Единицы измерения вязкости: Единица измерения вязкости, теория и онлайн калькуляторы

Единица измерения вязкости жидкости — Лада мастер

Масла, тормозные жидкости, трансмиссионные жидкости, составы для гидравлических систем, топливо — все эти эксплуатационные материалы имеют основные и косвенные свойства и характеристики. Если для одних жидкостей важны степень воспламенения и испаряемость, то для других важнее текучесть и вязкость. Именно о вязкости мы и поговорим сегодня.

Содержание:

1. Вязкость и от чего она зависит
2. Кинематическая и динамическая вязкость, их определение
3. Вязкость автомобильных жидкостей
4. Вязкость гидравлических и индустриальных жидкостей

Вязкость и от чего она зависит

Если говорить о вязкости жидкостей в принципе, то её измерение диктуется целым рядом факторов. К примеру, вязкость крови измеряют для одних целей, а вязкость ракетного топлива совсем для других. Именно по этому единица измерения вязкости жидкости может выражаться несколькими величинами и вычисляться по нескольким алгоритмам. Для тех жидкостей, которым этот параметр не принципиально важен, к примеру, вода.

Каждое вещество состоит из молекул, которые могут в определённых пределах сдвигаться друг относительно друга. Способность жидкости сопротивляться сдвигу частиц, из которых она состоит, называют вязкостью. Вязкость может зависеть от массы параметров, как внешних условий, так и внутренних свойств молекулярных связей в том или ином веществе. К примеру, вязкость любой жидкости в той или иной степени зависит от температуры, в то же время, на показатель вязкости влияет химический состав. Взаимодействие этих факторов и формирует коэффициент вязкости вещества.

Кинематическая и динамическая вязкость, их определение

Вязкость любой жидкости характеризуют динамический и кинематический коэффициенты. В лабораторной системе измерений единицей измерения кинематического коэффициента вязкости считают сантистокс. Показатель вычисляют в диапазоне температур от 40 до 120 градусов. Этот параметр определяется с помощью капиллярного вискозиметра путём замера количества вытекающей жидкости через калиброванное отверстие при определённой температуре за определённый промежуток времени.

Абсолютная, или динамическая вязкость, определяется без учёта плотности вещества. Этот коэффициент выражает сопротивление, возникающее при перемещении жидкостей на определённой скорости, которые находятся на расстоянии 1 см друг от друга. Для измерения динамической вязкости применяют ротационный вискозиметр. В лабораторных условиях и тот и другой коэффициент могут иметь множество размерностей, в зависимости от сферы применения жидкости:

• динамическая вязкость может выражаться в паскаль/секундах, пуазах, сантипуазах;

• кинематическая вязкость выражается в градусах Энглера, секундах Сейболта, стоксах, сантистоксах, квадратных сантиметрах в секунду.

Вязкость автомобильных жидкостей

Как видим, классификаций вязкости жидкостей достаточно много и чтобы не путаться в этих параметрах каждая сфера деятельности выбирает себе наиболее удобную систему измерения, исходя из особенностей использования жидкости. Так в автомобилестроении принят определённый стандарт по вязкости масла тоже. Этот стандарт называется SAE и его сертифицировали по американскому стандарту J300 АРR97. Каждая из автомобильных жидкостей имеет свои параметры — для масла важна вязкость и текучесть, для трансмиссионного масла — то же самое плюс наличие присадок, для тормозной жидкости плотность.

Что касается масел, то Ассоциация автомобильных инженеров делит их по способности течь и образовывать смазывающую плёнку на поверхности трущихся деталей в условиях разных температур. По этому принципу и делятся масла на зимние, летние и всесезонные. Трансмиссионные масла соответствуют по вязкости стандарту J306 и как и моторные, обозначаются по сезонности — зимние (70W), летние (90) или всесезонные (75W-85).

Вязкость гидравлических и индустриальных жидкостей

Если с маслами разобраться достаточно просто, главное знать какой индекс вязкости рекомендует производитель автомобиля для конкретного двигателя при определённой температуре, то с другими эксплуатационными материалами все сложнее. К примеру, жидкость для гидравлического усилителя руля также имеет свою вязкость, которая также изменяется в зависимости от температуры среды. Такие жидкости не только передают механическое усилие (как тормозная жидкость или масло для АКПП), но и должны смазывать механизмы и сопрягаемые детали.

По этому признаку их делят на классы. Каждому классу соответствует жидкость с определённой вязкостью и эти справочные данные мы привели в таблице ниже.

Знать о тонкостях измерения вязкостей жидкостей простому автолюбителю вовсе необязательно, если он не сотрудник лаборатории по испытанию масел, однако учитывать рекомендации производителя каждого из узлов необходимо. Пользуйтесь жидкостями с правильной вязкостью и удачных всем дорог!

Что такое вязкость? Единицы измерения вязкости

Вязкость характеризует способность газов или жидкостей создавать сопротивление между движущимися по отношению друг к другу слоями текучих (не твердых) тел. То есть эта величина соответствует силе внутреннего трения (английский термин: viscosity), возникающей при движении газа или жидкости. Для разных тел она будет различной, так как зависит от их природы. Например, вода имеет низкую вязкость по сравнению с медом, вязкость которого намного выше. Внутреннее трение или текучесть твердых (сыпучих) веществ характеризуется реологическими характеристиками.

Слово вязкость происходит от латинского слова Viscum, что в переводе означает омела. Это связано с птичьим клеем, который делали из ягод омелы и использовали для ловли птиц. Клеящим веществом намазывали ветки деревьев, а птицы, садясь на них, становились легкой добычей для человека.

Что же такое вязкость? Единицы измерения данной характеристики будут приведены, как это принято, в системе СИ, а также в других внесистемных единицах.

Исак Ньютон в 1687 году установил основной закон течения жидких и газообразных тел: F = ƞ • {(v2 – v1) / (z2 – z1)} • S. В данном случае F — это сила (тангенциальная), которая вызывает сдвиг слоев подвижного тела. Отношение (v2 – v1) / (z2 – z1) показывает быстроту изменения скорости течения жидкости или газа при переходе от одного подвижного слоя к другому. Иначе называется градиентом скорости течения или скоростью сдвига. Величина S — это площадь (в поперечном сечении ) потока подвижного тела. Коэффициент пропорциональности ƞ и есть коэффициент вязкости динамической данного тела. Величина, ей обратная j = 1 / ƞ, является текучестью. Силу, действующую на единицу площади (в поперечном сечении) потока, можно рассчитать по формуле: µ = F / S. Это и есть абсолютная или динамическая вязкость. Единицы измерения ее в системе СИ выражаются как паскаль на секунду.

Вязкость является важнейшей физико-химической характеристикой многих веществ. Значение ее учитывают при проектировании и эксплуатации трубопроводов и аппаратов, в которых происходит движение (например, если они служат для перекачивания) жидкой или газообразной среды. Это могут быть нефть, газ или продукты их переработки, расплавленные шлаки либо стекло и прочее. Вязкость во многих случаях является качественной характеристикой полупродуктов и готовых продуктов различных производств, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояния материала и изменения, происходящие в технологии. Часто для оценки величины сопротивления деформации или истечения используют не динамическую, а кинематическую вязкость, единицы измерения которой в системе СИ выражаются в квадратных метрах за секунду. Кинематическая вязкость (обозначается ν) есть отношение вязкости динамической (µ) к плотности среды (ρ): v = µ / ρ.

Кинематическая вязкость — это физико-химическая характеристика материала, показывающая его способность под действием сил гравитации сопротивляться течению.

В системе СИ единицы измерения кинематической вязкости записывают как м²/с.

В системе СГС вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

Между этими единицами измерения существует следующая связь: 1 Ст = 10^-4 м²/с, тогда 1 сСт = 10^-2 Ст = 10^-6 м²/с = 1 мм²/с. Часто для кинематической вязкости пользуются другой внесистемной единицей измерения — это градусы Энглера, перевод которых в Стоксы можно осуществлять по эмпирической формуле: v = 0,073oE – 0,063 / oE или по таблице.

Для пересчета системных единиц измерения динамической вязкости во внесистемные можно использовать равенство: 1 Па • с = 10 пуаз. Краткое обозначение записывается: П.

Обычно единицы измерения вязкости жидкости регламентируются нормативной документацией на готовый (товарный) продукт или технологическим регламентом на полупродукт вместе с допустимым диапазоном изменения этой качественной характеристики, а также с погрешностью ее измерения.

Для определения вязкости в лабораторных или производственных условиях пользуются вискозиметрами различной конструкции. Они могут быть ротационные, с шариком, капиллярные, ультразвуковые. Принцип измерения вязкости в стеклянном капиллярном вискозиметре основан на определении времени истечения жидкости через калиброванный капилляр определенного диаметра и длины, при этом должна быть учтена постоянная вискозиметра. Так как вязкость материала зависит от температуры (с повышением ее она будет уменьшаться, что объясняется молекулярно-кинетической теорией как результат ускорения хаотического движения и взаимодействия молекул), поэтому испытуемая проба должна быть выдержана некоторое время при определенной температуре для усреднения последней по всему объему пробы. Существует несколько стандартизованных методов испытания вязкости, но наиболее распространенный — это межгосударственный стандарт ГОСТ 33-2000, на основании которого определяется кинематическая вязкость, единицы измерения в данном случае мм²/с (сСт), а динамическая вязкость пересчитывается, как произведение вязкости кинематической на плотность.

Вязкость: определение, единица измерения и формула

Категория жидкостей включает множество различных веществ, которые можно отличить друг от друга различными способами, включая химический состав, полярность, плотность и так далее. Еще одним свойством жидкостей является величина, известная как вязкость ​.

Что такое вязкость?

Предположим, у вас есть чашка воды и чашка сиропа. Когда вы наливаете жидкости из этих чашек, вы замечаете отчетливую разницу в том, как течет каждая жидкость. Вода выливается быстро и легко, а сироп выливается медленнее. Это различие связано с разницей в их вязкости.

Вязкость — это мера сопротивления жидкости течению. Его также можно рассматривать как меру толщины жидкости или ее сопротивления объектам, проходящим через нее. Чем больше сопротивление течению, тем выше вязкость, поэтому в предыдущем примере сироп имеет более высокую вязкость, чем вода.

Что вызывает вязкость?

Вязкость вызвана внутренним трением между молекулами жидкости. Представьте текущую жидкость как состоящую из слоев, движущихся относительно друг друга. Эти слои трутся друг о друга, и чем больше трение, тем медленнее поток (или тем больше силы требуется для достижения потока).

Многие факторы могут влиять на вязкость вещества; среди них температура. Напомним, что температура является мерой средней кинетической энергии, приходящейся на одну молекулу вещества. Более высокая средняя кинетическая энергия на молекулу приводит к более быстрому движению молекул и, следовательно, к более низкой вязкости жидкостей. Например, если вы разогреете сироп в микроволновой печи, вы заметите, что он легче течет.

Однако для газов более высокая температура фактически заставляет их «загустевать», и их вязкость увеличивается с температурой. Это связано с тем, что молекулы газов при низких температурах редко сталкиваются или взаимодействуют друг с другом, тогда как при более высоких температурах столкновений гораздо больше. В результате сопротивление газов течению увеличивается.

Форма молекул жидкости также может влиять на вязкость. Более круглые молекулы могут катиться друг мимо друга легче, чем молекулы с разветвлениями и менее однородной формой. (Представьте, что вы высыпаете ведро с шариками, а не высыпаете кучу домкратов.)

Напряжение сдвига и скорость сдвига

Два фактора, которые относятся к математической формулировке вязкости, — это напряжение сдвига и скорость сдвига. Чтобы понять формальное определение вязкости, сначала важно понять определения этих величин.

Рассмотрим метод аппроксимации потока жидкости, когда слои жидкости обтекают друг друга. Если мы представим себе текущую жидкость таким образом, напряжение сдвига — это сила, толкающая один слой через другой, деленная на площадь слоев. Более формально это можно сформулировать как отношение приложенной силы F к площади поперечного сечения A материала, параллельной приложенной силе.

Напряжение сдвига часто обозначается греческой буквой тау ​ τ ​, и, следовательно, соответствующее математическое выражение:

\tau = \frac{F}{A}

Скорость сдвига — это, по сути, скорость, с которой слои жидкости движутся друг относительно друга. Более формально это определяется следующим образом:

\dot{\gamma}=\frac{\Delta v}{x}

Где Δ​ v ​ — разница в скорости между двумя слоями, а ​ x это разделение слоев.

Обозначение γ с точкой связано с тем, что γ является сдвигом, а первая производная (скорость изменения) переменной часто обозначается точкой над соответствующей переменной. Используя вычисления, скорость непрерывного сдвига будет равна dv/dx и также называется градиентом скорости.

Типы вязкости

Вязкость бывает нескольких различных типов. Существует динамическая вязкость, также называемая абсолютной вязкостью, которая обычно является вязкостью, на которую ссылаются, когда просто говорят «вязкость». Но есть еще кинематическая вязкость, которая имеет немного другую математическую формулировку.

Динамическая или абсолютная вязкость представляет собой отношение напряжения сдвига к скорости сдвига, как показано в следующем уравнении:

\eta = \frac{\tau}{\dot{\gamma}}

Общая формулировка этой зависимости называется уравнением Ньютона и записывается следующим образом:

\frac{F}{A} = \eta \frac{\Delta v}{x}

Кинематическая вязкость определяется как абсолютная вязкость, деленная на массовую плотность:

\nu = \frac{\eta}{\rho}

Рассмотрим две жидкости, которые могут иметь одинаковую динамическая вязкость, но разные массовые плотности. Эти две жидкости будут выливаться из сосуда с разной скоростью под действием силы тяжести, потому что на равное количество каждой из них будут действовать разные гравитационные силы (пропорциональные их массам). Кинематическая вязкость учитывает это путем деления на массовую плотность, и, следовательно, ее можно рассматривать как меру сопротивления потоку только под действием силы тяжести.

Единицы измерения вязкости

В единицах СИ, поскольку напряжение сдвига выражено в Н/м ² , а скорость сдвига выражена в (м/с)/м = 1/с, то динамическая вязкость имеет единицы Нс/м ² = Па·с (паскаль-секунда). Однако наиболее распространенной единицей вязкости является дина-секунда на квадратный сантиметр (дина с/см ² ), где 1 дина = 10 ^-5 Н. Одна дина-секунда на квадратный сантиметр называется пуаз . в честь французского физиолога Жана Пуазейля. Один паскаль-секунда равен 10 пуазам.

Единицей кинематической вязкости в СИ является просто м ² /с, хотя более распространенной единицей в системе СГС является квадратный сантиметр в секунду, который называется стоком (Ст) в честь ирландского физика Джорджа Стоукса.

Типовые значения вязкости

Большинство жидкостей имеют вязкость от 1 до 1000 мПа·с, в то время как газы имеют низкую вязкость, обычно от 1 до 10 мкПа·с. Вязкость воды составляет около 1,0020 мПа·с, тогда как вязкость крови составляет от 3 до 4 мПа·с (придавая новый смысл высказыванию о том, что кровь гуще воды!)

Кулинарные масла имеют вязкость от 25 до 100 мПа·с, в то время как моторное масло и машинные масла имеют вязкость порядка нескольких сотен мПа·с.

Воздух, которым вы дышите, имеет вязкость около 18 мкПа·с.

Расплавленное стекло — одна из самых вязких жидкостей, вязкость которой приближается к бесконечности по мере затвердевания. В точке плавления вязкость стекла составляет около 10 Па·с, а в рабочей точке увеличивается в 100 раз, а в рабочей — более чем в 109 раз. 0091 11 в точке отжига.

Ньютоновские жидкости

Ньютоновская жидкость — это жидкость, в которой напряжение сдвига линейно связано со скоростью сдвига. В такой жидкости вязкость этой жидкости является постоянной величиной. (В неньютоновской жидкости вязкость оказывается динамической функцией другой переменной, например времени.)

Неудивительно, что с ньютоновскими жидкостями легче работать и моделировать. Удобно, что многие обычные жидкости являются ньютоновскими в хорошем приближении. Некоторое поведение, которое могут проявлять неньютоновские жидкости, включает жидкости, в которых вязкость изменяется в зависимости от скорости сдвига, и жидкости, которые становятся менее или более вязкими при встряхивании, взбалтывании или возмущении.

Вода и воздух являются примерами ньютоновских жидкостей. Примерами неньютоновских жидкостей являются не капающая краска, некоторые растворы полимеров и даже кровь. Одной из любимых неньютоновских жидкостей в начальной школе является ублек — смесь кукурузного крахмала и воды, которая становится почти твердой, если с ней быстро работать, а затем тает, если ее оставить в покое.

• ​ Как приготовить ублек: ​ Смешайте 2 части кукурузного крахмала с 1 частью воды. При желании добавьте небольшое количество пищевого красителя. Попробуйте выдавить раствор или сформировать шар, а затем дать ему растаять в ваших руках!

Как измерить вязкость

Вязкость можно измерить несколькими способами. К ним относятся использование таких инструментов, как вискозиметр, или любое количество самостоятельных экспериментов.

Вискозиметры лучше всего использовать для ньютоновских жидкостей и, как правило, работают одним из двух способов. Либо небольшой объект движется через неподвижную жидкость, либо жидкость течет мимо неподвижного объекта. Измеряя соответствующее сопротивление, можно определить вязкость. Капиллярные вискозиметры определяют время, необходимое для протекания определенного объема жидкости через капиллярную трубку определенной длины. Вискозиметры с падающим шариком измеряют время, за которое шарик проходит через образец под действием силы тяжести.

Для измерения вязкости неньютоновских жидкостей часто используют реометр. Реология — это название раздела физики, изучающего течение жидкостей и мягких твердых тел и наблюдающего за их деформацией. Реометр позволяет определять больше переменных при измерении вязкости, поскольку неньютоновские жидкости не имеют постоянных значений вязкости. Двумя основными типами реометров являются реометры сдвига ​ (которые контролируют приложенное напряжение сдвига) и ​ реометры растяжения ​ (которые работают на основе приложенного внешнего напряжения сдвига).

Измерение вязкости своими руками

Ниже описано, как можно измерить вязкость жидкости в домашних условиях, используя несколько простых материалов. Однако для того, чтобы применить этот метод, вам сначала понадобится закон Стокса. Закон Стокса связывает силу сопротивления F небольшой сферы, движущейся через вязкую жидкость, с вязкостью, радиусом сферы r и конечной скоростью сферы v , через:

F = 6\pi \eta r v

Теперь, когда у вас есть этот закон, вы можете создать свой собственный вискозиметр с падающим шариком.

Вещи, которые вам понадобятся

• Линейка
• Секундомер
• Большой градуированный цилиндр
• Небольшой мраморный или стальной шарик
• Жидкость, вязкость которой вы хотите измерить

9 Рассчитайте плотность жидкости взвешивание известного объема жидкости и деление его массы на объем.

Рассчитайте плотность мяча, сначала измерив его диаметр и используя формулу V = 4/3πr ³ для расчета его объема. Затем взвесьте мяч и разделите массу на объем.

Измерьте конечную скорость шарика, когда он падает через жидкость в градуированном цилиндре. В густой жидкости шарик довольно быстро достигает постоянной скорости. Определите, сколько времени потребуется мячу, чтобы пройти между двумя отмеченными точками на градуированном цилиндре, а затем разделите это расстояние на время, чтобы определить скорость.

Вязкость жидкости можно найти с помощью закона Стокса и решения для вязкости:

\eta = \frac{F}{6\pi rv}

Где F в данном случае — сила сопротивления. 3(\rho_b-\rho_f) 92g(\rho_b-\rho_f)}{9v}

Просто подставьте измеренные значения радиуса шара, плотности шара и жидкости и конечной скорости, чтобы вычислить окончательный результат.

О вязкости — Разница в вязкости своими глазами

Что такое вязкость?

Вязкость относится к «липкости» жидкости.
Его выражение варьируется в зависимости от материала и области применения. В качестве знакомых примеров вязкость используется для описания «густоты» воды, меда и других пищевых ингредиентов; «сливочность» крема для рук; «гладкость» чернил; и т. д.
Обычно считается свойством текучей среды, такой как жидкость, но может использоваться и для твердых тел.

Единицы измерения вязкости

Единицей измерения вязкости являются Па·с (паскаль-секунда) или мПа·с (миллипаскаль-секунда). По мере увеличения значения вязкости сила, обусловленная вязкостью, также увеличивается. Кроме того, общепринятой единицей измерения является сП (сантипуаз).

Вязкость материалов

Вязкости материалов, которые обычно встречаются в нашей повседневной жизни, показаны на следующем графике:

* На графике показаны приблизительные значения при определенных условиях. Обратите внимание, что вязкость может изменяться в зависимости от температуры, количества, компонентов и т. д.

Почувствуйте вязкость с помощью силикона

В этом эксперименте готовят силиконы, имеющие разную вязкость, и сравнивают вязкостные характеристики материалов, вызывая поток или ручное смешивание. Вязкость полученных силиконов составляет 1,5 мПа·с, 100 мПа·с, 1000 мПа·с, 10 000 мПа·с, 100 000 мПа·с и 1 000 000 мПа·с.

1. Поток силикона

Фиксированное количество силикона помещается в контейнер, рычаг контейнера наклоняется и наблюдается, как течет силикон. Когда вязкость составляет 10 000 мПа·с или выше, скорость потока уменьшается. Силикону с давлением 1 000 000 мПа·с требуется почти две минуты, чтобы начать течь.

2. Перемешивание силикона вручную

Перенесите силикон с вязкостью 1 000 000 мПа·с в контейнер и перемешайте вручную.
Для силикона с вязкостью 1 000 000 мПа·с для ручного перемешивания требуется значительное усилие. Кроме того, воздух задерживается в материале при перемешивании, образуя пузырьки.

3. Попробуем убрать пузыри

3-1. Сколько времени требуется, чтобы удалить пузыри, если оставить стоять?
Поместите перемешанный вручную силикон с вязкостью 1 000 000 мПа·с в химический стакан и дайте ему постоять, пока не исчезнут все пузырьки. Результат показывает, что для исчезновения пузырьков требуется два дня, то есть пузырьки не видны невооруженным глазом. Полное удаление пузырьков из вязких материалов является чрезвычайно трудоемкой задачей.

3-2. Попробуйте смешивать с помощью Thinky Mixer ARV-310
. Подходящей машиной является Thinky Mixer ARV-310 вакуумного типа. Установить емкость с силиконом вязкостью 1 000 000 мПа·с в АРВ-310. Когда начинается вращение, пузырьки непрерывно поднимаются к поверхности за счет вакуумной декомпрессии. Благодаря центробежной силе вращения не происходит утечки силикона. Как удаляются пузырьки со временем, можно наблюдать непосредственно.