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Die Viskosität einer Flüssigkeit gibt an, wie leicht sie sich unter Belastung bewegt. Eine hochviskose Flüssigkeit bewegt sich weniger leicht als eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität. Der Begriff Fluid bezieht sich auf Flüssigkeiten und Gase, die beide eine Viskosität aufweisen. Die genaue Vorhersage und Messung des Verhaltens eines sich bewegenden Fluids ist für den Entwurf effizienter Industrieanlagen und -apparate von entscheidender Bedeutung.
Technische Definition
Eine in Bewegung befindliche Flüssigkeit haftet an der Oberfläche des Gefäßes, durch das sie fließt. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit eines Fluids an der Wand des Rohrs oder Behälters Null sein muss. Die Geschwindigkeit des Fluids nimmt von der Gefäßoberfläche weg zu, so dass sich ein Fluid tatsächlich in Schichten durch ein Gefäß bewegt. Die Verformung dieser Flüssigkeit wird Scherung genannt: Eine Flüssigkeit wird geschert, wenn sie über eine feste Oberfläche läuft. Der Widerstand gegen dieses Scheren aus dem Inneren der Flüssigkeit wird Viskosität genannt.
Ursache der Viskosität
Die Viskosität wird durch Reibung in einer Flüssigkeit verursacht. Es ist das Ergebnis von intermolekularen Kräften zwischen Partikeln in einer Flüssigkeit. Diese intermolekularen Kräfte widerstehen der Scherbewegung des Fluids und die Viskosität eines Fluids ist direkt proportional zur Stärke dieser Kräfte. Da eine Flüssigkeit geordneter als ein Gas ist, muss die Viskosität einer Flüssigkeit erheblich höher sein als die Viskosität eines Gases.
Viskositätskoeffizient
Jede Flüssigkeit hat ihre eigene spezifische Viskosität und das Maß dafür wird der Viskositätskoeffizient genannt, der mit dem griechischen Buchstaben mu bezeichnet wird. Der Koeffizient ist direkt proportional zum Spannungsbetrag, der zum Scheren einer Flüssigkeit erforderlich ist. Eine viskose Flüssigkeit erfordert viel Stress oder Druck, um sich zu bewegen. Dies liegt nahe, da eine dicke Flüssigkeit eine dünne Flüssigkeit weniger leicht verformt. Die Geschwindigkeitsdifferenz eines Fluids zwischen der Kontaktkante (wo sie Null ist) und der Mitte ist ein weiteres Maß für die Viskosität. Dieser Geschwindigkeitsgradient ist für viskose Flüssigkeiten gering, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit in der Mitte nicht viel größer ist als in Richtung ihrer Kante.
Hitze beeinflusst die Viskosität
Da die Viskosität auf einer intermolekularen Wechselwirkung beruht, wird diese Eigenschaft durch Wärme beeinflusst, da Wärme das Ergebnis der kinetischen Energie von Molekülen in einer Flüssigkeit ist. Wärme wirkt sich jedoch auf Flüssigkeiten und Gase sehr unterschiedlich aus. Das Erhitzen einer Flüssigkeit führt zu einer größeren Trennung ihrer Moleküle, was bedeutet, dass die Kräfte zwischen diesen geschwächt werden. Folglich nimmt die Viskosität einer Flüssigkeit beim Erhitzen ab. Das Erhitzen eines Gases bewirkt das Gegenteil. Sich schneller bewegende Gasmoleküle kollidieren häufiger miteinander, was zu einer Erhöhung der Viskosität führt.