Lepkość

Eksperyment ukazujący lepkość paku lub smoły. Jest ona około 2,3×1011 większa od lepkości wody[1]
Film pokazujący trzy płyny o różnych lepkościch.
Eksperyment pokazujący zachowanie się lepkiego płynu – dodano niebieski barwnik dla lepszej widoczności.

Lepkość (wiskoza, z łac. viscosus ‘lepki’)[2] – właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich tarcie wewnętrzne wynikające z przesuwania się względem siebie warstw płynu podczas przepływu[3] (nie jest to natomiast opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia, w warstwie granicznej). Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).

Inne znaczenie słowa „lepkość” odnosi się do „czepności” – terminu stosowanego w dziedzinie klejów.

Zgodnie z laminarnym modelem przepływu lepkość wynika ze zdolności płynu do przekazywania pędu pomiędzy warstwami poruszającymi się z różnymi prędkościami.

Różnice w prędkościach warstw są charakteryzowane w modelu laminarnym przez szybkość ścinania. Przekazywanie pędu zachodzi dzięki pojawieniu się na granicy tych warstw naprężeń ścinających. Wspomniane warstwy są pojęciem hipotetycznym, w rzeczywistości zmiana prędkości zachodzi w sposób ciągły (zobacz: gradient), a naprężenia można określić w każdym punkcie płynu. Model laminarny lepkości zawodzi też przy przepływie turbulentnym, powstającym np. na granicy płynu i ścianek naczynia. Dla przepływu turbulentnego jak dotąd nie istnieją dobre modele teoretyczne.

Płyn nielepki to płyn o zerowej lepkości (→ nadciekłość).

Dziedziną nauki zajmującą się badaniami nad lepkością jest reologia. Pomiary lepkości prowadzi się na wiskozymetrach i reowiskozymetrach.

Współczynnik lepkości dynamicznej dla rozrzedzonych gazów doskonałych jest proporcjonalny do pierwiastka z temperatury (jest to wynikiem ruchu cząsteczek gazów), a nie zależy od ciśnienia. Dla cieczy współczynnik ten jest odwrotnie proporcjonalny do temperatury, a rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia (jest to spowodowane oddziaływaniem międzycząsteczkowym).


Lepkość dynamiczna

Lepkość dynamiczna wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania:

Jednostką lepkości dynamicznej w układzie SI jest paskal·sekunda o wymiarze kilogram·metr−1·sekunda−1

W układzie CGS jednostką lepkości dynamicznej jest puaz (P).

1 P = 1 dyn·s/cm2 = 1 g·cm−1·s−1 = 0,1 Pa·s

Lepkość dynamiczna wybranych substancji

Współczynniki lepkości wybranych substancji:

Ciecze:
Gazy:

Lepkość kinematyczna

Lepkość kinematyczna, nazywana też kinetyczną[8], jest stosunkiem lepkości dynamicznej do gęstości płynu:

Lepkość kinematyczną w układzie SI wyraża się w m2·s−1.

W układzie CGS jednostką lepkości kinematycznej jest stokes: 1 St = 1 cm2·s−1 = 10−4 m2·s−1.

Lepkość względna

Lepkość względna jest to stosunek lepkości dynamicznej badanej cieczy do lepkości cieczy wzorcowej (najczęściej wody). Jest to wielkość bezwymiarowa. Można ją wyznaczyć poprzez porównanie czasu wypływu danej cieczy w porównaniu do czasu wypływu cieczy wzorcowej przez otwór kubka wypływowego (lakiery, farby) lub lepkościomierza porównawczego (oleje smarne). Dla rozróżnienia lepkości względnej mierzonej w różnych lepkościomierzach porównawczych stosuje się oznaczenia:

  • stopień Englera, °E (Polska i większość krajów europejskich)
  • stopień Barbiego, °B (Francja)
  • sekunda Redwooda, RI (Wielka Brytania)
  • sekunda Saybolta, SUS (USA).

Zobacz też

Przypisy

  1. R Edgeworth, B J Dalton, T Parnell. The pitch drop experiment. „Eur. J. Phys”. 5 (4), s. 198–200, 1984. DOI: 10.1088/0143-0807/5/4/003. 
  2. Słownik Wyrazów Obcych: WISK(O)-.
  3. Encyklopedia techniki. Chemia. Warszawa: WNT, 1965.
  4. a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87th ed., CRC Press LLC, Boca Raton, USA, 2007.
  5. a b c d Współczynniki lepkości.
  6. Fenol.
  7. Viscosity – The Physics Hypertextbook.
  8. Od gr. kinēma dpn. kinēmatos ‘ruch’. Słownik Wyrazów Obcych KINO-.

Bibliografia

  • Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich. Fizyka, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991, wyd.3, ​ISBN 83-204-1192-0​.
  • Szczepan Szczeniowski Fizyka doświadczalna. Ciepło i fizyka molekularna. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa (1953)
  • Bronisław Średniawa, Jan Weyssenhoff Mechanika środowisk rozciągłych, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa-Kraków 1969
  • Zbigniew Lawrowski: Tribologia. Tarcie, zużywanie i smarowanie. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1993.

Media użyte na tej stronie

University of Queensland Pitch drop experiment-white bg.jpg
Autor: , Licencja: CC-BY-SA-3.0
Picture of the Pitch Drop Experiment at the University of Queensland, with 9-volt battery for size comparison
09. Вискозност на течности.ogv
Autor: Andrejdam, Licencja: CC BY-SA 4.0
Experiment demonstrating viscosity of a fluid i.e. internal friction. There is glycerin flowing in the pipe. The lower part of the glycerin is colored in order to make the effect visible. Along the axis the glycerin flows with greatest speed, since the internal friction is lowest. Farther from the axis the internal friction increases, which lowers the speed. It can be seen by the curved boundary surface between the colored and transparent glycerin. Performed and explained by Prof. Oliver Zajkov at the Physics Institute at the Ss. Cyril and Methodius University of Skopje, Macedonia.
Viscosity video science museum.ogv
Autor: geni, Licencja: CC BY-SA 4.0
Video of three liquids flowing through holes showing their different levels of viscosity.