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Die untere Flüssigkeit hat eine höhere Viskosität als die obere Flüssigkeit und bietet daher mehr Widerstand gegen äußere Verformungskräfte.

Viskosität, auch bekannt als Sirup, langsame Fließfähigkeit oder viskose Flüssigkeit, ist ein körperlichMaterialeigenschaft von a Flüssigkeit oder von a Gas. Es ist die Eigenschaft von a Flüssigkeit die angibt, inwieweit es einer Verformung um Schubspannung.

So ist Wasser ein Beispiel für eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, Honig ein Beispiel für ein hochviskoses Fluid. Hochviskose Flüssigkeiten sind zähflüssig erwähnt. Das Fließverhalten von Stoffen wird im Rheologie.

Der Name Viskosität ist abgeleitet von der Latein Name für die Mistel, Viscum-AlbumBeeren, aus denen in der Antike Vogelleim hergestellt wurde.

Definition

Es gibt mehrere Begriffe, die Viskosität ausdrücken. Zusätzlich zu dynamische Viskosität gibt es auch die kinematische Viskosität, die direkt aus der Dynamik berechnet werden kann, die Schüttviskosität und der Dehnungsviskosität.

Ohne weitere Spezifikation wird es allgemein als referred bezeichnet Viskosität das dynamische Viskosität beabsichtigt. Das ist der Widerstand, den eine Flüssigkeit a . bietet Scheren Kraft, zum Beispiel unter dem Einfluss von sich bewegenden Objekten.

Nehmen Sie zwei parallele Platten im Abstand ${displaystyle mathrm {d} y}$, mit einer Flüssigkeit dazwischen. Wenn die Platten mit einem Geschwindigkeitsunterschied relativ zueinander seitlich gleiten, snelheid ${displaystyle mathrm {d} v}$, es gibt eine GeschwindigkeitGradient${displaystyle mathrm {d} v/mathrm {d} y}$ zwischen den Platten. Da ist ein Leistung notwendig, oder besser: a Schubspannung${displaystyle au_{yx}}$, definiert als die Kraft geteilt durch die Fläche, deren Einheit de . ist pascal. Für viele 'einfache' Flüssigkeiten, die Newtonsche Flüssigkeiten heißen, ist die Schubspannung proportional zum Geschwindigkeitsgradienten:

${displaystyle au _{yx}=eta {mathrm {d} v_{x} über mathrm {d} y}}$

Die Proportionalitätskonstante ${displaystyle eta }$ ist der (dynamische Viskosität der Flüssigkeit; dies wird auch das Symbol genannt ${Anzeigestil mu}$ benutzt. Das Einheit der Viskosität ist das Pascalzweite (Pa s) (entspricht N s/m² oder kg/(m·s)). Manchmal für Pascalsekunden der veraltete Begriff poiseuille benutzt.

Die obige Beziehung, bekannt als Newtons Viskositätsgesetz, ist nur gültig mit laminare Strömung, also wenn die Geschwindigkeitsgradienten klein genug sind. Wenn die Durchflussmenge zu hoch ist, Turbulenz, und dann verschwindet die lineare Beziehung zwischen Geschwindigkeitsgradient und Schubspannung.

Viskositäts-Abbildung. Platte B bewegt sich relativ zu Platte A. Die dafür erforderliche Kraft ist proportional zur Schubspannung der Flüssigkeit zwischen den Platten.

Die Bedeutung der Schubspannung kann man verstehen, wenn man zwei voneinander beabstandete Schichten in der strömenden Flüssigkeit betrachtet ${Anzeigestil Delta y}$ und ein Geschwindigkeitsunterschied ${Anzeigestil Delta v}$. Um diesen Unterschied beizubehalten, für eine Fläche ${Anzeigestil A}$ (Bereich der beweglichen Platte B in der Abbildung) eine Kraft ${Anzeigestil F}$ erforderlich. Da in diesem Fall der Geschwindigkeitsgradient ${displaystyle mathrm {d} v/mathrm {d} y}$ überall in der Flüssigkeitsschicht ist gleich ${Anzeigestil Delta v/Delta y}$, gilt für diese Kraft:

${displaystyle F= au _{yx}A=eta {mathrm {d} v_{x} über mathrm {d} y}A=eta {Delta v über Delta y}A}$

Die Kraft ist also direkt proportional zur Viskositäts-, Flächen- und Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Platten und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen.

Beispiele und Eigenschaften

Einige Beispiele für die Viskosität von Flüssigkeiten: Wasser (20°C): 1,002 mPa·s; Blut: 10 mPa·s; Glycerin: etwa 1000 mPa·s; Erdnussbutter: 150 000 bis 250 000 mPa s.

Gase haben im Allgemeinen eine etwa 100-mal niedrigere Viskosität als Flüssigkeiten. Erdgas zwischen 0 °C und 20 °C hat beispielsweise eine Viskosität von etwa 10 uPa s (0,010 mPa s).^[1]

Die Viskosität einer Flüssigkeit ist stark abhängig von der Temperatur: Bei höheren Temperaturen sind viele Flüssigkeiten weniger viskos als bei niedrigeren Temperaturen. Bei Gasen ist das umgekehrt: Bei höheren Temperaturen wird ein Gas viskoser.

Sehr viskose Flüssigkeiten wie Bitumen sehen aus wie ein solide, kann aber auch Zimmertemperatur Fließverhalten zeigen. Die Fließfähigkeit von Bitumen wurde anhand der Pitch-Drop-Experiment. Bitumen ist ein wichtiger Bestandteil von Asphalt und bietet die viskoelastischen Eigenschaften von Asphalt. Zum Beispiel die häufig auftretende Gratbildung bei den Haltelinien stark befahrener Kreuzungen mit Ampeln, erklärt durch viskoelastische Verformung unter dem Einfluss von Brems- und Beschleunigungskräften des Verkehrs. Auch die Temperatur spielt hier eine wichtige Rolle, da die Viskosität von Bitumen bei höheren Temperaturen abnimmt.

Flüssigkeit Helium verliert die gesamte Viskosität beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur. Dieses "super flüssigPhase hat allerlei besondere Eigenschaften.

Messung

Es gibt verschiedene Methoden, um die Viskosität von Flüssigkeiten zu messen:

Viskosimeter

Man geht in a Viskosimeter eine abgemessene Menge der Flüssigkeit durch a kapillar Ströme und misst die dafür benötigte Zeit. Die Ergebnisse werden mit einer Kontrollmessung an einer Flüssigkeit bekannter Viskosität verglichen. Dies wird als kinematische Bestimmung bezeichnet. Ein häufig verwendetes Viskosimeter ist das Ubbelohde-Rohr oder das Cannon-Fenske-Rohr. Der am meisten akzeptierte Standard zur Beschreibung dieser Messung ist ASTM D445. Die ASTM D446 beschreibt die am häufigsten akzeptierten Kapillartypen.

Beim D445 werden für die Bestimmung ca. 50 ml Probe benötigt. Der Rückfluss kann verwendet werden, um nicht transparente Flüssigkeiten zu messen. Die Flüssigkeit wird oben durch die Kapillare angesaugt. Dann wird die Kapillare umgedreht und die Flüssigkeit fließt nach unten.

Der D445 beschreibt durchzuführende Korrekturen wie die der Schwerkraft. Die kinematische Bestimmung ist sehr genau. Eine Genauigkeit von besser als 0,3% ist möglich. Temperaturänderungen während der Messung wirken sich schnell auf die Messung aus. Daher wird die Messung in einem Flüssigkeitsbad durchgeführt, das genau auf Temperatur gehalten wird. Für niedrigviskose Spezies (<100 cSt) ergibt eine Temperaturänderung von 0,02 °C eine Abweichung von 0,7%.

Die ASTM D7279 beschreibt den Houillon-Typ, der auf kleineren Mengen basiert. Die Probe fließt direkt von oben nach unten durch die Kapillare, ohne vorher in einem Pufferraum aufgefangen zu werden. Die Houillon-Methode erfordert jedoch Geschick beim Injizieren der Probe und ist weniger genau (2%) als die D445-Methode.

Torsionswaage

Jetzt sofort Torsionswaage die Auslenkung eines inneren Zylinders wird gemessen, während der äußere Zylinder mit einer festen Geschwindigkeit gedreht wird. Im ringförmigen (ringförmigen) Raum zwischen den beiden Zylindern befindet sich die Flüssigkeit, deren Viskosität bestimmt werden soll. Eine Variation dieses zylindrischen Designs ist das Kegel-Platten-Viskosimeter.

Ball

Eine runde Kugel lässt man in die Flüssigkeit sinken. Nach einer gewissen Fallzeit wird die Geschwindigkeit der Kugel konstant. Die Viskosität lässt sich aus dem Kräftegleichgewicht zwischen der Schwerkraft, der Auftriebskraft und dem Widerstand der Flüssigkeit bestimmen. Siehe auch die Navier-Stokes-Gleichungen. Dieses Gerät ist in Glasausführung, aber auch in Metallausführung für Messungen bei erhöhtem Druck und Temperatur erhältlich. Diese Methode funktioniert nur bei hochviskosen Substanzen.

Mit der zweiten Methode kann die Viskosität auch bestimmt werden als Funktion des Scherrate: Biene gewöhnliche Flüssigkeiten ist die gemessene Kraft direkt proportional zur Drehzahl: die Viskosität ist unabhängig von der Drehzahl (Newtonsche Flüssigkeiten). Bei manchen Flüssigkeiten nimmt die Viskosität mit zunehmender Geschwindigkeit zu, bei anderen nimmt sie ab. Das zweite Verfahren ermöglicht auch die Messung des Speicher- und Verlustmoduls von viskoelastischen Flüssigkeiten, indem der äußere Zylinder oder die äußere Platte nicht mit einer festen Geschwindigkeit, sondern durch Schwingen mit unterschiedlichen Frequenzen gedreht wird.

Dynamische Viskosität

η = dynamische Viskosität (Pa s) oder in SI-Basiseinheiten kg m⁻¹so⁻¹

${displaystyle eta =Kcdot (ho _{1}-ho _{2})cdot t}$

${displaystyle eta }$ dynamische Viskosität in cP (Centipoise)

${Anzeigestil K}$ Kugelkonstante in cP cm³/(g s)

${displaystyle ho_{1}}$ Dichte des Geschosses in g/cm³.

${displaystyle ho_{2}}$ Dichte der Flüssigkeit, deren Viskosität Sie bestimmen möchten in g/cm³³

${displaystyle t}$ Laufzeit des Geschosses in Sekunden.

Kinematische Viskosität

Neben der dynamischen Viskosität (Symbol: η) kennt man die kinematische Viskosität (ν).

${displaystyle u = {eta über ho }}$

Darin ist

ν = kinematische Viskosität (m²/s)

η = dynamische Viskosität (Pa·s)

ρ = Dichte (kg/m²³)

Einheiten

Das SIEinheit der dynamischen Viskosität ist Pascalsekunde:1 Pa s = 1 N s/m²= 1 Pl

Einige alte Einheiten sind:

• poiseuille: 1 Pl = 1 Pa·s = 1 N·s/m²
• Eine alte cgsEinheit für (dynamische) Viskosität ist: Haltung (P) = 1 dyn s/cm² = 1 g/cm·s = 0,1 Pa·s. Häufiger ist die Centipoise (1 cP = 1 mPa s). Das ist ungefähr die Viskosität von Wasser.

Eine alte Einheit für die kinematische Viskosität ist:

• Schläge: 1 Stück = 1 cm²/s
• Centistokes: 1 cSt = 0,01 St = 1 mm²/s

Umrechnungsfaktoren für andere alte Einheiten:

• 1 lb/ft h = 413,3789 μPa·s
• 1 lbf h/ft² = 172.369 kPa·s
• 1 lbf s/ft³ = 157,0875 Pa·s/m
• 1 Reynolds (Reyn) = lbf s/in² = 6894.757 Pa·s

Einige Viskositätswerte

Substanz	Dynamische Viskosität [mPa·s]
Wasser (20°C)	1,0
Wasser (25°C)	0,891
Petroleum	0,65
nein-Pentan (25°C)	0,224
nein-Hexan	0,320
nein-Heptan	0,410
Oktan	0,538
nonan	0,711
Chloroform	0,56
Dean	0,920
Ethanol	1,19
Benzol (25°C)	0,601
Glycerin	1480
Farbe	~ 102
Paraffinöl	102 bis zu 106
Geschmolzener Kunststoff	103 bis zu 1013
Bitumen	~ 1011
Asphalt	~ 105
Merkur	1,55
Glas (Verarbeitungstemperatur)	~ 102 bis zu 104
Glas (Zimmertemperatur)	~ 1018 bis zu 1020
Blut (37°C)	4 bis 25
Traubensaft	2 bis 5
Olivenöl	~ 102
Honig	~ 104
Sirup	~ 105
Sahne	~ 10
Natriumchlorid	~ 1013 bis zu 1018

Schüttviskosität

Das Obige ist eine vereinfachte Näherung, die für Flüsse gültig ist, bei denen Flüssigkeit wird nicht komprimiert. Im Allgemeinen können wir einen Fluss in einen Teil zerlegen, der die Lautstärke nicht ändert, und einen Teil, der dies tut. Der letzte Teil ist zum Beispiel wichtig bei der Beschreibung Schallwellen. Die oben beschriebene Viskosität (die Scherviskosität) bezieht sich auf Ströme, bei denen die Flüssigkeit komprimiert oder dehnt sich nicht aus, aber es gibt auch a Schüttviskosität oder zweite Viskosität die die Belastung durch Strömungen beschreibt, die das Fluid komprimieren oder ausdehnen, wie im Fall von Schallwellen. Beachten Sie, dass in diesem Fall normalerweise ebenfalls es kommt zu einer Druckänderung.

Die Volumenviskosität ist in der Regel viel größer als die Scherviskosität, und bei Flüssigkeitsströmungen kann oft angenommen werden, dass die Flüssigkeit inkompressibel wodurch die Volumenviskosität irrelevant wird. Auch die Beschreibung in Bezug auf zwei Viskositäten geht noch nur im Falle von a Newtonsche Flüssigkeit.

Siehe auch

• Bingham-Kunststoff
• Poiseuilles Nummer
• Pitch-Drop-Experiment
• Viskose
• Hagen-Poiseuilles Gesetz
• Stokes' Gesetz