Kako se ugotovi viskoznost tekočin?

V mnogih znanstvenih in industrijskih situacijah je treba poznati viskoznost tekočin. Viskoznost je merilo odpornosti tekočine proti toku. Tekočine z visoko viskoznostjo imajo večjo odpornost proti pretoku in se zaradi fizičnega stresa ne deformirajo zlahka, medtem ko so tekočine z nizko viskoznostjo “tanke” in zlahka tečejo. Viskoznost tekočin je mogoče ugotoviti z uporabo instrumenta, znanega kot viskozimeter, ki ga obstaja veliko različnih vrst. V primerih, ko so sprejemljive manj natančne meritve, se lahko viskoznost meri tudi z uporabo preprostih naprav, ki temeljijo na gravitaciji.

Ena najpogostejših vrst viskozimetrov je viskozimeter padajoče krogle. Ta nastavitev meri viskoznost tekočin s časovno določitvijo, koliko časa potrebuje majhna krogla znane gostote in velikosti, da pade na določeno razdaljo skozi tekočino. Krogla se postavi v navpično cev, napolnjeno s tekočino, in pusti, da doseže svojo končno hitrost, ko pade. Pri končni hitrosti je sila upora, ki vleče kroglo navzgor, enaka sili gravitacije, ki jo vleče navzdol, in krogla se preneha pospeševati, pri čemer ohranja konstantno hitrost, ko pade. Ko so znane končna hitrost, gostota tekočine in krogle ter velikost krogle, lahko za izračun viskoznosti tekočine uporabimo formulo, Stokesov zakon.

Drug dokaj preprost viskozimeter, ki se uporablja v laboratorijskih nastavitvah, je Ostwaldov viskozimeter, znan tudi kot stekleni kapilarni viskozimeter ali U-cevni viskozimeter. Ta naprava iz steklene cevi v obliki črke U je sestavljena iz dveh žarnic, ena na spodnjem delu levega kraka U in druga na visokem delu desne. Držimo ga navpično, ko se tekočina potegne navzgor v zgornjo žarnico in nato pusti, da steče nazaj v spodnjo žarnico, mimo dveh oznak na cevi. Viskoznost tekočin je mogoče sklepati s faktorjem premera steklene cevi, časa, ki je potreben, da tekočina teče čez obe oznaki, in gostote te tekočine.

Laboratoriji, ki zahtevajo natančne meritve, lahko uporabljajo bolj dovršene viskozimetre, ki vključujejo elektroniko in merijo viskoznost z nihajočim batom ali vibrirajočim resonatorjem, potopljenim v tekočino. V drugih okoljih, kot je industrija barv, je mogoče uporabiti enostavnejša fizikalna načela za sklepanje približne viskoznosti tekočin. Te meritve se pogosto zanašajo na ukrep, znan kot kinematična viskoznost – odpornost tekočine proti pretoku ob prisotnosti gravitacije.

Zahnova skodelica in Fordova skodelica za viskoznost sta primera naprav, ki temeljijo na gravitaciji, ki se uporabljajo za merjenje kinematične viskoznosti. V teh napravah tekočina – barva v primeru skodelice Zahn ali motorno olje za skodelico Ford – odteka skozi majhno luknjo na dnu skodelice, ko jo držimo navzgor. Tekočina izteka v gladkem toku do določene točke, kjer se razbije na kapljice. Odvisno od viskoznosti tekočine se bo zlom pojavil ob različnih časih. Mero kinematične viskoznosti lahko poiščete tako, da ta čas v sekundah pomnožite s številko specifikacije skodelice, ki je kalibrirana za ustrezno tekočino.