Viskoossus

Viskoossus (ladina keeles viscosus 'kleepuv') on vooliste (vedelike ja gaaside) molekulide sisehõõrdumisest tingitud voolamise võime/omadus. Viskoossuse toimet on lihtne ette kujutada, kui laminaarsel (keeristeta) voolamisel vedeliku kihid liiguvad üksteise suhtes. Kihtide libisemispinnal tekib hõõre, mis püüab pidurdada nende omavahelist liikumist. Mida suurem on takistav jõud, seda enam on vedeliku voolamine takistatud ja vastavalt seda sitkem on vedelik.

Vasakul voolab väikese viskoossusega aine (vesi) ja paremal suure viskoossusega aine (mesi)

Vedelikukihtide nihkumine alumise paigalseisava ja ülemise liikuva plaadi vahel

Pigi viskoossus on umbes 100 miljardit korda suurem kui veel, nii et sellise tilga moodustumiseks kulub aastaid

Dünaamiline ja kinemaatiline viskoossus

Füüsikalise suurusena väljendab viskoossus sisehõõrdumise määra. Eristatakse dünaamilist viskoossust (tähis $\eta$, ka $\mu$) ja kinemaatilist viskoossust (tähis $\nu$).

Laminaarsel voolamisel sõltub sisehõõrdejõule vastav jõud $F$, mis on vajalik joonisel kujutatud ülemise plaadi liigutamiseks, pinna $A$ suurusest, selle liikumiskiirusest $\Delta v$ alumise pinna suhtes ja plaatide vahekaugusest $\Delta y$:

$F=\eta A{\frac {\Delta v}{\Delta y}}\,,$

kus võrdetegur $\eta$ on dünaamiline viskoossus.

Dünaamilise viskoossuse pöördsuurust $\eta ^{-1}$ nimetatakse voolavuseks.

Tehnikas, näiteks hüdroajamite arvutamisel, ja samuti triboloogias, on sageli kasutusel kinemaatiline viskoossus

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

kus $\rho$ on voolise tihedus.

Viskoossusest kui füüsikalisest suurusest kõneldes mõeldakse harilikult dünaamilist viskoossust.

Viskoossuse sõltuvus temperatuurist ja rõhust

Vedeliku viskoossus temperatuuri tõustes väheneb ja rõhu kasvades suureneb. Rõhk hakkab vedeliku viskoossust siiski märgatavalt mõjutama alles rõhkudel üle 20 MPa (kahesaja kordne normaalrõhk).

Erinevalt vedelikust gaasi viskoossus temperatuuri tõustes kasvab.

Viskoossuse mõõtmine

Vedeliku viskoossust mõõdetakse viskosimeetriga. Dünaamilise viskoossuse mõõtühikuks on SI-süsteemis paskalsekund (Pa·s = kg/(s·m)), CGS-süsteemis aga puaas.

Dünaamilise viskoossuse määramine viskosimeetriga on tülikas ja aeganõudev. Tööstuslikus praktikas leiab seetõttu sageli kasutamist suhtelise viskoossuse määramine: vedeliku viskoossust võrreldakse tavalise destilleeritud vee viskoossusega. Võrdlemine käib nii, et võrreldakse kindla koguse uuritava vedeliku väljavoolamise aega läbi kalibreeritud ava või kapillaari sama koguse vee väljavoolamise ajaga. Mida suurem on vedeliku viskoossus, seda enam kulub aega vedeliku väljavoolamiseks.

Mõõtühikud

Sõltuvalt kasutatavast mõõtmise metoodikast ja seadmetest leiavad tänapäeval kasutamist järgmised suhtelise viskoossuse ühikud.

SI-süsteemis on dünaamilise viskoossuse ühik Pa·s ja kinemaatilise viskoossuse ühik m²·s⁻¹. Praktikas kasutatakse väikese viskoossusega aine korral Si ühiku Pa·s asemel sageli tuhat korda väiksemat ühikut mPa·s.

CGS-süsteemis mõõdetakse dünaamilist viskoossust puaasides (tähis P), kusjuures 1 Pa·s = 10 P = 1000 cP (sentipuaasi). Kinemaatilise viskoossuse vana ühik on stooks (tähis St), kusjuures 1 St = 10⁻⁴ m²/s.

Vanadest ühikutest on veel kasutusel järgmised viskoossuse ühikud:

• Mandri-Euroopas Engleri kraad (tähis °E), mis väljendav viskoossust vee suhtes;
• Suurbritannias Redwoodi sekund (tähis RI);
• Ameerika Ühendriikides Saybolti sekund (tähis SSU).

Suhtelise viskoossuse ühikud ei ole matemaatiliselt seotud dünaamilise viskoossusega ning seetõttu tuleb nende omavahelisel võrdlemisel kasutada üleminekutabeleid.

Viskoossus ja määrimisomadused

Mida suurem on vedeliku viskoossus, seda paremad on vedeliku määrimisomadused, kuid samas suurenevad rõhukaod süsteemis ja vedelik kuumeneb tööprotsessis rohkem. Väiksema viskoossusega vedelik nõuab süsteemi kvaliteetsemat tihendamist, kuid võimaldab ajami tööd madalamal välistemperatuuril. Soovitatavaks hüdrovedeliku viskoossuseks loetakse u 20–100 cSt. Suurim viskoossus lähtudes külmalt käivitamise tingimusest u 800–2000 cSt. Minimaalne viskoossus lähtudes määrimistingimustest u 10 cSt.

Temperatuuri mõju määrdeaine viskoossusele on paljude seadmete töös olulise tähtsusega, kuna viskoossus mõjutab määrdeainete määrimisomadusi ja hõõrdetakistuse suurust.

Määrdeainete ja hüdrovedelike markeerimisel on aluseks nende viskoossus, mis on vedeliku markeeringus näidatud arvulise väärtusena. Kuna vedelike viskoossus ei ole konstantne, siis peab markeeringus toodud viskoossus vastama kindlatele tingimustele. Siin on eri standardite poolt kehtestatud markeerimise alustes suured erinevused. Näiteks ISO-standard määratleb vedelikud viskoossuse järgi temperatuuril 40 °C, aga DIN-standard temperatuuril 50 °C. Siingi on erineva markeeringuga vedelike võrdlemiseks vajalikud üleminekutabelid.

Vaata ka

• Reynoldsi arv
• Vedelike füüsikalised omadused