ویسکوزیته تمایل سیالات به صورت مایع یا گاز برای مقاومت در برابر نیروهایی است که علیه آنها عمل می کنند. به عنوان مثال، اگر سعی کنید به سرعت آب خالص را در حالی که ملاس را سریع هم می زنید، هم بزنید، هم زدن دومی برایتان سخت تر خواهد بود. با در نظر گرفتن این موضوع، ویسکوزیته همچنین می تواند به ضخامت سیال اشاره داشته باشد.

ویسکوزیته یا می تواند یک ویژگی فیزیکی ذاتی یک ترکیب به شکل سیال در شرایط استاندارد باشد یا می تواند نتیجه غلظت بالای املاح در یک محلول باشد.

برای مثال، ویسکوزیته آب دریا در دریای مرده حدود ده برابر آب شیرین است. دلیل این امر غلظت بالای نمک محلول در آب دریا است. در همین حال، عسل یک مایع چسبناک طبیعی است. حتی زمانی که از گرما برای رقیق کردن آن استفاده می شود، عسل پس از سرد شدن همیشه به ضخامت اولیه خود باز می گردد.

ویسکوزیته به چه معناست؟

ویسکوزیته مقاومت ذرات در یک سیال در برابر جریان یا حرکت در پاسخ به نیروی خارجی اعمال شده بر آنها است. این مقاومت به دلیل نحوه چیدمان ذرات است. اگر ذرات به هم نزدیک‌تر باشند، سیال چسبناک‌تر می‌شود. مقاومت نیز با همبستگی دارد نیروهای بین مولکولی. مولکول هایی از همان نوع دارای نیروی منسجمی در بین ذرات هستند که شکستن آن دشوار است.

سیالات موادی هستند که جریان دارند و می توانند مایع یا گاز باشند. در برخی موارد، جامدات همچنین می‌توانند خواص سیال مانندی از خود نشان دهند، مانند «جریان» دانه‌های گندم که در داخل یک سیستم انتقال پنوماتیک حرکت می‌کنند. برعکس، آنالوگ های جامد سیالات مایع و گاز نیز ساختاری جامد مانند را نشان می دهند که ذرات منفرد در یک ظرف بیش از حد شلوغ باشند.

به عنوان مثال، ذرات بسیار ریز شن می توانند به راحتی از دهانه باریک داخل یک ساعت شنی عبور کنند. اما اگر از ذرات ماسه بزرگتر استفاده کنید، شن یا کندتر حرکت می کند یا گیر می کند. به طور مشابه، واقعی ویسکوزیته سیالات بستگی به نحوه حرکت ذرات (مولکول) مایعات در مقابل یکدیگر دارد. بنابراین، ویسکوزیته را می توان به عنوان اصطکاک داخلی بین ذرات یک سیال در نظر گرفت.

نحوه اندازه گیری ویسکوزیته

دو نوع ویسکوزیته وجود دارد که می توانید اندازه گیری کنید: دینامیکی و سینماتیکی:

• ویسکوزیته دینامیکی: این در غیر این صورت به عنوان ویسکوزیته مطلق شناخته می شود و مربوط به نیرویی است که یک سیال تحت آن قرار می گیرد. این نسبت بین تنش برشی اعمال شده و مساحت سیال نمونه است. واحد اندازه گیری ویسکوزیته مطلق، میلی پاسکال ثانیه (mPa-s) است.

• اصطحکاک جنبشی: این در برابر نیروی گرانش اندازه گیری می شود. اساساً نحوه مقاومت یک سیال در برابر کشش گرانش است. اندازه گیری به چگالی سیال بستگی دارد. واحد اندازه گیری ویسکوزیته سینماتیکی متر مربع بر ثانیه (m²/s)

ویسکوزیته مقاومت سیالات در برابر جریان یا تغییر شکل در یک سرعت معین است. از آنجایی که نیروی مقاومت سیال را نمی توان به راحتی به صورت مستقیم اندازه گیری کرد، می توان از سرعت جریان به عنوان جانشین استفاده کرد. بنابراین، ویسکوزیته از نظر فنی معیاری برای اندازه گیری سرعت جریان سیالات تحت یک مجموعه معین از شرایط استاندارد است.

عوامل خارجی مانند فشار و دما باید ثابت نگه داشته شوند تا اندازه گیری دقیق و استاندارد ویسکوزیته داشته باشیم. با این حال، دما و فشار معمولی یا استاندارد ممکن است در واقع متفاوت باشد. آنها به آنچه می خواهید اندازه گیری کنید و کنوانسیون بین المللی که می خواهید استفاده کنید بستگی دارد. به عنوان مثال شرایط استاندارد IUPAC برای مایعات و گازها به صورت زیر تعریف می شوند: 273.15 K (0 درجه سانتیگراد) و 100 کیلو پاسکال (تقریباً 1 atm).

انواع مختلفی از تکنیک ها و ابزارها را می توان برای اندازه گیری ویسکوزیته دینامیکی (مطلق) یا سینماتیکی یک سیال استفاده کرد. انتخاب کدام یک از آنها به نوع مایع و هدف شما از اندازه گیری بستگی دارد. در اینجا پنج روش اندازه گیری وجود دارد که می توانید از آنها استفاده کنید:

1. لوله های مویرگی

اینها که به عنوان ویسکومترهای مویرگی نیز شناخته می شوند، لوله های عمودی U شکل با یک راه باریک برای سیال هستند. مایع به لوله با کمک جریان می یابد عمل مویرگی. ویسکوزیته را می توان بر اساس مدت زمانی که طول می کشد تا سیال در لوله ها جریان یابد محاسبه کرد.

این روش برای اندازه گیری ویسکوزیته سینماتیکی یک سیال استفاده می شود. شما باید چگالی سیال و قطر دقیق لوله ها را بدانید. تصویر زیر را ببینید:

2. رومتری چرخشی

این روش از اعمال گشتاور ضعیف یا نیروی چرخشی به نمونه سیال مورد آزمایش استفاده می کند. ویسکوزیته دینامیکی با رسم منحنی جریان ماده اندازه گیری می شود. این به سطوح مختلف نیروی برشی پاسخ می دهد زیرا گشتاور سیال را تغییر شکل می دهد. تصویر زیر را ببینید:

3. ویسکومترهای ارتعاشی

قرار دادن مایع نمونه در معرض حرکت به منظور اندازه گیری ویسکوزیته در حین حرکت نیز می تواند از طریق ارتعاشات انجام شود. می توانید نوساناتی را روی نمونه اعمال کنید و سپس رزونانس را اندازه گیری کنید. مقداری انرژی تلف می شود. اتلاف انرژی در فرکانس تشدید مستقیماً با ویسکوزیته سیال مورد آزمایش متناسب است.

4. رئولوژی غیر تماسی

این به عنوان دیگری شناخته می شود میکرورئولوژی. در مقایسه با سایر روش ها، اندازه گیری پیچیده تری است. اگرچه شبیه به رئومتری چرخشی یا مبتنی بر گشتاور است، اما برای مایعات شکننده مانند ژل و خمیر طراحی شده است. در این روش از طیف‌سنجی موج منتشر چند نقطه‌ای استفاده می‌شود.

نحوه یافتن ویسکوزیته سیال

اگر می خواهید یاد بگیرید که چگونه ویسکوزیته یک سیال را محاسبه کنید، باید دینامیک سیالات را بدانید. شما همچنین باید یک پایه خوب در حساب دیفرانسیل و انتگرال داشته باشید زیرا بسیاری از مسائل مربوط به دینامیک سیالات به معادلات دیفرانسیل و انتگرال گیری نیاز دارند.

با این حال، چندین فرمول ساده وجود دارد که می توان بر اساس داده های تجربی که جمع آوری می کنید، استفاده کرد.

به عنوان مثال، یکی از رایج ترین فرمول ها بر اساس سقوط بلبرینگ فولادی آزمایش:

ویسکوزیته = g(2D_ب-دی_ل)r²/9v

g = 9.8 m/s² (شتاب ناشی از جاذبه)

دی_ب = تراکم توپ

دی_ل = چگالی مایع

r = شعاع توپ

v = سرعت توپ هنگام انداختن در مایع

سرعت توپ هنگام سقوط در سیال با ویسکوزیته سیال نسبت عکس دارد. سرعت کمتر به معنای ویسکوزیته بالاتر است.

چگونه دما بر ویسکوزیته سیال تأثیر می گذارد؟

دما با ویسکوزیته نسبت معکوس دارد زیرا دومی عمدتاً به نحوه حرکت مولکول ها و نحوه اتصال آنها به یکدیگر مربوط می شود. دمای بالا باعث می‌شود که مولکول‌ها سریع‌تر حرکت کنند و باعث می‌شود مایع چسبناک‌تر شود.

از طرف دیگر، فشار مستقیماً با ویسکوزیته متناسب است: فشار بالاتر حرکت مولکولی را کند می کند. به عنوان مثال، LPG در داخل مخزن به دلیل فشار بالاتر چسبناک تر است، که گاز را به مایع تبدیل می کند.

برای داشتن یک اندازه گیری دقیق و استاندارد ویسکوزیته، دما و فشار هر دو در شرایط استاندارد بر اساس کنوانسیون IUPAC 1982 نگهداری می شوند:

• 273.15 K (0 درجه سانتیگراد) دما
• فشار 100 کیلو پاسکال (تقریباً 1 اتمسفر).

این بدان معنی است که ویسکوزیته سیالات مختلف را می توان با دقت مقایسه کرد.

نمونه هایی از آزمایش شیمی ویسکوزیته

حتی بدون استفاده از تجهیزات گران‌قیمت و پیچیده اندازه‌گیری ویسکوزیته، می‌توانید ویسکوزیته نسبی سیالات مختلف را با اجرای کلاسیک محاسبه و مقایسه کنید. آزمایش سقوط بلبرینگ.

مواد مورد نیاز شما عبارتند از:

• سیلندرهای درجه بندی شده با همان حجم
• بلبرینگ با همان اندازه و چگالی
• مایعات مختلف برای مقایسه

شما فقط باید یک بلبرینگ را در هر سیلندر مدرج که حاوی مایعی است بیندازید تا آزمایش شود. مطمئن شوید که برای هر آزمون توپ را در همان ارتفاع رها می کنید. سرعت افت را محاسبه کنید و سپس ویسکوزیته را بر اساس فرمول بالا محاسبه کنید.