viskozite nedir?

Bir akışkanın viskozitesi, akışa karşı direncinin bir ölçüsüdür. Hareket eden bir sıvının iç sürtünmesini tanımlar. Viskoz akışkanlar harekete direnir çünkü moleküler yapıları çok fazla iç sürtünme yaratır. Düşük viskoziteli sıvılar, moleküler yapıları hareket halindeyken çok az sürtünme oluşturduğundan kolayca akar.

Moleküler düzeyde viskozite, bir sıvıdaki farklı moleküller arasındaki etkileşimlerden kaynaklanır. Bu aynı zamanda moleküller arasındaki sürtünme olarak da düşünülebilir. Tıpkı hareketli katılar arasındaki sürtünme durumunda olduğu gibi, viskozite, bir sıvı akışı yapmak için gereken enerjiyi belirleyecektir.

Bunu görselleştirmenin en iyi yolu bir örnektir. Altta delik olan strafordan yapılmış bir bardak düşünün. İçine bal koyduğumuzda bardağın çok yavaş boşaldığını fark ettim. Bunun nedeni, balın viskozitesinin diğer sıvılara kıyasla nispeten yüksek olmasıdır. Örneğin aynı bardağı suyla doldurduğumuzda su çok daha çabuk boşalacaktır. Düşük viskoziteli bir sıvıya "ince", yüksek viskoziteli bir sıvıya "kalın" denir. Düşük viskoziteli bir sıvıdan (su gibi) geçmek, yüksek viskoziteli bir sıvıdan (bal gibi) daha kolaydır.

Viskoziteyi etkileyen faktörler

Viskozite birçok faktörden etkilenir. Örnekler sıcaklık, basınç ve diğer moleküllerin eklenmesini içerir. Basıncın sıvılar üzerinde küçük bir etkisi vardır ve genellikle göz ardı edilir. Moleküllerin eklenmesi önemli bir etkiye sahip olabilir. Örneğin şeker suyu daha viskoz yapar.

Bununla birlikte sıcaklık, viskozite üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Bir sıvıdaki sıcaklık artışı viskoziteyi azaltır çünkü moleküllere moleküller arası çekimin üstesinden gelmek için yeterli enerji verir. Sıcaklığın viskozite üzerindeki etkisi gazlarda tam tersidir. Gaz sıcaklığı arttıkça viskozite artar. Gaz viskozitesi, moleküller arası çekimden önemli ölçüde etkilenmez, ancak daha fazla molekülün çarpışmasına neden olan artan sıcaklıktan etkilenir.

Dinamik ve Kinetik viskozite

Viskoziteyi bildirmenin iki yolu vardır. mutlak veya dinamik viskozite iken bir sıvının akmaya karşı direncinin bir ölçüsüdür. kinematik viskozite dinamik viskozitenin bir sıvının yoğunluğuna oranıdır. İlişki basit olsa da, aynı dinamik viskozite değerlerine sahip iki akışkanın farklı yoğunluklara ve dolayısıyla farklı kinematik viskozite değerlerine sahip olabileceğini hatırlamak önemlidir. Ve elbette dinamik viskozite ve kinematik viskozitenin farklı birimleri vardır.

Viskozite Birimleri

Viskozite için SI birimi metrekare başına Newton-saniyedir (N·s/m2). Bununla birlikte, viskoziteyi genellikle paskal-saniye (Pa·s), kilogram bölü saniye (kg·m−1·s−1), denge (P veya g·cm−1·s−) cinsinden ifade edildiğini görürsünüz. 1 = 0.1 Pa·s) veya kırkayak (cP). Bu, 20 °C'de suyun viskozitesini yaklaşık 1 cP veya 1 mPa·s yapar.

Amerikan ve İngiliz mühendisliğinde, başka bir ortak birim, fit kare başına pound-saniyedir (lb·s/ft2). Alternatif ve eşdeğer bir birim, fit kare başına pound-kuvvet-saniyedir (lbf·s/ft2).

Dinamik Viskozite Birimleri

Denge (sembol: P)

Denge (sembol: P) Adını Fransız doktor Jean Louis Marie Poiseuille'den (1799–1869) alan bu, CGS viskozite birimidir ve santimetre kare başına din-saniyeye eşittir. Santimetrekare başına 1 din'lik teğetsel bir kuvvetin, birbirinden 1 cm uzaktaki iki paralel düzlem arasında saniyede 1 cm'lik bir hız farkını koruduğu bir sıvının viskozitesidir. Yüksek viskoziteli sıvılarla ilgili olarak bile, bu birime en çok 0.01 denge olan çıyan (cP) olarak rastlanır. Günlük sıvıların çoğu 0.5 ile 1000 cP arasında viskoziteye sahiptir.

Pascal-saniye (sembol: Pa·s)

Bu, metrekare başına Newton-saniyeye (N·sm–2) eşdeğer olan SI viskozite birimidir. Bazen “poiseuille” (Pl) olarak anılır. Bir denge tam olarak 0.1 Pa·s'dir. Bir poiseuille 10 denge veya 1000 cP iken 1 cP = 1 mPa·s (bir milipaskal-saniye).

Kinematik viskozite birimleri

Stokes (sembol: St)

Bu, saniyede santimetre kareye eşdeğer olan cgs birimidir. Bir stokes, dengedeki viskozitenin, g cm-3 cinsinden sıvının yoğunluğuna bölünmesine eşittir. En çok sentistok (cSt) (= 0.01 stokes) olarak karşılaşılır.

Saybolt Saniye Evrensel

Bu, 60 ml sıvının bir Saybolt Universal viskozimetresinin kalibre edilmiş ağzından ASTM D 88 test yöntemi tarafından belirtildiği gibi Kinematik viskozite belirtilen sıcaklıkta akması için geçen süredir. Daha yüksek viskoziteler için SSF (Saybolt Seconds Furol) kullanılır.

viskozite formülü

İki plaka arasındaki temel akış modeli [1]

Dış kuvvetin oranı (F) etkilenen bölgeye (A) olarak tanımlanır kesme gerilmesi (σ):

σ = F/A

The kesme gerilimi (γ) dış kuvvet nedeniyle malzemenin uzunluğundaki nispi değişiklik olarak tanımlanır:

γ = l/l₀

Kesme gerilimi arasındaki oran (σ) ve kesme gerilmesi (γ) olarak tanımlanır modül (G):

G = σ/ γ

Şekil 1'deki üst plaka belirli bir hızla hareket ediyorsa (v), hız gradyanı dv/dx olarak tanımlanır kesme hızı (γ̇). Hareket yasalarını ve evrensel yerçekimini formüle eden Sir Isaac Newton, ideal akışkanlarda (Newton akışkanları olarak bilinir), kesme gerilmesinin (σ) doğrudan kesme hızı ile ilgilidir (γ̇):

σ = ηγ̇ or η = σ/γ̇

Newtonian ve Newtonian Olmayan Akışkanlar

Newton akışkanları, adlandırıldığı gibi sabit bir viskoziteye sahiptir. Kuvveti artırdıkça direnç artar, ancak bu orantılı bir artıştır. Newton sıvısına ne kadar kuvvet uygulanırsa uygulansın, sıvı gibi davranmaya devam eder. A Newton sıvısı viskozitenin gerinim oranından bağımsız olduğu Newton'un sürtünme yasasına uyan bir sıvıdır.

Viskozite, kesme hızı veya çalkalamadaki değişikliklerden bağımsız olarak sabit kalır. Pompa hızı arttıkça akış orantılı olarak artar. Newton davranışı gösteren sıvılar arasında su, mineral yağlar, şurup, hidrokarbonlar ve reçineler bulunur.

Newton olmayan sıvılar

A Newton olmayan sıvı Newton'un sürtünme yasasına uymayan biridir. Çoğu akışkan sistemi Newton tipi değildir (olarak bilinir). Newton olmayan sıvılar) ve viskoziteleri sabit değildir, ancak uygulanan kesme hızının artması veya azalmasının bir fonksiyonu olarak değişir.

Birçok sıvı, artan kesme hızının bir fonksiyonu olarak viskozitede bir azalma gösterir. Bu sıvılara denir psödoplastik sıvılar. Bu sistemlerde akışkanın “yapısı” dış kuvvetler nedeniyle bozulmakta ve sonuç olarak kesme inceltme davranış. İlk parçacıklar arası (veya moleküler) ilişki güçlüyse, sistem durgun haldeki bir katı gibi davranabilir. İç kuvvetlerin üstesinden gelmek ve yapıyı bozmak için gerekli olan ilk kesme gerilmesi şu şekilde tanımlanır: Verim değeri sistemin. Bir akma değeri sergileyen ve ardından artan kayma hızı ile kayma incelmesi gösteren malzemeler şu şekilde tanımlanır: plastik sıvılar. Bazı akışkanlar, artan kesme hızı ile viskozitede bir artış sergiler, bu fenomen olarak bilinen bir olgudur. kesme kalınlaşması. Bu malzemeler şu şekilde tanımlanır: dilatan sıvılar.

Kayma hızının bir fonksiyonu olarak kayma gerilimi [1]

Kayma hızının bir fonksiyonu olarak viskozite [1]

Zaman içindeki akış davranışı: Tiksotropi

Karmaşık bir sıvı, harici bir kuvvet kaldırıldığında zamanla kendini yeniden düzenler. Bu nedenle viskozite, sadece yapı bozuldukça artan kesme hızı ile değil, aynı zamanda sistem kendini yeniden kurarken kesme hızı azaltılarak da ölçülmelidir. Buna histerezis denir.

Hızlı bir iyileşmede, viskoziteye karşı azalan kesme hızı grafiği, artan kesme hızına karşı viskozite grafiğinin üzerine bindirilecektir. Akışkanın yapısını eski haline getirmesi zaman alırsa, "aşağı eğri", "yukarı eğri"nin altında olacaktır. tiksotropi artan kesme hızı ile kesme incelmesi ve azalan kesme hızı ile daha yavaş iyileşme göstermesi olarak tanımlanır. İçinde tiksotropik olmayan malzemeler, "yukarı" ve "aşağı" eğriler örtüşür ve reopektik malzemelerde, “aşağı” eğri “yukarı” eğrinin üzerindedir.

Ancak tiksotropik akışkanlar bazen psödoplastik akışkanlarla ve reopektik akışkanlar bazen dilatan akışkanlarla karıştırılsa da, bu iki akışkan türü çok önemli bir şekilde farklıdır: zamana bağımlılık. Dilatant ve psödoplastik akışkanlar için strese göre viskozitedeki değişim zamandan bağımsızdır. Ancak tiksotropik akışkanlar için, stres arttıkça viskozite azalır. Aynı şey reopektik sıvılar için de geçerlidir, artan stresle viskozite artar, söz konusu stres ne kadar uzun süre uygulanırsa o kadar artar.

Günlük hayatta tiksotropik davranış sergileyen birçok ürün kullanıyoruz. Saç jölesi, diş macunu gibi kişisel bakım ürünlerinin neden sıkıldığında sıvı halden katı hale geçtiğini, ancak daha sonra şeklini korumak için katı hallerine geri döndüğünü açıklayan özellik tiksotropidir. Zamana bağlı olarak yapısal bozunma ve rejenerasyonun reolojik özellikleri bir ürünün kalitesini belirler.

Kayma hızının bir fonksiyonu olarak viskozite – tiksotropik ve tiksotropik olmayan davranış (oklar artan veya azalan kayma hızını göstermektedir) [1]

Zamanla gerilmeye göre viskozite (Tiksotropik ve Reopektik davranış) [2]

Günlük hayatta viskozitenin önemi

Viskozite, günlük hayatta önemsiz gibi görünse de, birçok farklı alanda aslında oldukça faydalı olabilir. Örneğin:

• Araçlarda yağlama.Arabanıza veya kamyonunuza yağ koyarken viskozitesini göz önünde bulundurmalısınız. Bunun nedeni viskozitenin ısıyı etkileyen sürtünmeyi etkilemesidir. Ayrıca viskozite, hem yağ tüketim oranını hem de aracınızın sıcak ve soğuk koşullarda çalıştırma kolaylığını etkiler. Bazı yağların viskozitesi, ısındıkça ve soğudukça aynı kalırken, diğerleri ısındıkça incelir ve sıcak bir yaz gününde aracınızı çalıştırırken sorunlara neden olur.
• Yiyeceklerin hazırlanmasında ve sunumunda viskozite önemli bir rol oynar. Birçok yemeklik yağ, soğutma ile çok daha viskoz hale gelirken, diğerleri viskoziteyi hiç değiştirmeyebilir. Yağ ısıtıldığında viskoz olduğundan, soğutulduğunda katı hale gelir. Farklı mutfaklarda sosların, çorbaların ve yahnilerin viskozitesi de önemlidir. İnceltildiğinde, kalın bir patates ve pırasa çorbası Fransız vichyssoise olur. Örneğin bal oldukça viskozdur ve bazı yiyeceklerin “ağızdaki hissini” değiştirebilir.
• Üretimdeki ekipmanın sorunsuz çalışması için uygun şekilde yağlanması gerekir. Boru hatları viskoz yağlayıcılar tarafından sıkışabilir ve tıkanabilir. İnce yağlayıcılar, hareketli parçalar için yetersiz koruma sağlar.
• Sıvılar intravenöz olarak enjekte edildiğinde viskozite çok önemli olabilir. Önemli bir endişe kan viskozitesini içerir: çok viskoz kan iç pıhtı oluşturabilir, çok ince kan pıhtılaşmaz ve tehlikeli kan kaybına ve hatta ölüme neden olur.

Bazı tipik viskoziteler