Viskozite, bir sıvının içinden geçmeye ne kadar dirençli olduğunun bir ölçüsüdür. Düşük viskoziteli sıvıya ince sıvı, yüksek viskoziteli sıvıya kalın denir. Örneğin, su gibi düşük viskoziteli bir sıvıdan geçmek, bal gibi yüksek viskoziteli bir sıvıdan geçmekten daha kolaydır. Kısaca viskozite, bir sıvının kalınlığını ifade eder ve sıvı içindeki moleküller arasındaki etkileşim veya sürtünmeden kaynaklanır. Hareket eden katılar arasındaki sürtünmeye benzer şekilde, sıvıların akması için gereken enerjiyi belirler.
Fizikte viskozite, genellikle Newton’un ikinci hareket yasasına benzeyen, Isaac Newton’un akışkanlar denklemi kullanılarak ifade edilir. Bu yasa, bir nesneye bir kuvvet etki ettiğinde, nesnenin hızlanmasına neden olacağını belirtir. Nesnenin kütlesi ne kadar büyükse, nesneyi hızlandırmak için gereken kuvvet o kadar büyük olur.
İçindekiler
viskozite formülü
Viskozite denklemi genellikle F/A = n(dv/dr) akışkanları için Newton denklemi kullanılarak ifade edilir. Burada F kuvveti temsil eder ve A alanı temsil eder, dolayısıyla F/A veya kuvvet bölü alan viskoziteyi tanımlamanın başka bir yoludur. Dv bölü dr sıvının hareket ettiği saf hızı veya hızı temsil eder ve N, 0,00089’a eşit sabit bir birimdir. Pa s, dinamik viskozite (pascal-saniye) için ölçüm birimidir. Bu yasa, mürekkep püskürtmeli baskı, protein formülasyonları/enjeksiyonları ve yiyecek/içecek üretimi gibi bazı önemli pratik uygulamalara sahiptir.
Newtonian ve Newtonian olmayan akışkanların viskozitesi
Newton sıvıları olarak adlandırılan en yaygın sıvıların sabit bir viskozitesi vardır. Güç arttıkça daha fazla dirence sahiptir, ancak bu sabit orantılı bir artıştır. Kısacası, bir Newton sıvısı, içine ne kadar kuvvet uygulanırsa uygulansın, bir sıvı gibi davranmaya devam eder. Aksine, Newtonian olmayan sıvıların viskozitesi sabit değildir, uygulanan kuvvete bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Newton olmayan bir sıvının klasik örneği, kendisine büyük miktarlarda kuvvet uygulandığında katı benzeri davranış sergileyen eğiktir. Newtonian olmayan başka bir sıvı grubu da manyetik sıvılar olarak bilinir. Manyetik alanlara neredeyse katı hale gelerek yanıt verir, ancak manyetik alandan çıkarıldığında sıvı durumuna geri döner.
Newton olmayan sıvılar
Newton denklemi, kayma gerilimi ve hız gradyanını viskozite adı verilen bir miktar aracılığıyla ilişkilendirir. Bir Newton sıvısı, viskozitesinin sadece bir sayı olduğu bir dengedir. Newtonian olmayan bir sıvının viskozitesi, kayma gerilimi veya zaman gibi bazı mekanik değişkenler üzerinde çalışan bir sistemdir. Zamanla değişen Newtoncu olmayan sıvıların da hafızası olduğu söylenir. Bazı jeller ve macunlar ile çalışırken veya titreşirken bir sıvı gibi davranır ve daha sonra dinlenme halindeyken yarı katı bir duruma yerleşir. Bu malzemeler kesmeyi hafifleten sıvılara örnektir. Örneğin ev boyası çok ince bir sıvıdır ki bu iyi bir şeydir. Fırçalama, yuvarlama veya püskürtme, kayma gerilimini geçici olarak uygulamanın yollarıdır. Bu, boyanın viskozitesini artık aplikatörden duvara veya tavana akabileceği noktaya kadar azaltır.
Bu kayma gerilimi ortadan kaldırıldığında, kaplama dinlenme viskozitesine geri döner, bu o kadar dikkat çekicidir ki, uygun bir film sıvı yerine katı gibi davranır ve kaplama akmaz veya damlamaz. Karşılaştırma için su veya balla çizmenin nasıl bir şey olduğunu düşünün. Birincisi her zaman çok sıvıdır ve ikincisi her zaman çok viskozdur. Diş macunu, viskozitesi basınç altında azalan bir maddeye başka bir örnektir. Diş macunu tüpün içinde dururken katı gibi davranır ancak kapağı çıkarıldığında kendiliğinden akmaz, sıkıldığında dışarı akar. Şimdi katı gibi davranmayı bırakır ve kalın bir sıvı gibi davranmaya başlar. Diş fırçası düşürüldüğünde, basınç serbest kalır ve diş macunu yarı katı hale döner. Ağzınıza kaldırdığınızda fırçadan döküleceğinden endişelenmenize gerek yok. Kayma azaltıcı sıvılar üç genel gruptan birinde sınıflandırılabilir ve bu sınıflandırma aşağıdaki gibidir:
Yanlış kesme gerilimi altında viskozitesi azalan, ancak zamanla sabit kalan bir madde.
Tiksotropik kayma gerilmesi altında viskozitesi azalan ve daha sonra zamanla azalmaya devam eden malzemeler.
• Bingham plastiği, yüksek viskoziteden (neredeyse yarı katı) düşük viskoziteye (esas olarak sıvı) geçişin ancak kayma gerilimi minimum değeri aştıktan sonra gerçekleştiği bir malzeme,
İşlendiğinde veya çalkalandığında kalınlaşan malzemelere kesme kalınlığı sıvıları denir. Fen derslerinde sıkça görülen bir örnek, doğru oranlarda karıştırılmış mısır nişastası ve sudan yapılan bir hamurdur. Ortaya çıkan garip yapışkan, yavaşça sıkıldığında bir sıvı gibi davranır ve hızlı bir şekilde sıkıldığında esnek bir katıdır.
Kesme kalınlığı sıvıları da iki gruba ayrılır: zamana bağlı viskoziteye sahip olanlar (bellek malzemeleri) ve zamandan bağımsız viskoziteye sahip olanlar (hafıza dışı malzemeler). Viskozite artışı zamanla artarsa, malzemede iltihaplanma olduğu söylenebilir. Artış kabaca kayma gerilimi ile orantılıysa ve zamanla değişmiyorsa, malzeme genişler.
Viskozite günlük yaşamda neden önemlidir?
Viskozite günlük hayatta önemsiz gibi görünse de birçok farklı alanda çok önemli olabilir. Bunun bazı örnekleri aşağıdaki gibidir:
• Araç Yağları: Çoğu kişi arabalarına yağ koyduğunda yapışkanlığının farkına varır. Bunun nedeni viskozitenin sürtünmeyi, sürtünmenin de ısıyı etkilemesidir. Viskozite ayrıca yağ tüketim oranını ve bir aracın sıcak veya soğuk koşullarda çalıştırılma kolaylığını da etkiler. Bazı yağlar daha kararlı bir viskoziteye sahipken, diğerleri sıcağa veya soğuğa tepki verir. Yağın viskozite indeksi düşükse ısındıkça zayıflayabilir ve bu da sıcak bir yaz gününde aracı çalıştırırken sorunlara neden olabilir.
Pişirme: Viskozite, yiyecek hazırlama ve servis etmede önemli bir rol oynar. Yemeklik yağlar ısıtıldıklarında viskozitelerini değiştirebilir veya değiştirmeyebilir, ancak birçoğu soğuduklarında daha viskoz hale gelir. Isıtıldığında orta derecede viskoz olan yağlar soğutulduğunda katı hale gelir. Farklı mutfaklar da sosların, çorbaların ve yahnilerin viskozitesine bağlıdır. Örneğin, kalın patates ve pırasa çorbası, daha az yapışkan olduğunda Fransız yapışkan hale gelir. Bazı viskoz sıvılar gıdalara doku katar, örneğin bal çok yapışkandır ve bir yemeğin yapısını değiştirebilir.
• Üretim: Üretim ekipmanının sorunsuz çalışması için uygun yağlama gereklidir. Yüksek viskoziteli yağlayıcılar boru hatlarını sıkıştırabilir ve tıkayabilir. Ultra ince gövde yağları, hareketli parçalarda çok az korumaya sahiptir.
İlaçlar: Sıvılar vücuda damardan verildiği için viskozite tıpta çok önemli olabilir. Kan viskozitesi büyük bir sorundur: Çok viskoz olan kan tehlikeli iç pıhtılar oluşturabilirken, çok ince olan kan pıhtılaşmaz ve bu da ciddi kan kaybına ve hatta ölüme yol açabilir.
viskoziteyi etkileyen faktörler
Viskozite öncelikle maddenin bir fonksiyonudur. 20 °C’deki suyun viskozitesi 1.0020 MPa’dır, tek başına şans eseri bire yakındır). Sıradan sıvıların çoğu 1 ila 1000 MPa viskoziteye sahipken, gazlar 1 ila 10 MPa viskoziteye sahiptir. Macunlar, jeller, emülsiyonlar ve diğer karmaşık sıvıları özetlemek zordur. Tereyağı veya margarin gibi bazı yağlar o kadar viskozdur ki, sıvı sıvılardan çok yumuşak katılar gibi görünürler. Erimiş cam çok viskozdur ve katılaştığında sonsuz viskoziteye yaklaşır. İşlem, gerçek dondurma kadar iyi tanımlanmadığından, bazıları sırın tamamen soğuduktan sonra bile sızabileceğine inanır, ancak durum böyle değildir. Normal sıcaklıklarda, cam gerçek katılar kadar katıdır.
Günlük deneyimlerden, viskozitenin sıcaklıkla değiştiği bilinmelidir. Bal ve pekmez ısıtıldığında daha sıvı hale getirilebilir. Motor yağı ve hidrolik sıvılar soğuk günlerde gözle görülür şekilde kalınlaşır ve kış aylarında otomobillerin ve diğer makinelerin performansını büyük ölçüde etkiler. Genel olarak, basit bir sıvının viskozitesi artan sıcaklıkla azalır. Sıcaklık arttıkça sıvı içindeki moleküllerin ortalama hızları artar ve en yakın komşularıyla temasta geçirdikleri süre azalır. Böylece sıcaklık arttıkça ortalama moleküller arası kuvvetler azalır. İki miktarın değişme şekli doğrusal değildir ve sıvı değiştiğinde aniden değişir.
Normalde viskozite basınçtan bağımsızdır, ancak şiddetli basınç altındaki sıvılar genellikle viskozitede bir artış yaşar. Sıvılar genellikle sıkıştırılamaz olduğundan, basıncı artırmak molekülleri birbirine pek yaklaştırmayacaktır. Basit moleküler etkileşim modelleri bu davranışı açıklamaz ve bildiğimiz kadarıyla genel olarak kabul edilen daha karmaşık bir model yoktur. Sıvı faz belki de maddenin tüm fazları arasında en az anlaşılanıdır.
Sıvılar ısıtıldıkça sıvı hale gelirken gazlar yoğunlaşır. Gazların viskozitesi artan sıcaklıkla artar ve yaklaşık olarak sıcaklığın karekökü ile orantılıdır. Bunun nedeni, daha yüksek sıcaklıklarda moleküller arasındaki çarpışma sıklığının artmasıdır. Bir gazdaki moleküller genellikle boşlukta serbestçe uçtuğundan, bir molekülün diğeriyle temas sayısını artıran herhangi bir şey, moleküllerin bir bütün olarak koordineli bir şekilde çalışma yeteneğini azaltır. Bu parçacıklar birbirleriyle ne kadar çok çarpışırsa, hareketleri o kadar düzensiz hale gelir.
kılcal viskozimetre
Fransız doktor ve fizyolog Jean Boiseul (1799-1869), sıvıların dairesel tüplerdeki akışını tanımlayan matematiksel ifadeyi icat etti. Alman hidrolik mühendisi Gotthilf Hagen (1797-1884) tarafından bağımsız olarak da keşfedildiğinden, kesinlikle Hagen-Poiseuille denklemi olarak bilinmelidir, ancak genellikle Poiseuille denklemi olarak anılır.
kaynak:
libretexts.org/Bookshelves/Classical_MechanicsFluids/1.4%3A_Viscosity
study.com/what-is-viscosity-definition-measurement-equation-video.html
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]