Viskositeit

Viskositeit of vloeitraagheid is 'n maatstaf van die weerstand van 'n vloeistof teen skuif- of trekspannings wat dit wil vervorm. In alledaagse terme word daar na die eienskap verwys as die "dikte" van die vloeistof of die vloeibaarheid daarvan. Water word beskou as 'n "dun" vloeistof (1 cP by 21 °C), terwyl heuning 'n "dik" vloeistof is met 'n hoër viskositeit. Viskositeit beskryf die vloeier se interne weerstand teen vloei, en daar kan aan gedink word as vloeistofwrywing. Magma van 'n baie hoë viskositeit sal byvoorbeeld 'n steil stratovulkaan vorm, omdat dit nie baie ver kan vloei voordat dit afkoel nie, terwyl magma van 'n lae viskositeit 'n wyer, vlakker vulkaan vorm omdat die magma vinniger vloei.

Illustrasie van viskositeit
Die vloeistof aan die bokant het 'n laer viskositeit as die vloeistof aan die onderkant

Alle ware vloeistowwe toon 'n mate van weerstand teen spannings. 'n Teoretiese vloeistof sonder enige weerstand teen spanning staan bekend as 'n ideale vloeistof. Die studie van viskositeit staan bekend as reologie.

Etimologie

Die woord "viskositeit" is afgelei van die Latynse woord viscum wat verwys na 'n spesifieke parasitiese plant viscum album (voëlent). 'n Stroperige gom is van die bessies van die plant vervaardig.

Viskositeitskoëffisiënte

Wanneer 'n mate van viskositeit aangedui word is dit gebruiklik om 'n koëffisiënt van viskositeit aan te haal. Daar is verskeie viskositeitskoëffisiënte afhangende van die aard van die spanning wat toegepas word en die aard van die vloeistof. Hierdie koëffisiënte word in die meeste leidende boeke oor hidrodinamika en reologie bespreek.

• Dinamiese viskositeit (ook absolute viskositeit) bepaal die dinamika van 'n onsaampersbare Newtoniese vloeier. Die simbool ${\mu }$ word daarvoor gebruik en die eenhede is Pa·s = N·s/m² = kg/(m·s).
• Kinematiese viskositeit is die dinamiese viskositeit gedeel deur die digtheid van 'n Newtoniese vloeier. Die simbool ${\nu }$ word daarvoor gebruik en die eenhede is m²/s.
• Volumeviskositeit bepaal die dinamika van 'n saampersbare Newtoniese vloeier;
• Spanningsviskositeit is die viskositeitskoëffisiënt as 'n skuifspanning op 'n vloeier toegepas word (ook geldig vir nie-Newtoniese vloeiers);
• Rekviskositeit is die viskositeitskoëffisiënt as 'n rekspanning op die vloeier uitgeoefen word (ook geldig vir nie-Newtoniese vloeiers).

Spanningsviskositeit en dinamiese viskositeit is meer bekend as die ander soorte. Daar word daarom dikwels bloot na hulle verwys as viskositeit. Eenvoudig gestel is hierdie grootheid die verhouding tussen die toegepaste druk op die vloeieroppervlak in die laterale of horisontale rigting, en die verandering in snelheid van die vloeier namate mens met die vloeier afbeweeg (ook bekend as 'n snelheidsgradiënt). By kamertemperatuur het water 'n nominale viskositeit van 1,0 × 10^-3 Pa∙s, en motorolie 'n nominale skynbare viskositeit van 250 × 10^-3 Pa∙s.

Rekviskositeit word algemeen gebruik vir karakterisering van polimere.

Volumeviskositeit is belangrik vir akoestiek in vloeiers, kyk Stokes se wet

Eenhede

1 cP = 1 mPa·s = 0.001 Pa·s = 0.001 N·s/m² = 0.001 kg/(m.s).

Die standaard eenhede vir viskositeit is Pa.s, N.s/m² of kg/(m.s)

Water se viskositeit is 1 cP (centipoise) by 21 °C

${\text{Pa}}\cdot {\text{s}}={\frac {\text{N}}{{\text{m}}^{2}}}\cdot {\text{s}}={\frac {{\text{N}}\cdot {\text{s}}}{{\text{m}}^{2}}}$

${\frac {{\text{N}}\cdot {\text{s}}}{{\text{m}}^{2}}}={\frac {{\frac {{\text{kg}}\cdot {\text{m}}}{{\text{s}}^{2}}}\cdot {\text{s}}}{{\text{m}}^{2}}}={\frac {\text{kg}}{{\text{m}}\cdot {\text{s}}}}$

Newton se teorie

Algemeen gesproke sal die lae by enige vloeibeweging teen verskillende snelhede beweeg en sal 'n vloeistof se viskositeit die gevolg wees van die spanning tussen die lae wat weerstand bied teen die toegepaste krag.

Isaac Newton se postulaat het bepaal dat vir reguit parallelle en uniforme vloei, die skuifspanning τ tussen lae eweredig sal wees aan die snelheidsgradiënt, ∂u/∂y, in die rigting loodreg tot dié lae.

$\tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}$.

Die konstante $\mu$ hier staan bekend as die viskositeitskoëffisiënt, of as bloot die viskositeit, of as dinamiese viskositeit of as die Newtoniese viskositeit. Baie vloeiers soos water en die meeste gasse voldoen aan Newton se kriteria en staan bekend as Newtoniese vloeiers. Nie-Newtoniese vloeiers vertoon 'n ingewikkelder, nie-lineêre verwantskap tussen die skuifspanning en die snelheidsgradiënt.