Fizikte Viskozite Nedir?

Sponsorlu Bağlantılar

Viskozite, bir sıvının içinde hareket etmeye ne kadar dirençli olduğunun bir ölçüsüdür. Düşük viskoziteli bir sıvıya ince, yüksek viskoziteli bir sıvıya kalın denir. Örneğin su gibi düşük viskoziteli bir sıvıdan geçmek, bal gibi yüksek viskoziteli bir sıvıdan daha kolaydır. Kısacası viskozite, sıvının kalınlığını ifade eder ve bir sıvıdaki moleküller arasındaki etkileşimden veya sürtünmeden kaynaklanır. Hareket eden katılar arasındaki sürtünmeye benzer şekilde, bir sıvı akışı yapmak için gereken enerjiyi belirler.

Fizikte viskozite, genellikle Newton‘un ikinci hareket yasasına benzeyen, Isaac Newton’un akışkanlar denklemi kullanılarak ifade edilir. Bu yasa, bir cisme bir kuvvet etki ettiğinde cismin hızlanmasına neden olacağını belirtir. Cismin kütlesi ne kadar büyükse, onu hızlandırmak için kuvvetin o kadar büyük olması gerekir.

Viskozite Formülü

Viskozite formülü genellikle F / A = n (dv / dr) Newton’un akışkanlar denklemi kullanılarak ifade edilir. Burada F kuvveti ve A alanı temsil eder, dolayısıyla F/A veya kuvvet bölü alan, viskoziteyi tanımlamanın başka bir yoludur. Dv bölünmüş dr, saf hızı veya sıvının hareket ettiği hızı temsil eder ve N, sabit bir ünite 0,00089 eşittir. Pa s bir dinamik viskozite ölçüm birimi (Paskal-saniye). Bu yasa, mürekkep püskürtmeli baskı, protein formülasyonları/ enjeksiyonları ve yiyecek/içecek imalatı gibi bazı önemli pratik uygulamalara sahiptir.

Newtonsal ve Newtonsal Olmayan Akışkan Viskozitesi

Fizikte Viskozite Nedir?Newton akışkanları olarak adlandırılan en yaygın akışkanlar sabit bir viskoziteye sahiptir. Kuvveti artırdıkça daha büyük bir direnci vardır, ancak bu sabit orantılı bir artıştır. Kısacası, Newtonsal bir sıvı, içine ne kadar kuvvet konulsa da sıvı gibi davranmaya devam eder. Buna karşılık, Newton olmayan akışkanların viskozitesi sabit değildir, uygulanan kuvvete bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Newton olmayan bir sıvının klasik bir örneği, üzerinde büyük miktarda kuvvet kullanıldığında katı benzeri davranış sergileyen Oobleck’tir. Newton olmayan akışkanların bir başka grubu, manyetoreolojik akışkanlar olarak bilinir. Bunlar, manyetik alanlara neredeyse katı hale gelerek, ancak manyetik alandan çıkarıldıklarında sıvı hallerine geri dönerek tepki verirler.

Newtonsal Olmayan Sıvılar

Newton denklemi, viskozite adı verilen bir nicelik aracılığıyla kayma gerilimi ve hız gradyanını ilişkilendirir. Bir Newton tipi sıvı viskozitesi sadece bir sayı olduğu bir dengedir. Newton yasalarına uygun olmayan sıvı viskozitesi kesme stresi ya da zaman gibi bazı mekanik değişkenin bir fonksiyonu olan bir sistemdir. Ayrıca zamanla değişen Newton olmayan sıvıların bir hafızası olduğu söylenir. Bazı jeller ve macunlarla çalışıldığında veya çalkalandığında bir sıvı gibi davranır ve daha sonra dinlenme halindeyken neredeyse katı bir duruma yerleşir. Bu tür malzemeler, kesme ile inceltme sıvılarının örnekleridir. Örneğin ev boyası, kesme ile inceltici bir sıvıdır ve bu da iyi bir şeydir. Fırçalama, yuvarlama veya püskürtme, geçici olarak kesme gerilimi uygulama yöntemleridir. Bu boyanın viskozitesini, artık aplikatörden dışarı ve duvara veya tavana akabileceği noktaya kadar azaltır.

Bu kayma gerilimi ortadan kaldırıldığında, boya, uygun şekilde ince bir tabakanın sıvıdan çok katı gibi davranacağı ve boya akmayacağı veya damlamayacağı kadar büyük olan durgun viskozitesine geri döner. Karşılaştırma için su veya bal ile boyamanın nasıl olacağını düşünün. İlki her zaman çok cıvıktır ve ikincisi her zaman çok yapışkandır. Diş macunu, stres altında viskozitesi azalan bir başka malzeme örneğidir. Diş macunu tüpün içinde dururken katı gibi davranır, ancak kapak çıkarıldığında kendiliğinden akmaz ve sıkıldığında akar. Artık katı gibi davranmayı bırakır ve koyu bir sıvı gibi davranmaya başlar. Diş fırçası düştüğünde, stres serbest kalır ve diş macunu neredeyse katı bir duruma geri döner. Ağza kaldırırken fırçadan akması konusunda endişelenmeye gerek yoktur. Kayma ile inceltme sıvıları üç genel gruptan birinde sınıflandırılabilir ve bu sınıflandırma aşağıdaki gibidir:

• Psödoplastik kayma gerilmesi altında viskozitesi azalan ancak zamanla sabit kalan bir malzeme,
• Tiksotropik kayma gerilmesi altında viskozitesi azalan ve daha sonra zamanla azalmaya devam eden malzeme,

• Bingham plastiği, yüksek viskoziteden (neredeyse yarı katı) düşük viskoziteye (esas olarak sıvı) geçiş, ancak kesme gerilimi bir minimum değeri aştıktan sonra gerçekleşen malzeme,

İşlendiğinde veya çalkalandığında kalınlaşan malzemelere kesme kalınlaştırıcı akışkanlar denir. Fen derslerinde sıklıkla gösterilen bir örnek, doğru oranlarda karıştırılmış mısır nişastası ve sudan yapılan bir hamurdur. Ortaya çıkan tuhaf yapışkan madde, yavaş sıkıldığında sıvı, hızlı sıkıldığında ise esnek bir katı gibi davranır.

Kayma kalınlaştırıcı akışkanlar da iki gruba ayrılır: zamana bağlı viskoziteye sahip olanlar (bellek malzemeleri) ve zamandan bağımsız viskoziteye sahip olanlar (bellek olmayan malzemeler). Viskozitedeki artış zamanla artarsa, malzemenin reopektik olduğu söylenebilir. Artış, kesme gerilimi ile kabaca doğru orantılıysa ve zamanla değişmiyorsa, malzemenin dilatan olduğudur.