Viskoznost

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Mehanika kontinuuma
|BernoullisLawDerivationDiagram.png
p  r  u

Viskoznost je veličina 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[uredi | uredi izvor]

Riječ "viskoznost" dolazi od latinske riječi "viscum" - imela. Viskozno ljepilo napravljeno je iz bobica imele.[1]

Koeficijenti viskoznosti[uredi | uredi izvor]

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[2][3] i realogiji.[4]

  • 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 tangencijalni napon (vrijedi za nenewtonove fluide);
  • Ekstenziona viskoznost ije koeficijent viskoznosti kada je primijenjeni napon napon istezanja (vrijedi za nenewtonove fluide).

Newtonova teorija[uredi | uredi izvor]

Laminar shear.png

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[uredi | uredi izvor]

Mjerne jedinice[uredi | uredi izvor]

Dinamička viskoznost[uredi | uredi izvor]

Uobičajni simbol za dinamičku viskoznost, koji se koristi u mašinskom inženjerstvu i dinamici fluida, je grčko slovo mi (\mu)[5][6][7][8]. Simbol \eta se, također, koristi kod hemičara i IUPAC-a[9]. 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[10] (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[uredi | uredi izvor]

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 definisan je kao:

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

gdje je:

\mu - dinamička viskoznosz (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[uredi | uredi izvor]

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[uredi | uredi izvor]

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[uredi | uredi izvor]

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 × 10B/(TC)

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[uredi | uredi izvor]

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[11] 3,06 × 10−4 0,306
Benzen[11] 6,04 × 10−4 0,604
Krv 3 to 4 × 10−3[12] 1,37[13]
Ricinusovo ulje 0,985 985
Kukuruzov sirup[11] 1,3806 1380,6
Etanol[11] 1,074 × 10−3 1,074
Etilen glicol 1,61 × 10−2 16,1
Glicerol 1,5 1500
HFO-380 2,022 2022
Živa[11] 1,526 × 10−3 1,526
Metanol[11] 5,44 × 10−4 0,544
Nitrobenzen[11] 1,863 × 10−3 1,863
Tečni nitrogen na 77°K 1,58 × 10−4 0,158
Propanol[11] 1,945 × 10−3 1,945
Maslinovo ulje 0,081 81
Smola 2,3 × 108 2,3 × 1011
Sumporna kiselina[11] 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 [14]
Kečap* 50000–100,000
Puter od kikirikija ~250000
Maslo* ~250000

* Ovi materijali su nenewtonovi fluidi.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ The Online Etymology Dictionary
  2. ^ Happel, J. and Brenner , H. "Low Reynolds number hydrodynamics", Prentice-Hall, (1965)
  3. ^ Landau, L.D. and Lifshitz, E.M. "Fluid mechanics", Pergamon Press,(1959)
  4. ^ Barnes, H.A. "A Handbook of Elementary Rheology", Institute of Non-Newtonian Fluid mechanics, UK (2000)
  5. ^ ASHRAE handbook, 1989 edition
  6. ^ Streeter & Wylie Fluid Mechanics, McGraw-Hill, 1981
  7. ^ Holman Heat Transfer, McGraw-Hill, 2002
  8. ^ Incropera & DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley, 1996
  9. ^ IUPAC Gold Book, Definition of (dynamic) viscosity
  10. ^ IUPAC definition of the Poise
  11. ^ a b c d e f g h i CRC Handbook of Chemistry and Physics, 73rd edition, 1992-1993
  12. ^ [www.geocities.com/placenta_rb/1-1.html geocities.com - Study and Validation of a Model of Fetoplacental Circulation - Rheology of fetal blood]
  13. ^ Viscosity. The Physics Hypertextbook. by Glenn Elert
  14. ^ Chocolate Processing.


Commons logo
U Wikimedijinom spremniku se nalazi još materijala vezanih uz: