Viscositeit

Viscositeit of stroperigheid is een eigenschap van vloeistoffen die aangeeft hoe snel ze kunnen stromen. Het is een aspect van het vloeigedrag dat wordt bestudeerd in de rheologie.

Water is een voorbeeld van een vloeistof met een lage viscositeit, glycerine is een voorbeeld van een vloeistof met een hoge viscositeit.

Asfalt is een product met een zeer hoge viscositeit en asfalt kan in de loop van de jaren sterk in vorm zijn veranderd. Een voorbeeld waarin dit goed waarneembaar is; zijn de golfvormen of hobbels in het asfalt ter plaatse van een druk kruispunt met verkeerslichten. Dit wordt veroorzaakt door het remgedrag van het verkeer bij het stoppen voor verkeerslichten.

De viscositeit van een vloeistof is sterk afhankelijk van de temperatuur: bij hogere temperaturen zijn veel vloeistoffen minder visceus dan bij lagere temperaturen.

Om de viscositeit van vloeistoffen ten opzichte van water te vergelijken gebruikt men de centipoise (cps). De viscositeit van water van 20 °C = 1 cps; bloed = 10 cps; glycerine = ca. 1500 cps; pindakaas = 150.000 tot 250.000 cps.

Omrekenfactoren Viscositeit:

CentiPoise (cP) = 1*10^-3 Pa.s = 1 mPa.s

CentiStoke (cSt) = 0.01 St = 1 mm²/s

lb/ft.h = 413.3789 μPa.s

lbf.h/ft² = 172.369 kPa.s

lbf.s/ft³ = 157.0875 Pa.s/m

Poise (P, dynamische viscositeit η; cgs eenheid) = 1 dyn.s/cm² = 1 g/cm.s = 0.1 Pa.s

Poiseuille (Pl, dynamische viscositeit; SI) = 1 Pa.s = 1 N.s/m²

Reynolds (Reyn) = lbf.s/in² = 6894.757 Pa.s

Stoke (St, kinematische viscositeit ν) = 1 cm²/s

De kinematische viscositeit is gedefinieerd als de dynamische viscositeit gedeeld door de dichtheid (η/ρ).

[bewerk] Supervloeibaarheid

Vloeibaar helium verliest alle stroperigheid als het beneden een bepaalde temperatuur wordt afgekoeld. Deze "supervloeibare" fase heeft allerlei bijzondere eigenschappen.

[bewerk] Meting van viscositeit

Er bestaan verschillende methoden om de viscositeit van vloeistoffen te meten:

1. Men laat in een viscometer een afgemeten hoeveelheid van de vloeistof door een capillair stromen, en meet de tijd die daarvoor nodig is. De resultaten worden vergeleken met een controlemeting aan een vloeistof met bekende viscositeit. Zo'n vaak gebruikte viscosimeter is de Ubbelohde-meter.
2. In een torsiebalans meet men de uitslag van een binnencilinder terwijl men de buitencilinder met een vaste snelheid ronddraait. In de annulaire ruimte tussen de twee cilinders bevindt zich de vloeistof waarvan de viscositeit bepaald moet worden. Een variatie op deze cilindrische uitvoering is de kegel en plaat viscometer.
3. Men laat een rond balletje in de vloeistof zinken. Na een zekere valtijd wordt de snelheid van de bal constant. Uit het krachtenevenwicht tussen de zwaartekracht, de opwaartse kracht en de weerstand van de vloeistof kan de viscositeit bepaald worden. Zie ook de Navier-Stokes vergelijkingen. Dit apparaat bestaat in glazen uitvoeringen, maar bestaat ook in metaal voor metingen bij verhoogde druk en temperatuur. Deze methode werkt alleen voor sterk visceuze stoffen.

Met de tweede methode kan ook de viscositeit worden vastgesteld als functie van de afschuifsnelheid: bij gewone vloeistoffen is de gemeten kracht recht evenredig met de snelheid: de viscositeit is niet afhankelijk van de snelheid (Newtonse vloeistoffen). Voor sommige vloeistoffen neemt de viscositeit bij toenemende snelheid toe, voor andere vloeistoffen neemt hij af. Met de tweede methode kan ook de opslag en verlies modulus van visco-elastische vloeistoffen worden gemeten door de buiten cilinder of plaat niet met een vaste snelheid te laten ronddraaien maar door deze met wisselende frequenties te laten oscilleren.

[bewerk] Dynamische en kinematische viscositeit

Naast de dynamische viscositeit (symbool: η) kent men de term kinematische viscositeit (ν).

ν = Kinematische viscositeit (m²/s)

η = Dynamische viscositeit (Pa . s)

ρ = Dichtheid (kg/m³)