Auf den ersten Blick scheint Viskosität ein ziemlich einfaches Konzept zu sein. Es hilft zu beschreiben, wie dick ein Produkt ist oder wie gut es fließt. Das ist alles, richtig?
In Wirklichkeit gibt es verschiedene Begriffe, die unter die Überschrift Viskosität fallen. Diese Begriffe ergeben sich aus der Messung der Viskosität. Wenn Menschen über Viskosität sprechen, sprechen sie über eines von zwei Dingen: kinematische Viskosität oder dynamische Viskosität.,
Es ist nicht einfach, viele Informationen über die Unterschiede zwischen dynamischer und kinematischer Viskosität zu finden. Dies ist mein Versuch, diesen beiden Hauptkonzepten Klarheit zu verleihen.
Eine Möglichkeit besteht darin, den Strömungswiderstand einer Flüssigkeit zu messen, wenn eine äußere Kraft ausgeübt wird. Dies ist dynamische Viskosität.
Die andere Möglichkeit besteht darin, den resistiven Fluss einer Flüssigkeit unter dem Gewicht der Schwerkraft zu messen. Das Ergebnis ist eine kinematische Viskosität. Anders ausgedrückt ist die kinematische Viskosität das Maß für den inhärenten Strömungswiderstand einer Flüssigkeit, wenn keine äußere Kraft außer der Schwerkraft auf sie einwirkt.,
Um meinen Versuch, diese Konzepte zu vereinfachen, weiter zu erschweren, können zwei Flüssigkeiten mit derselben dynamischen Viskosität unterschiedliche kinematische Viskositäten aufweisen. Dies liegt daran, dass kinematische Ergebnisse von der Dichte des Fluids abhängen. Dichte ist kein Faktor mit dynamischer Viskosität.
Benötigen Sie eine Auffrischung der Dichte?
Dichte ist das Verhältnis der Masse (oder des Gewichts) der Probe geteilt durch das Volumen der Probe. Denken Sie an einen Eiswürfel und einen Würfel aus Stahl. Sie können gleich groß sein, aber der Stahlwürfel wiegt mehr als der Eiswürfel., Daher sagen wir, dass Stahl eine größere Dichte als Eiswürfel hat.
Die Masse (oder das Gewicht) einer Flüssigkeit wird durch die Schwerkraft bestimmt. Bei der kinematischen Messmethode ist die Schwerkraft die einzige Kraft, die auf die Probe einwirkt.
Messung der dynamischen Viskosität
Rotationsviskosimeter sind eine der beliebtesten Arten von Instrumenten zur Messung der dynamischen Viskosität. Diese Instrumente drehen eine Sonde in der flüssigen Probe. Die Viskosität wird durch Messung der Kraft – oder des Drehmoments – bestimmt, die zum Drehen der Sonde erforderlich ist.,
Das Rotationsviskosimeter ist besonders nützlich bei der Messung von nicht-newtonschen Flüssigkeiten. Nicht-newtonsche Flüssigkeiten ändern die Viskosität, wenn sie unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt sind. Zum Beispiel zeigen einige dieser Flüssigkeiten eine Zunahme der Viskosität mit einer Zunahme der aufgebrachten Kraft, während andere nicht-newtonsche Flüssigkeiten mit einer Zunahme der aufgebrachten Kraft an Viskosität abnehmen.
Das Rotationsviskosimeter kann die Drehgeschwindigkeit der Sonde einstellen, während sie sich in der Flüssigkeit bewegt. Das Viskosimeter erkennt die Variation der Viskosität der Probe, wenn die Geschwindigkeit, manchmal die Scherrate, geändert wird.,
Die Maßeinheit für die dynamische Viskosität ist Centipoise (cP).
Kinematische Viskosität messen
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die kinematische Viskosität eines Fluids zu ermitteln, aber die gebräuchlichste Methode ist die Bestimmung der Zeit, die ein Fluid benötigt, um durch ein Kapillarrohr zu fließen. Die Zeit wird unter Verwendung einer für das spezifische Rohr vorgesehenen Kalibrierkonstante direkt in kinematische Viskosität umgewandelt.
Die Maßeinheit der kinematischen Viskosität ist Centistokes (cSt).
Ein grundlegender Unterschied zwischen den dynamischen und kinematischen Viskositätsmessungen ist die Dichte., Die Dichte bietet tatsächlich eine Möglichkeit, zwischen einer kinematischen und einer dynamischen Viskositätsmessung umzuwandeln. Die Formel für die Umwandlung lautet:
- Kinematisch (cSt) x Dichte = dynamisch (cP)
- Dynamisch (cP) / Dichte = Kinematisch (cSt)
Bei einer gegebenen Probe mit einer Dichte größer als eins ist die dynamische Viskosität immer die höhere Zahl.
Wann sollten Sie dynamische Viskositätsmessungen verwenden?
Sie testen die dynamische Viskosität, wenn Sie den Innenwiderstand einer Flüssigkeit oder die Kraft kennen möchten, die erforderlich ist, um eine Ebene der Flüssigkeit über eine andere zu bewegen.,
Die Messung der dynamischen Viskosität ist am nützlichsten für Flüssigkeiten, die ihre scheinbaren Eigenschaften ändern, wenn Kraft oder Druck angewendet wird. Diese Flüssigkeiten werden als nicht-newtonsche Flüssigkeiten bezeichnet. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten reagieren empfindlich auf Änderungen der auf sie ausgeübten Kraft und können manchmal sogar dauerhaft ihre Viskosität ändern, wenn eine konstante Kraft auf sie ausgeübt wurde über einen bestimmten Zeitraum.
Ein Beispiel für die Bedeutung der dynamischen Viskositätsmessung ist die Angabe der richtigen Fließeigenschaften von Ketchup., Dieses Produkt muss eine niedrigere Viskosität haben, wenn es fließt, um es aus der Flasche zu bekommen, muss aber dick sein (oder nicht so geneigt zu fließen), wenn es auf dem Burger sitzt. Wenn Sie die Viskosität des Ketchups mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten testen (was unterschiedlichen Kraftniveaus entspricht), können Sie sicherstellen, dass sich der Ketchup so verhält, wie er sollte.
Eine weitere Anwendung ist das Design von Pumpsystemen. Da sich die Viskosität von nicht-newtonschen Flüssigkeiten mit der Bewegungsgeschwindigkeit ändert, haben Druck und Pumpengeschwindigkeit schwerwiegende Auswirkungen auf die Spezifikation der richtigen Pumpen, des Drucks und der Rohrleitungsgröße., Das Testen des Produkts bei verschiedenen Geschwindigkeiten hilft dabei, Richtlinien für das Design des Pumpsystems bereitzustellen.
Wann sollten kinematische Viskositätsmessungen durchgeführt werden?
Diese Messung wird hauptsächlich für Newtonsche Flüssigkeiten verwendet-Flüssigkeiten, die bei Änderungen der aufgebrachten Kraft (Scherrate) ihre Viskosität nicht ändern.
Das Testen von Schmierölen ist eine bedeutende Anwendung. Mit diesem Prüfverfahren können Viskositätsänderungen bei unterschiedlichen Temperaturen und unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen bestimmt werden. Mit diesen Informationen können Änderungen der Schmierwirksamkeit bewertet werden.,
Einige andere Produkte, für die das kinematische Verfahren geeignet ist, sind Öl, Benzin, Glycerin und Alkohol.
Die Viskositätsmessung für Newtonsche Flüssigkeiten kann mit Rotationsviskosimetern (über die oben aufgeführte Umwandlungsformel) durchgeführt werden. Es ist jedoch einfacher, kapillarbasierte Instrumente zu verwenden. In einigen Fällen sind kapillarbasierte Instrumente zur Bestimmung der kinematischen Viskosität genauer.,
Wenn Sie die Viskositätseigenschaften einer Flüssigkeit bestimmen müssen, die keinen äußeren physikalischen Kräften ausgesetzt ist (mit anderen Worten, wenn die Schwerkraft die einzige Kraft ist, die auf die Flüssigkeit einwirkt), sollte kinematisch die Methode der Wahl sein.
Zusammenfassung
Newtonsche Flüssigkeiten haben eine inhärente Viskosität, die sich nicht ändert, wenn Sie die auf die Flüssigkeit ausgeübte Kraft ändern. Diese inhärente Viskosität kann einfach und genau mit einer Kapillarvorrichtung gemessen werden, wobei die Schwerkraft zum Bewegen der Flüssigkeit verwendet wird.,
Andererseits weisen nicht-newtonsche Flüssigkeiten aufgrund der ausgeübten Kraft große Viskositätsschwankungen auf. Diese Tests erfordern Instrumente wie Rotationsviskosimeter, die Änderungen im Laufe der Zeit und über einen Bereich von einwirkenden Kräften messen können.
Zur Abgrenzung zwischen diesen beiden Flüssigkeitstypen:
- Dynamische Viskosität: Viskosität bezogen auf die äußere Kraft, die auf nicht-newtonsche Flüssigkeiten ausgeübt wird.
- Kinematische Viskosität: inhärente Viskosität von newtonschen Flüssigkeiten, die sich mit einer Änderung der aufgebrachten Kraft nicht ändert.,
Obwohl dieser Vergleich nicht erschöpfend ist, hoffe ich, dass er dazu dient, Ihr Verständnis der Unterschiede zwischen dynamischer Viskosität und kinematischer Viskosität zu fördern. Bitte teilen Sie es mit jedem, der interessiert sein könnte.
Bis zum nächsten Mal
P. S. Überprüfen Sie die Optionen für die Texturanalyse.
P. P. S. Seien Sie der erste zu wissen, wenn wir einen neuen Blog-Artikel veröffentlichen. Abonnieren Sie noch heute oben auf der Seite!
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