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.The Online Etymology Dictionary
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 hidrodinamiciHappel, J. and Brenner , H. "Low Reynolds number hydrodynamics", Prentice-Hall, (1965)Landau, L.D. and Lifshitz, E.M. "Fluid mechanics", Pergamon Press,(1959) i realogiji.Barnes, H.A. "A Handbook of Elementary Rheology", Institute of Non-Newtonian Fluid mechanics, UK (2000)
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
mini|desno|320px
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.
.
Mjerenje viskoznosti
Mjerne jedinice
Dinamička viskoznost
Uobičajni simbol za dinamičku viskoznost, koji se koristi u mašinskom inženjerstvu i dinamici fluida, je grčko slovo mi ()ASHRAE handbook, 1989 editionStreeter & Wylie Fluid Mechanics, McGraw-Hill, 1981Holman Heat Transfer, McGraw-Hill, 2002Incropera & DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley, 1996. Simbol se, također, koristi kod hemičara i IUPAC-aIUPAC Gold Book, Definition of (dynamic) viscosity. 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, ), a definisana je kao:
,
gdje je:
- dinamička viskoznost (Pa·s) - gustoća (kg/m3), . 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
mini|Dinamička viskoznost vode|250px 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 × 10B/(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]101,308 × 10−3201,003 × 10−3307,978 × 10−4406,531 × 10−4505,471 × 10−4604,668 × 10−4704,044 × 10−4803,550 × 10−4903,150 × 10−41002,822 × 10−4
Viskoznost raznih materijala
mini|desno|200px|Primjer viskoznosti mlijeka i vode. Tečnosti sa velikom viskoznosti neće mnogo prskati kada se ulijevaju konstantnom brzinom.
mini|Med je primjer fluida velike viskoznosti. mini|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]Vodonik8,4 × 10−6Zrak17,4 × 10−6Ksenon2,12 × 10−5
Tečnosti (na 25°C):
Viskoznost [Pa·s]Viskoznost [cP]AcetonCRC Handbook of Chemistry and Physics, 73rd edition, 1992-19933,06 × 10−40,306Benzen6,04 × 10−40,604Krv3 to 4 × 10−3geocities.com - Study and Validation of a Model of Fetoplacental Circulation - Rheology of fetal blood1,37Viscosity. The Physics Hypertextbook. by Glenn ElertRicinusovo ulje0,985985 Kukuruzni sirup1,38061380,6Etanol1,074 × 10−31,074Etilen glicol1,61 × 10−216,1Glicerol1,51500HFO-3802,0222022Živa1,526 × 10−31,526Metanol5,44 × 10−40,544Nitrobenzen1,863 × 10−31,863Tečni dušik na 77°K1,58 × 10−40,158Propanol1,945 × 10−31,945Maslinovo ulje0,08181Smola2,3 × 1082,3 × 1011Sumporna kiselina2,42 × 10−224,2Voda8,94 × 10−40,894
Fluidi sa različitim komponentama, kao što je med, mogu imati širok dijapazon viskoznosti.
Viskoznost [cP]Med2000–10,000Melasa5000–10000Istopljeno staklo10000–1000000Čokoladni sirup10000–25000Istopljena čokolada* 45000–130000 Kečap*50000–100,000Puter od kikirikija~250000Maslo*~250000 * Ovi materijali su nenewtonovi fluidi.
Također pogledajte Deborin broj Dilatant Sindrom hiperviskoznosti Neviskozno strujanje Reynoldsov broj Reologija Tiksotropija Viskometar Viskometrija Viskoelastičnost Indeks viskoznosti
Reference
Vanjski linkovi
Viscosity
Kategorija:Koncepti u fizici Kategorija:Viskoznost