粘度の定義と例

定義上、粘度 流動または変形に対する流体の抵抗です。ハチミツのように粘度の高い液体は、水などの粘度の低い液体よりもゆっくりと流れます。 「粘性」という言葉は、ヤドリギを表すラテン語 viscum に由来します。 .ヤドリギの果実は、ビスカムとも呼ばれる粘性のある接着剤を生成します。粘度の一般的な記号には、ギリシャ文字のミュー (μ) とギリシャ文字の eta (η) があります。粘度の逆数は流動性です .

• 粘度は流体の流れに対する抵抗です。
• 液体の粘度は、温度が上昇すると低下します。
• 温度が上がるとガスの粘度が上がります。

粘度単位

粘度の SI 単位は、1 平方メートルあたりのニュートン秒 (N・s/m) です。ただし、多くの場合、粘度はパスカル秒 (Pa・s)、キログラム/メートル/秒 (kg・m・s)、ポイズ (P または g・cm・s =0.1 Pa・s)、またはセンチポアズ (cP)。これにより、20 °C での水の粘度は約 1 cP または 1 mPa·s になります。

アメリカとイギリスの工学では、もう 1 つの一般的な単位は平方フィートあたりのポンド秒 (lb·s/ft) です。別の同等の単位は、ポンド フォース 秒/平方フィート (lbf·s/ft) です。

粘度の仕組み

粘度は、流体分子間の摩擦です。固体間の摩擦と同様に、粘度が高いということは、流体の流れを作るのにより多くのエネルギーが必要であることを意味します。

容器から液体を注ぐと、容器の壁と分子の間に摩擦が生じます。基本的に、これらの分子は多かれ少なかれ表面にくっつきます。一方、表面から離れた分子はより自由に流れます。それらは、相互の相互作用によってのみ抑制されます。粘度は、表面から特定の距離にある分子と液面界面にある分子との間の流動速度または変形の差に注目します。

複数の要因が粘度に影響します。これらには、温度、圧力、および他の分子の追加が含まれます。液体に対する圧力の影響は小さく、しばしば無視されます。分子を追加することの効果は重要です。たとえば、水に砂糖を加えると、水ははるかに粘性になります。

しかし、温度は粘度に最も大きな影響を与えます。液体では、温度が上昇すると粘度が低下します。これは、熱が分子に分子間引力を克服するのに十分なエネルギーを与えるためです。気体にも粘性がありますが、温度の影響は正反対です。ガス温度を上げると粘度が上がります。これは、分子間引力がガスの粘度に重要な役割を果たさないためですが、温度が上昇すると分子間の衝突が多くなります。

動的粘度と動粘度

粘度を報告するには 2 つの方法があります。絶対粘度または動粘度 動粘度中の流体の流れに対する抵抗の尺度です。 流体の密度に対する動的粘度の比率です。この関係は単純ですが、動的粘度値が同じ 2 つの流体でも密度が異なる可能性があるため、動粘度値が異なる場合があることを覚えておくことが重要です。そしてもちろん、動的粘度と動粘度には異なる単位があります。

粘度値の表

水の粘度

水の動的粘度は、20 °C で 1.0016 ミリパスカル・秒または 1.0 センチポアズ (cP) です。その動粘度は 1.0023 cSt、1.0023×10 m/s、または 1.0789×10 ft/s です。

液体の水の粘度は、温度が上昇すると低下します。効果はかなり劇的です。たとえば、80 °C での水の粘度は 0.354 ミリパスカル・秒です。一方、水蒸気の粘度は、温度が上昇すると増加します。

水の粘度は低いですが、同程度の大きさの分子でできている他のほとんどの液体よりも高いです。これは、隣接する水分子間の水素結合によるものです。

ニュートン流体と非ニュートン流体

ニュートンの摩擦の法則 は粘度に関する重要な方程式です。

τ =μ dc / dy =μ γ

どこで

τ =流体のせん断応力 (N/m)

μ =流体の動的粘度 (N s/m)

直流 =単位速度 (m/s)

ダイ =レイヤー間の単位距離 (m)

γ =dc / dy =せん断速度 (秒)

項を並べ替えると、動的粘度の式が得られます:

μ =τ dy / dc =τ / γ

ニュートン流体 はニュートンの摩擦の法則に従う流体であり、粘度はひずみ速度とは無関係です。 非ニュートン流体 ニュートンの摩擦の法則に従わないものです。非ニュートン流体がニュートン挙動から逸脱するさまざまな方法があります:

• ずり減粘液で 、せん断ひずみの速度が増加すると、粘度が低下します。ケチャップはせん断減粘液の良い例です。
• ずり増粘液で 、せん断ひずみの速度が増加すると、粘度が増加します。ボディ アーマーや一部のブレーキ パッドに見られるポリエチレングリコール中のシリカ粒子の懸濁液は、ずり増粘液です。
• チキソトロピック流体で 、振ったりかき混ぜたりすると粘度が低下します。ヨーグルトはチキソトロピック流体の一例です。
• レオペクティックまたはダイラタント流体 振ったりかき混ぜたりすると粘度が高くなります。コーンスターチまたは水 (ウーブレック) の混合物は、ダイラタントの良い例です。
• ビンガム プラスチック 通常は固体として振る舞いますが、高応力下では粘性液体として流れます。マヨネーズはビンガム プラスチックの一例です。

粘度の測定

粘度を測定するための機器は、粘度計とレオメーターです。技術的には、レオメーターは特殊なタイプの粘度計です。これらのデバイスは、静止物体を通過する流体の流れを測定するか、流体を通過する物体の動きを測定します。粘度値は、流体とオブジェクト サーフェスの間の抗力です。これらのデバイスは、層流があり、レイノルズ数が小さい場合に機能します。

参考文献

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