Miten nesteiden viskositeetti löydetään?

Monissa tieteellisissä ja teollisissa tilanteissa on välttämätöntä tietää nesteiden viskositeetti. Viskositeetti on nesteen virtauskestävyyden mitta. Korkean viskositeetin nesteet kestävät paremmin virtausta, eivätkä ne muutu helposti fyysisen rasituksen vaikutuksesta, kun taas alhaisen viskositeetin nesteet ovat ”ohuita” ja virtaavat helposti. Nesteiden viskositeetti saadaan selville käyttämällä viskosimetrillä tunnettua instrumenttia, jota on monia erilaisia. Tapauksissa, joissa vähemmän tarkat mittaukset ovat hyväksyttäviä, viskositeetti voidaan mitata myös yksinkertaisilla painovoimapohjaisilla laitteilla.

Yksi yleisimmistä viskosimetreistä on putoavan pallon viskosimetri. Tämä asetus mittaa nesteiden viskositeettia ajastamalla, kuinka kauan kestää pienen tunnetun tiheyden ja koon pallon putoaminen tietyn matkan nesteen läpi. Pallo asetetaan pystysuoraan putkeen, joka on täytetty nesteellä, ja sen annetaan saavuttaa terminaalinen nopeutensa putoamisen aikana. Päätteenopeudella palloa ylöspäin vetävä vastusvoima on yhtä suuri kuin painovoima, joka vetää sen alaspäin, ja pallo lakkaa kiihtymästä pitäen vakionopeuden pudotessaan. Kun terminaalinen nopeus, nesteen ja pallon tiheys ja pallon koko tiedetään, nesteen viskositeetin laskemiseen voidaan käyttää kaavaa, Stokesin lakia.

Toinen melko yksinkertainen viskosimetri, jota käytetään laboratorioasetuksissa, on Ostwald-viskosimetri, joka tunnetaan myös nimellä lasikapillaarinen viskosimetri tai U-putki-viskosimetri. Tämä U-muotoinen lasiputkilaite koostuu kahdesta lampusta, joista toinen on U: n vasemman varren alaosassa ja toinen oikealla. Sitä pidetään pystysuorassa, kun neste vedetään ylempään polttimoon ja annetaan sitten virrata takaisin alaspäin, kahden putken jäljen ohi. Nesteiden viskositeetti voidaan päätellä ottamalla huomioon lasiputken halkaisija, aika, joka kuluu nesteen virtaamiseen kahden merkin ohi, ja kyseisen nesteen tiheys.

Laboratoriot, jotka vaativat tarkkoja mittauksia, voivat käyttää kehittyneempiä viskosimetrejä, jotka sisältävät elektroniikkaa ja mittaavat viskositeetin käyttämällä nesteeseen upotettua värähtelevää mäntää tai värähtelevää resonaattoria. Muissa olosuhteissa, kuten maaliteollisuudessa, nesteiden likimääräisen viskositeetin määrittämiseksi voidaan käyttää yksinkertaisempia fysikaalisia periaatteita. Nämä mittaukset perustuvat usein mittaukseen, joka tunnetaan kinemaattisena viskositeettina – nesteen vastustuskyky virtaukselle painovoiman läsnä ollessa.

Zahn-kuppi ja Fordin viskositeettikuppi ovat esimerkkejä painovoimapohjaisista laitteista, joita käytetään kinemaattisen viskositeetin mittaamiseen. Näissä laitteissa neste – maali, Zahn -kupin tapauksessa, tai moottoriöljy Ford -kuppia varten – valuu kupin pohjassa olevan pienen reiän läpi, kun sitä pidetään ylhäällä. Neste virtaa ulos tasaisena virtana tiettyyn pisteeseen, jossa se hajoaa pisaroiksi. Nesteen viskositeetista riippuen rikkoutuminen tapahtuu eri aikoina. Kinemaattinen viskositeetti mitataan kertomalla tämä aika sekunneissa kupin spesifikaatioluvulla, joka on kalibroitu sopivalle nesteelle.