Viskozite

küçükresim|sağ|upright=1.27
Viskozite, akmazlık veya ağdalık, akışkanlığa karşı direnç. Viskozite, bir akışkanın, yüzey gerilimi altında deforme olmaya karşı gösterdiği direncin ölçüsüdür. Akışkanın akmaya karşı gösterdiği iç direnç olarak da tanımlanabilir. Viskozitesi yüksek olan sıvılar ağdalı olarak tanımlanırlar.

Süper akışkanlar hariç tüm gerçek akışkanlar yüzey gerilimine karşı direnç gösterirler. Öte yandan, yüzey gerilimine hiç direnç göstermeyen bir akışkan "ideal akışkan" olarak adlandırılır.

 Newton kuramı 
Genellikle herhangi bir akış esnasında akışkanın tabakaları farklı hızlarda hareket ederler ve akışkanın akmazlığı, uygulanan kuvvete karşı direnç gösteren tabakalar arasındaki yüzey gerilimlerinden dolayı ortaya çıkar.

Isaac Newton'un öne sürdüğü üzere, laminer ve paralel bir akışta, tabakalar arasındaki yüzey gerilimi (τ) bu tabakalara dik yöndeki hız gradyeni (∂u/∂y) ile orantılıdır.

Buradaki μ sabiti, akmazlık değişmezi, akmazlık veya durağan akmazlık olarak bilinir. Su ve gazların çoğu Newton yasasına uyarlar ve Newtonyen akışkanlar olarak adlandırılırlar. Newtonyen olmayan akışkanlarda ise, yüzey gerilimi ile hız gradyeni arasındaki basit lineer (doğrusal) ilişki çok daha karmaşık bir hal alır.

Pek çok durumda akmazlık kuvvetlerin eylemsizlik kuvvetlerine olan oranı ile ilgilenilir. Atalet kuvvetlerinin akışkanın yoğunluğu (ρ) ile karakterize edildiği bilindiğinden bu oran kinematik akmazlık olarak adlandırılır ve gösterimi:

şeklindedir.

Viskozite genellikle farklı viskozimetrelerle ve 25 °C'de ölçülür. Bazı akışkanların viskozitesi, geniş bir yüzey gerilimi aralığında sabittir. Viskozitesi sabit olmayan akışkanlar Newtonyen olmayan akışkanlar olarak adlandırılır.

 Birimler 
 Dinamik akmazlık:  
Dinamik akmazlığın SI birimi (Yunan sembol: ) pascal-saniye (Pa·s) olup 1 kg·m−1·s−1 ye eşdeğerdir.

Dinamik akmazlığın cgs birimi, Jean Louis Marie Poiseuille adına ithafen poise (P) dır. Genellikle yüzde birlik miktarı olan centipoise (cP) kullanılır. Örneğin suyun akmazlığı 20 °C'de 1.0020 cP dir.

 1 poise = 100 centipoise = 1 g·cm−1·s−1 = 0.1 Pa·s. (Tanımı için bakınız.)
 1 centipoise = 0.001 Pa·s.

Kinematik akmazlık: 
Kinematik akmazlığın (Yunan sembol: ) SI birimi (m2·s−1) dir. Kinematik akmazlığın cgs birimi George Gabriel Stokes'un adına ithafen stokes olup S veya St şeklinde kısaltılır. Bazen centistokes (cS veya cSt) şeklinde de kullanılabilir.

 1 stokes = 100 centistokes = 1 cm2·s−1 = 0.0001 m2·s−1.

Kinematik ve dinamik akmazlık arasındaki dönüşüm ise  şeklinde verilir ve eğer  = 1 St ise 
μ = ν ρ = 0.1 kg·m−1s−1·(ρ/(g/cm3)) = 0.1 poise·(ρ/(g/cm3)). 

 Gazlar 
Gazların viskozitesi, akış tabakaları arasında momentum taşınımını sağlayan moleküler difüzyondan kaynaklanır. Gazların kinetik teorisi, gazların viskozitesinin (teorinin uygulandığı rejim içinde geçerli olmak üzere) doğru olarak tahminine yardımcı olur:

 Viskozite düşük ve orta basınç değerlerinde basınçtan etkilenmez fakat yüksek basınç altında yoğunluğu arttığı için basınçla birlikte viskozitesi artar
 Viskozite, sıcaklık arttıkça azalır.

 Sıvılar 
Sıvılarda, moleküller arasındaki ilave kuvvetler önemli hale gelir. Bu durumda yüzey gerilimine ilaveler olacaktır ki olgu bugün dahi tartışmalıdır. Dolayısıyla, sıvılarda:

 Viskozite basınçtan bağımsızdır (çok yüksek basınçlar hariç) ve
 Viskozite, sıcaklık arttıkça azalır (örneğin, sıcaklık 0 °C den 100 °C çıktığında, suyun viskozitesi 1.79 cP den 0.28 cP ye düşer).

Sıvıların dinamik viskozitesi, gazların dinamik viskozitesinden on kat daha büyüktür.

 Havanın akmazlığı 
Havanın viskozitesi sıcaklığa bağımlı olup 15.0 °C'de 1.78 × 10−5 kg/m.s dir.

 Suyun akmazlığı 
Suyun viskozitesi 8.90 × 10−4 Pa•s veya 8.90 × 10−3 dyne-sec/cm2 dir (25 °C'de).

 Değişik türdeki malzemelerin akmazlığı 
küçükresim|sağ|upright=0.91|Su ve sütün viskozitesine ilişkin bir örnek. Daha yüksek viskoziteye sahip sıvılar bu tür sıçrama göstermezler.

Dinamik viskozitenin sıcaklıkla değişimini hesaplamak amacıyla Sutherland formülü (Crane, 1988) kullanılabilir:

burada:
  = T sıcaklığındaki viskozite değeri (Pa/s)
  = referans sıcaklığı To da referans viskozite değeri (Pa/s)
  = Kelvin cinsinden sıcaklık
  = Kelvin cinsinden referans sıcaklığı
  = Sutherland sabiti'dir.

0 < T < 555K arasındaki sıcaklıklar için geçerlidir.

Bazı gazlar için Sutherland sabiti ve referans sıcaklığı değerleri:
 Gaz    - K Pa/s hava 120 291.15 0.00001827 azot 111 300.55 0.00001781 oksijen 127 292.25 0.00002018 karbondioksit 240 293.15 0.0000148 karbonmonoksit 118 288.15 0.0000172 hidrojen 72 293.85 0.00000876 amonyak 370 293.15 0.00000982 kükürtdioksit 416 293.65 0.00001254

Bazı Newtonyen akışkanların dinamik viskozite değerleri aşağıda verilmektedir.

Gazlar (0 °C'de):
viskozite (Pa·s)hidrojen8.4 × 10−6hava17.4 × 10−6ksenon21.2 × 10−6

Sıvılar (25 °C'de):

viskozite (Pa·s)etanola 1.074 × 10−3asetona 0.306 × 10−3metanola 0.544 × 10−3propanola 1.945 × 10−3benzena 0.604 × 10−3nitrobenzena 1.863 × 10−3cıvaa 1.526 × 10−3sülfürik asita 24.2 × 10−3gliserola 934 × 10−3zeytinyağı81 × 10−3cam1040 

a Kaynak: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 73. basım, 1992-1993.

Daha detaylı bir tabloya buradan ulaşılabilir.

 Akışkanlık 
Viskozitenin tersi akışkanlık tır ve genellikle φ (= 1/μ) veya F (= 1/η) ile gösterilir. Birimi poise'ın tersi olup (cm·s·g−1), rhe olarak okunur. Mühendislik uygulamalarında nadiren kullanılır.

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 
 Gas Dynamics Toolbox (İng.) VHS modelini kullanarak gaz karışımlarının viskozitesini hesaplamak
 Viskozite sayfası (İng.) Viskozitelerine göre sıralanmış maddeler içeren bir tablo 
 Dinamik Viskozite Birimleri Çevirici Dinamik Viskozite birimlerinin çevirilerini gerçekleştirebileceğiniz bir kaynak
 RheoTec Kinematik, Dinamik Viskozite


Kategori:Subilim