Viskozite nedir ?
Bir akışkanın (sıvı veya gaz) viskozitesi, o akışkan üzerine uygulanan kaydırma kuvvetinin karşılaştığı sürtünme direncinin bir ölçüsüdür.
Süper akışkanlar hariç tüm gerçek akışkanlar yüzey gerilimine karşı direnç gösterirler.
Bir akışkan bir yüzey üzerinden geçerek aktığı zaman, yüzeye hemen komşu olan akış tabakası durgun haldedir; yüzeyden itibaren birbirini izleyen tabakaların hızları giderek artar, yani yüzeye yakın tabakaların hızları düşük, yüzeyden uzak olan tabakaların hızları ise daha yüksektir. Newton’un viskoz akış (diğer adıyla laminer veya tabakalı akış) kanununa göre sıvı içerisindeki iki komşu tabakanın birbirlerine göre hareketine direnç gösteren F sürtünme kuvveti, A alanı
v/dx hız gradienti ile orantılıdır.
Biribirlerine göre 1 cm uzaklıkta bulunana birim alanda iki paralele sıvı düzlemin
arasındaki hız farkını birim olarak tutmak için gereken kuvvete viskozite katsayısı
denir ve h ile gösterilir.
Yüzey Gerilimi : Yüzey gerilimi, fizikokimyada bir sıvının yüzey katmanının esnek bir tabakaya benzer özellikler göstermesinden kaynaklanan etkiye verilen addır.
Bu etki bazı böceklerin su üzerinde yürümesine olanak verir. Bir gazla bir sıvının ya da birbirleriyle karışmayan iki sıvının temas yüzeyleri gerilmiş esnek bir zara benzer. Bu gerilim likidin serbest yüzüne ait ise buna yüzey gerilimi; iki sıvının sınır yüzeyine ait ise arayüzey gerilimi (yüzeylerarası gerilim) adını alır.
Bilimsel tanımla; sıvı yüzeyinde birim uzunluğu gergin tutan kuvvete yüzey gerilimi denir. Birimi dyne/cm'dir. Dar tüplerde gözlenen sıvı yükselme ve alçalması olan kapilarite olayının nedeni de yüzey gerilimidir.
Orantı katsayısı h , “viskozite katsayısı” veya basitçe viskozite olarak bilinir.
SI birim sisteminde viskozitenin birimi pascal saniyedir. (Pa.s) Pa.s(pascal.saniye) birimi ;kg m-1s-1 yani (kütle)-1(zaman)-1 veya N s m-2 ile eşdeğerdir. CGS birim sistemindeki viskozite birimi poise (g cm-1 s-1)dir. 1 poise(puvaz)=0,1 Pa.s veya 1cP(santipuvaz)=1mPa s(mili Pa s)dır.
-Viskozite katsayısı azaldıkça viskozite artar, akı kanlık azalır.
-Viskozite katsayısı arttıkça viskozite azalır, akı kanlık artar.
-Çok yüksek hızlı olmayan akı lara laminar akı denir. Newton yasasına uyar.
-Çok hızlı olan akı lara türbilant akı denir ve Newton yasasına uymaz.
Yukarıdaki eşitliğin uygulandığı akış, laminer(tabakalı) veya Newton akış veya diğer bir ifade ile viskoz akış adıyla bilinir. Bu akış şeklinde, moleküler hızların net bileşeni sıvının akış yönünde olup, akan sıvı tabakalarının birbirini kesmediği düşünülür.
Sıvının akış hızının çok büyük olmadığı durumlarda laminer akış şekli gözlenir. Hızlı akma durumlarında tabakalı akış kaybolup türbülanslı akış(diğer adıyla girdaplı akış ) şekli ortaya çıkar. Bu akışta akan sıvı tabakaları birbirini keser ve bu durumda Eşitlik 1 artık uygulanmaz. Bu akış tipleri 1883 de ilk defa Osborne Reynolds tarafından yapılan bir deneyle ortaya konmuştur. Reynolds’un deneyinde cam bir boru içi içi su dolu bir depoya bağlanmış olup, boru içindeki suyun akma hızı arzu edilen değere ayarlanabilmektedir.
Borunun giriş ucuna bir nozul (emzik) konularak boru içerisinde renklendirilmiş su verilebilmektedir. Reynolds yapmış olduğu deneyler sonucunda, suyun akma hızı az olduğunda renkli suya ait akım iplikçiğinin bütün boru boyunca devam ettiğini görmüştür.
Sıvıların akış hızlarını belirlemek amacıyla birkaç farklı deneysel yöntem
bulunmaktadır. Bu yöntemler aşağıda sıralanmıştır:
1. Düşen küre yöntemi
2. Kapiler akış yöntemi
3. Döner silindir yöntemi
Sıvının Viskozitesi Üzerine Sıcaklık ve Basınç Etkisi
Çoğu sıvıların viskozitesi, artan sıcaklıkla azalır. Boşluk (hole) teorisine göre bir sıvı içerisinde boşluklar bulunmaktadır ve moleküller sürekli boşluklara doğru hareket ederler. Bu olay akışa izin verir, fakat bir molekülün bir boşluğa taşınması bir aktivasyon enerjisine ihtiyaç duyduğundan enerji gerektirir. Yüksek sıcaklıklarda aktivasyon enerjisi daha kolay temin edileceğinden sıcaklık yükseldikçe sıvı daha kolay akar.
Diğer yandan artan basınçla bir sıvının viskozitesi artar, çünkü basıncın arttırılması sıvı içerisindeki boşluk sayısını azaltır ve bunun sonucu moleküllerin hareketi zorlaşır.
Sıvıların viskoziteleri basınçtan pek etkilenmemesine rağmen, genellikle
Sıvıların viskoziteleri basınçtan pek etkilenmemesine rağmen, genellikle
sıcaklığın kuvvetli bir fonksiyonudur.
Viskozite Sıcaklıkla Nasıl Değişir ?
Sıvıların viskozitesi sıcaklıkla artar. Sıvılarda viskozite katsayısı h ‘nın sıcaklıkla
değişimi şu bağıntı ile verilir.
h = A.e^E/RT
Viskozite Ölçülmesi
1.) Yarıçapı bilinen kılcal borudan akış hızı ölçülerek viskozite bulunabilir.
Bu sisteme örnek Oswald viskozimetresidir.
2. ) Akışkan içinden katı küresel bir cismin düşüş hızı ölçülerek bulunabilir. Burada
Stokes yasası geçerlidir. Bu sisteme örnek Höppler viskozimetresidir.
R = 6 π .μ. r . v
Viskozite Ölçülmesinde Kullanılan Test Metotları
-Cam Viskozimetre = Kinematik Viskozite (mm^2 / s )
-Bilyalı Viskozimetre = Dinamatik Viskozite (mPas)
-Dönen Viskozimetre = Dinamatik Viskozite (mPas)
Gazların Viskozitesi
Bir akışkan içerisinde, farklı hızlarla hareket eden iki paralel plaka arasındaki sürtünme kuvvetinden dolayı viskozitenin ortaya çıktığını gördük. Gazlara ait viskozite teorisi sıvılarınkinden çok farklıdır.
Gazlarda iki paralel plaka arasındaki sürtünme kuvvetinin doğması, moleküllerin bir plakadan diğerine geçmesinin bir sonucudur. Gazların viskozite modeli anlayabilmek için faydalı bir benzetme olarak ; Δv kadar farklı hızlarla paralel hatlar üzerinde aynı yönde hareket eden iki treni göz önüne alabiliriz. Yolcuların bir trenden diğerine atlayarak eğlenen garip kişiler olduklarını düşünelim. Hızlı giden trenden yavaş giden trene atlayan bir yolcu, yavaş giden bir trene mΔv kadar bir momentum aktarır ve bunun sonucu onun hızını arttırıcı bir etki yapar. Bu olayın aksi olursa, yani yavaş seyreden trenden hızlı seyreden trene bir yolcu atladığında mΔv kadar bir momentumu hύzlıdan alır ve onun hızını yavaşlatıcı bir etki yapar.
Sonuç olarak, trenlerin hızları eşitlenmeye doğru gider ve net etki trenler arasında, sanki bir sürtünme varmış gibi kendini gösterir. İşte aynı durum akmakta olan gaz katmanları (veya düzlemleri) arasında söz konusudur.
Gazın yoğunluğu ve basıncı gazın viskozitesine etki etmez. Bu durum ilk bakışta şaşırtıcı gibi gözükmekte ise de açıklanması zor değildir. Daha yüksek yoğunluklarda, bir tabakadan komşu tabakaya daha çok molekül atlar, fakat ortalama serbest yol daha kısa olduğundan her bir atlama daha az momentum aktarımına yol açar. Böylece iki etki birbirini yok eder.
Temel prensiplere dayalı olarak çözeltilerin viskozitelerinin iyi bir şekilde irdelenmesi zor bir iştir. Bundan dolayı çözeltilerin viskoziteleri daha ziyade deneysel olarak incelenmektedir. Özellikle, polimer moleküllerinin çözeltilerinin viskoziteleri incelenerek polimer moleküllerinin büyüklüğü ve şekli hakkında bilgiler elde edilir. Su gibi bir sıvıya bir çözünen eklendiği zaman, genellikle viskozite artar.
