Viskozite - Vikipedi

Genellikle herhangi bir akış esnasında akışkanın tabakaları farklı hızlarda hareket ederler ve akışkanın akmazlığı, uygulanan kuvvete karşı direnç gösteren tabakalar arasındaki yüzey gerilimlerinden dolayı ortaya çıkar.

Isaac Newton'un öne sürdüğü üzere, laminer ve paralel bir akışta, tabakalar arasındaki yüzey gerilimi (τ) bu tabakalara dik yöndeki hız gradyeni (∂u/∂y) ile orantılıdır.[4]

τ = μ ∂ u ∂ y {\displaystyle \tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}}  

Buradaki μ sabiti, akmazlık değişmezi, akmazlık veya durağan akmazlık olarak bilinir. Su ve gazların çoğu Newton yasasına uyarlar ve Newtonyen akışkanlar olarak adlandırılırlar. Newtonyen olmayan akışkanlarda ise, yüzey gerilimi ile hız gradyeni arasındaki basit lineer (doğrusal) ilişki çok daha karmaşık bir hal alır.

Pek çok durumda akmazlık kuvvetlerin eylemsizlik kuvvetlerine olan oranı ile ilgilenilir. Atalet kuvvetlerinin akışkanın yoğunluğu (ρ) ile karakterize edildiği bilindiğinden bu oran kinematik akmazlık olarak adlandırılır ve gösterimi:

ν = μ ρ {\displaystyle \nu ={\frac {\mu }{\rho }}}  

şeklindedir.

Viskozite genellikle farklı viskozimetrelerle ve 25 °C'de ölçülür. Bazı akışkanların viskozitesi, geniş bir yüzey gerilimi aralığında sabittir. Viskozitesi sabit olmayan akışkanlar Newtonyen olmayan akışkanlar olarak adlandırılır.[5]

Birimler[6]

değiştir

Dinamik akmazlık: μ {\displaystyle {\mu }}  

değiştir

Dinamik akmazlığın SI birimi (Yunan sembol: μ {\displaystyle {\mu }}  ) pascal-saniye (Pa·s) olup 1 kg·m−1·s−1 ye eşdeğerdir.

Dinamik akmazlığın cgs birimi, Jean Louis Marie Poiseuille adına ithafen poise (P) dır. Genellikle yüzde birlik miktarı olan centipoise (cP) kullanılır. Örneğin suyun akmazlığı 20 °C'de 1.0020 cP dir.

1 poise = 100 centipoise = 1 g·cm−1·s−1 = 0.1 Pa·s.[7] 1 centipoise = 0.001 Pa·s.

Kinematik akmazlık: ν = μ / ρ {\displaystyle \nu ={\mu }/{\rho }}  

değiştir

Kinematik akmazlığın (Yunan sembol: ν {\displaystyle {\nu }}  ) SI birimi (m2·s−1) dir. Kinematik akmazlığın cgs birimi George Gabriel Stokes'un adına ithafen stokes olup S veya St şeklinde kısaltılır. Bazen centistokes (cS veya cSt) şeklinde de kullanılabilir.

1 stokes = 100 centistokes = 1 cm2·s−1 = 0.0001 m2·s−1.

Kinematik ve dinamik akmazlık arasındaki dönüşüm ise ν ρ = μ {\displaystyle \nu \rho =\mu }   şeklinde verilir ve eğer ν {\displaystyle \nu }   = 1 St ise

μ = ν ρ = 0.1 kg·m−1s−1·(ρ/(g/cm3)) = 0.1 poise·(ρ/(g/cm3)). [1]4 Kasım 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.

Gazlar[8]

değiştir

Gazların viskozitesi, akış tabakaları arasında momentum taşınımını sağlayan moleküler difüzyondan kaynaklanır. Gazların kinetik teorisi, gazların viskozitesinin (teorinin uygulandığı rejim içinde geçerli olmak üzere) doğru olarak tahminine yardımcı olur:

• Viskozite düşük ve orta basınç değerlerinde basınçtan etkilenmez fakat yüksek basınç altında yoğunluğu arttığı için basınçla birlikte viskozitesi artar
• Viskozite, sıcaklık arttıkça azalır.

Sıvılar[9]

değiştir

Sıvılarda, moleküller arasındaki ilave kuvvetler önemli hale gelir. Bu durumda yüzey gerilimine ilaveler olacaktır ki olgu bugün dahi tartışmalıdır. Dolayısıyla, sıvılarda:

• Viskozite basınçtan bağımsızdır (çok yüksek basınçlar hariç) ve
• Viskozite, sıcaklık arttıkça azalır (örneğin, sıcaklık 0 °C den 100 °C çıktığında, suyun viskozitesi 1.79 cP den 0.28 cP ye düşer).

Sıvıların dinamik viskozitesi, gazların dinamik viskozitesinden on kat daha büyüktür.

Havanın akmazlığı

değiştir

Havanın viskozitesi sıcaklığa bağımlı olup 15.0 °C'de 1.78 × 10−5 kg/m.s dir.

Suyun akmazlığı

değiştir

Suyun viskozitesi 8.90 × 10−4 Pa•s veya 8.90 × 10−3 dyne-sec/cm2 dir (25 °C'de).

Değişik türdeki malzemelerin akmazlığı

değiştir

 

Dinamik viskozitenin sıcaklıkla değişimini hesaplamak amacıyla Sutherland formülü (Crane, 1988) kullanılabilir:

μ = μ o T o + C T + C ( T T o ) 3 / 2 {\displaystyle {\mu }={\mu }_{o}{\frac {To+C}{T+C}}\left({\frac {T}{T_{o}}}\right)^{3/2}}  

burada:

• μ {\displaystyle {\mu }}   = T sıcaklığındaki viskozite değeri (Pa/s)
• μ o {\displaystyle {\mu }_{o}}   = referans sıcaklığı To da referans viskozite değeri (Pa/s)
• T {\displaystyle T}   = Kelvin cinsinden sıcaklık
• T o {\displaystyle T_{o}}   = Kelvin cinsinden referans sıcaklığı
• C {\displaystyle C}   = Sutherland sabiti'dir.

0 < T < 555K arasındaki sıcaklıklar için geçerlidir.

Bazı gazlar için Sutherland sabiti ve referans sıcaklığı değerleri:

Gaz	C {\displaystyle C}	T o {\displaystyle T_{o}}	μ o {\displaystyle {\mu }_{o}}
-	K	Pa/s
hava	120	291.15	0.00001827
azot	111	300.55	0.00001781
oksijen	127	292.25	0.00002018
karbondioksit	240	293.15	0.0000148
karbonmonoksit	118	288.15	0.0000172
hidrojen	72	293.85	0.00000876
amonyak	370	293.15	0.00000982
kükürtdioksit	416	293.65	0.00001254

Bazı Newtonyen akışkanların dinamik viskozite değerleri aşağıda verilmektedir.

Gazlar (0 °C'de):

viskozite (Pa·s)
hidrojen	8.4 × 10−6
hava	17.4 × 10−6
ksenon	21.2 × 10−6

Sıvılar (25 °C'de):

viskozite (Pa·s)
etanol	a 1.074 × 10−3
aseton	a 0.306 × 10−3
metanol	a 0.544 × 10−3
propanol	a 1.945 × 10−3
benzen	a 0.604 × 10−3
nitrobenzen	a 1.863 × 10−3
cıva	a 1.526 × 10−3
sülfürik asit	a 24.2 × 10−3
gliserol	a 934 × 10−3
zeytinyağı	81 × 10−3
cam	1040

a Kaynak: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 73. basım, 1992-1993.

Daha detaylı bir tabloya buradan ulaşılabilir.