Viskoznost
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).
| Mehanika kontinuuma | |
|---|---|
| | |
Etimologija
urediRiječ "viskoznost" dolazi od latinske riječi "viscum" - imela. Viskozno ljepilo se pravi od bobica imele.[1]
Koeficijenti viskoznosti
urediKada 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 smicanje (vrijedi za ne-Newtonove fluide);
- Ekstenziona viskoznost ije koeficijent viskoznosti kada je primijenjeni napon napon istezanja (vrijedi za ne-Newtonove fluide).
Newtonova teorija
uredi
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
urediMjerne jedinice
urediDinamička viskoznost
urediUobičajni simbol za dinamičku viskoznost, koji se koristi u mašinskom inženjerstvu i dinamici fluida, je grčko slovo mi ( )[5][6][7][8]. Simbol 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
urediU 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
urediViskoznost 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
urediViskoznost 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
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] |
|---|---|
| 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
Neke dinamičke viskoznosti Newtonovih fluida dat je u tabeli ispod:
| Viskoznost
[Pa·s] | |
|---|---|
| Vodonik | 8,4 × 10−6 |
| Zrak | 17,4 × 10−6 |
| Ksenon | 2,12 × 10−5 |
| 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 |
| Kukuruzni 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 dušik 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
urediReference
uredi- ^ The Online Etymology Dictionary
- ^ Happel, J. and Brenner , H. "Low Reynolds number hydrodynamics", Prentice-Hall, (1965)
- ^ Landau, L.D. and Lifshitz, E.M. "Fluid mechanics", Pergamon Press,(1959)
- ^ Barnes, H.A. "A Handbook of Elementary Rheology", Institute of Non-Newtonian Fluid mechanics, UK (2000)
- ^ ASHRAE handbook, 1989 edition
- ^ Streeter & Wylie Fluid Mechanics, McGraw-Hill, 1981
- ^ Holman Heat Transfer, McGraw-Hill, 2002
- ^ Incropera & DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley, 1996
- ^ IUPAC Gold Book, Definition of (dynamic) viscosity
- ^ "IUPAC definition of the Poise" (PDF). Arhivirano s originala (PDF), 9. 6. 2007. Pristupljeno 10. 2. 2009.
- ^ a b c d e f g h i CRC Handbook of Chemistry and Physics, 73rd edition, 1992-1993
- ^ geocities.com - Study and Validation of a Model of Fetoplacental Circulation - Rheology of fetal blood
- ^ Viscosity. The Physics Hypertextbook. by Glenn Elert
- ^ "Chocolate Processing". Brookfield Engineering website. Arhivirano s originala, 28. 11. 2007. Pristupljeno 3. 12. 2007.
Vanjski linkovi
uredi