih fluida;
• Smicajna viskoznost je koeficijent viskoznosti kada je primijenjeni napon smicanje (vrijedi za ne-Newtonove fluide);
• Ekstenziona viskoznost ije koeficijent viskoznosti kada je primijenjeni napon napon istezanja (vrijedi za ne-Newtonove fluide).

Newtonova teorija

Općenito, u bilo kojem strujanju, slojevi se kreću različitim brzinama.

Isaac Newton je pretpostavio da je, za pravo, paralelno i uniformno strujanje, tangencijalni napon τ, između slojeva, proporcionalan gradijentu brzine, ∂u/∂y, u pravcu okomitom na slojeve.

$\tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}$.

Mjerenje viskoznosti

Dinamička viskoznost

Uobičajni simbol za dinamičku viskoznost, koji se koristi u mašinskom inženjerstvu i dinamici fluida, je grčko slovo mi ($\mu$). Simbol $\eta$ se, također, koristi kod hemičara i IUPAC-a. SI mjerna jedinica dinamičke viskoznosti je paskal-sekunda (Pa·s), što je identički jednako sa kg·m⁻¹·s⁻¹. Ako se fluid, sa viskoznosti od jednog Pa·s, stavi između dvije ploče, te ako se jedna ploča gurne pomoću tangencijslnog napona od jednog paskala, plča će preći udaljenost jednaku debljini slova između ploča u jednoj sekundi.

CGS sistem jedinica za dinamičku viskoznost je puaz (P), koja je dobila naziv po Jeanu Louisu Marie Poiseuilleu. Najčešće je izražen, posebno u ASTM standardima, koa centipuaz (cP). Voda na 20 °C ima viskoznost od 1,0020 cP.

1 P = 1 g·cm⁻¹·s⁻¹

Veza između puaza i paskal-sekunde je:

10 P = 1 kg·m⁻¹·s⁻¹ = 1 Pa·s

1 cP = 0,001 Pa·s = 1 mPa·s

Kinematička viskoznost

U mnogim situacijama, razmatramo omjer viskoznih sila ito the inercijalnih sila, kasnije karakterizovanih kao gustoća fluida ρ. Ovaj omjer poznat je kao kinematička viskoznost (grčko slovo ni, $\nu$), a definisana je kao:

$\nu ={\frac {\mu }{\rho }}$,

gdje je:

$\mu$ - dinamička viskoznost (Pa·s) $\rho$ - gustoća (kg/m³), $\nu$ . kinematička viskoznost (m²/s).

CGS fizikalna jedinica za kinematičku viskoznost je stoks (St), koji je naziv dobio po Georgeu Gabrielu Stokesu. Ponekad se izražava preko centistoksa (cSt ili ctsk).

1 stoks = 100 centistoksa = 1 cm²·s⁻¹ = 0,0001 m²·s⁻¹.

1 centistoks = 1 mm²·s^-1 = 10^-6m²·s⁻¹

Kenematička viskoznost ponekad se naziva i difuzivnost količine kretanja, zato što je uporediva i zato što ima istu jedinicu (m²s⁻¹) kao i difuzivnost toplote i difuzivnost mase.

Viskoznost odabranih substanci

Viskoznost zraka i vode su dvije daleko najbitniji materijali za avijacijsku aerodinamiku i dinamiku fluida kod brodova. Temperatura igra glavnu ulogu u određivanju viskoznosti.

Viskoznost zraka

Viskoznost zraka zavisi najviše od temperature. Na 15 °C, viskoznost zraka iznosi 1,78 × 10⁻⁵ kg/(m·s) ili 1,78 × 10⁻⁴ P. Moguće je dobiti viskoznost zraka kao funkciju od temperature iz kalkulatora viskoznosti plina.

Viskoznost vode

Dinamička viskoznost vode

Viskoznost vode iznosi 8,90 × 10⁻⁴ Pa·s ili 8,90 × 10⁻³ din·s/cm² ili 0.890 cP na temperaturi oko 25 °C.
Kao funkcija od temperature T (K): μ(Pa·s) = A × 10^B/(T−C)

gdje je

• A = 2,414 × 10⁻⁵ Pa·s
• B = 247,8 K
• C = 140 K.

Viskoznost tečne vode na različitim temperaturama pri normalnoj tački ključanja data je u tabeli ispod.

Temperatura [°C]	Viskoznost [Pa·s]
10	1,308 × 10−3
20	1,003 × 10−3
30	7,978 × 10−4
40	6,531 × 10−4
50	5,471 × 10−4
60	4,668 × 10−4
70	4,044 × 10−4
80	3,550 × 10−4
90	3,150 × 10−4
100	2,822 × 10−4

Viskoznost raznih materijala

Primjer viskoznosti mlijeka i vode. Tečnosti sa velikom viskoznosti neće mnogo prskati kada se ulijevaju konstantnom brzinom.

Med je primjer fluida velike viskoznosti.

Puter od kikirikija je polučvrsta tvar tako da može imati uzvišenja.

Neke dinamičke viskoznosti Newtonovih fluida dat je u tabeli ispod:

Plinovi (na 0°C):

	Viskoznost [Pa·s]
Vodonik	8,4 × 10−6
Zrak	17,4 × 10−6
Ksenon	2,12 × 10−5

Tečnosti (na 25°C):

	Viskoznost [Pa·s]	Viskoznost [cP]
Aceton	3,06 × 10−4	0,306
Benzen	6,04 × 10−4	0,604
Krv	3 to 4 × 10−3	1,37
Ricinusovo ulje	0,985	985
Kukuruzni sirup	1,3806	1380,6
Etanol	1,074 × 10−3	1,074
Etilen glicol	1,61 × 10−2	16,1
Glicerol	1,5	1500
HFO-380	2,022	2022
Živa	1,526 × 10−3	1,526
Metanol	5,44 × 10−4	0,544
Nitrobenzen	1,863 × 10−3	1,863
Tečni dušik na 77°K	1,58 × 10−4	0,158
Propanol	1,945 × 10−3	1,945
Maslinovo ulje	0,081	81
Smola	2,3 × 108	2,3 × 1011
Sumporna kiselina	2,42 × 10−2	24,2
Voda	8,94 × 10−4	0,894

Fluidi sa različitim komponentama, kao što je med, mogu imati širok dijapazon viskoznosti.

	Viskoznost [cP]
Med	2000–10,000
Melasa	5000–10000
Istopljeno staklo	10000–1000000
Čokoladni sirup	10000–25000
Istopljena čokolada*	45000–130000
Kečap*	50000–100,000
Puter od kikirikija	~250000
Maslo*	~250000

* Ovi materijali su nenewtonovi fluidi.

Također pogledajte

• Deborin broj
• Dilatant
• Sindrom hiperviskoznosti
• Neviskozno strujanje
• Reynoldsov broj
• Reologija
• Tiksotropija
• Viskometar
• Viskometrija
• Viskoelastičnost
• Indeks viskoznosti

Vanjski linkovi

• Viscosity