Dynamická viskozita

Dynamická viskozita

Tabulka uvádí dynamickou viskozitu vybraných kapalin. Viskozita výrazně závisí na teplotě, proto berte hodnoty jako orientační a vždy sledujte uvedené podmínky.

Dynamická viskozita η (čte se „éta“) charakterizuje vnitřní tření v tekutině. Definuje se z Newtonova zákona viskozity:

τ = η · (dv/dy)

τ

tečné napětí mezi sousedními vrstvami tekutiny [Pa]

η

dynamická viskozita [Pa·s]

dv/dy

gradient rychlosti kolmo na směr proudění [s⁻¹]

Slovně: čím rychleji se vrstvy navzájem posouvají, tím větší napětí (a tedy tlumicí síla) mezi nimi vzniká – a právě dynamická viskozita je konstanta úměrnosti tohoto vztahu. Tekutiny řídící se tímto zákonem se nazývají newtonské; mezi ně patří voda, většina běžných rozpouštědel i plyny.

Jednotkou dynamické viskozity je pascalsekunda [Pa·s], v technické praxi se běžně používá milipascalsekunda (mPa·s) = 10⁻³ Pa·s. Voda má při 20 °C dynamickou viskozitu přibližně 1,00 mPa·s; přesnější standardní hodnota je asi 1,0016 mPa·s. Tato hodnota se používá jako praktická reference pro porovnání ostatních kapalin.

Hodnoty v tabulce jsou v mPa·s. Pokud není u látky uvedena jiná teplota, jde o orientační hodnotu při 20 °C. U biologických tekutin, cytoplazmy, krve a koncentrovaných roztoků může naměřená hodnota záviset také na metodě měření, smykové rychlosti a složení vzorku.

Zdroje:

[1] Čmelík, M., Machonský, L., Šíma, Z. Fyzikální tabulky. Liberec: TU Liberec, 2001

Mikulčák a kolektiv. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN Praha, 1988

[7]

IAPWS Release on the Viscosity of Ordinary Water Substance. NIST / IAPWS.

SI Brochure. BIPM.

Plasma Viscosity. ScienceDirect Topics.

Jak tabulku používat

Nejprve zkontrolujte teplotu. U kapalin se viskozita mění výrazněji než hustota, proto nelze bez poznámky zaměňovat hodnoty při 20 °C, 25 °C a 37 °C. Tabulka je vhodná pro orientační porovnání kapalin; pro přesné výpočty používejte hodnoty z materiálového listu nebo z ověřené databáze pro konkrétní teplotu a složení.

U newtonských kapalin, například vody nebo ethanolu, je dynamická viskozita při dané teplotě přibližně konstantní. U nenewtonských kapalin, například krve, polymerních roztoků nebo škrobových suspenzí, se udává spíše zdánlivá viskozita při konkrétních podmínkách měření.

Závislost viskozity kapalin na teplotě

U kapalin viskozita s rostoucí teplotou klesá – opačně než u plynů, kde viskozita roste. Pro představu, jak silně teplota viskozitu ovlivňuje, uvádíme hodnoty pro vodu:

• 0 °C: 1,79 mPa·s
• 20 °C: 1,00 mPa·s
• 50 °C: 0,55 mPa·s
• 100 °C: 0,28 mPa·s

Mezi 0 a 100 °C tedy viskozita vody klesne přibližně šestkrát. Mechanismus: v kapalině jsou molekuly těsně vedle sebe a vzájemně se přitahují. Vyšší teplota znamená intenzivnější tepelný pohyb, takže molekuly snadněji překonávají vzájemné přitažlivé síly a jednotlivé vrstvy po sobě snáze kloužou.

Dynamická vs. kinematická viskozita

Vedle dynamické viskozity se v hydrodynamice používá také kinematická viskozita ν, která je definována jako podíl dynamické viskozity a hustoty:

ν = η / ρ

Dynamická viskozita η se používá v úlohách, kde záleží na napětí a síle (mazání ložisek, výpočet tlakových ztrát). Kinematická viskozita ν navíc zohledňuje hustotu a je vhodná tam, kde záleží na pohyblivosti tekutiny (proudění v potrubí, sedimentace, Reynoldsovo číslo). Jednotkou kinematické viskozity je m²·s⁻¹ nebo cSt (centistoke, 1 cSt = 1 mm²·s⁻¹).

V praxi

Dynamická viskozita určuje, jak snadno kapalina teče a jak se chová při čerpání, mazání nebo proudění. Hodnoty z tabulky v kontextu:

• Voda (1 mPa·s při 20 °C) – referenční hodnota. Kapaliny s η < 1 (aceton, benzín, ether) mají nižší dynamickou viskozitu než voda při srovnatelné teplotě; v běžné řeči působí „řidší“. Kapaliny s η > 1 jsou viskóznější.
• Ethanol (1,2 mPa·s) – mírně viskóznější než voda; rozdíl je při manipulaci téměř neznatelný.
• Olivový olej (84 mPa·s) – přibližně 84krát viskóznější než voda; při lití z láhve to je jasně patrné.
• Kyselina sírová (25,4 mPa·s) – přes relativně vysokou viskozitu pro kyselinu je stále podstatně méně viskózní než oleje.
• Ricínový olej (987 mPa·s) – téměř tisícinásobek vody; čerpání vyžaduje výrazně vyšší tlak.
• Glycerol (1480 mPa·s) – nejtěžší v tabulce; při pokojové teplotě teče jen pomalu. Zahřátím na 40 – 50 °C viskozita klesne přibližně o násobky až přibližně o jeden řád.
• Krev (3,0 – 3,6 mPa·s při 37 °C) – nenewtonská kapalina; v úzkých kapilárách se chová jinak než ve velkých cévách.

Pro převody jednotek viskozity (Pa·s ↔ mPa·s ↔ poise ↔ cP) použijte stránku převody dynamické viskozity.

Časté otázky

Co je dynamická viskozita?

Dynamická viskozita (η) charakterizuje vnitřní tření v tekutině – odpor, který klade tekutina pohybu vrstev po sobě. Definuje se z Newtonova zákona viskozity: τ = η · (dv/dy). Jednotkou v SI je pascalsekunda (Pa·s), v praxi milipascalsekunda (mPa·s).

Jaká je dynamická viskozita vody?

Dynamická viskozita vody při 20 °C je přibližně 1,00 mPa·s; přesnější standardní hodnota je asi 1,0016 mPa·s (= 10⁻³ Pa·s). Tato hodnota slouží jako referenční pro porovnání ostatních kapalin. Při 0 °C je to 1,79 mPa·s, při 100 °C jen 0,28 mPa·s.

Jaká je viskozita krve?

Dynamická viskozita krve při tělesné teplotě 37 °C se pohybuje v rozmezí 3,0 – 3,6 mPa·s, tedy přibližně několikanásobně více než voda. Krev je nenewtonská kapalina – její zdánlivá viskozita závisí na rychlosti proudění a průměru cévy.

Jaká je jednotka dynamické viskozity?

Jednotkou v soustavě SI je pascalsekunda (Pa·s). V praxi se používá milipascalsekunda (mPa·s) = 10⁻³ Pa·s. Starší jednotkou je poise (P) ze soustavy CGS: 1 Pa·s = 10 P; 1 mPa·s = 1 cP (centipoise).

Jaký je vzorec pro dynamickou viskozitu?

Základní vztah je Newtonův zákon viskozity: τ = η · (dv/dy), kde τ je tečné napětí [Pa], η je dynamická viskozita [Pa·s] a dv/dy je gradient rychlosti kolmo na proudění [s⁻¹]. Z toho plyne η = τ / (dv/dy).

Jaký je rozdíl mezi dynamickou a kinematickou viskozitou?

Dynamická viskozita (η, Pa·s) vyjadřuje vnitřní tření bez ohledu na hustotu kapaliny. Kinematická viskozita (ν, m²·s⁻¹) je podíl η / ρ, kde ρ je hustota. Kinematická viskozita se používá tam, kde záleží na pohyblivosti tekutiny, například při výpočtu Reynoldsova čísla nebo u klasifikace motorových olejů SAE.

Proč má glycerol viskozitu skoro 1500× větší než voda?

Glycerol obsahuje tři hydroxylové skupiny, jejichž molekuly tvoří rozsáhlou síť vodíkových vazeb. K rozrušení těchto vazeb a pohybu vrstev je potřeba mnohem větší síla než u vody. Podobně viskózní jsou jiné mnohohydroxylové sloučeniny, například ricínový olej (987 mPa·s).

Co jsou nenewtonské kapaliny?

Nenewtonské kapaliny jsou tekutiny, u nichž neplatí jednoduchý lineární vztah mezi tečným napětím a gradientem rychlosti – jejich zdánlivá viskozita se mění s rychlostí proudění. Patří sem například kečup, jogurt, krev, škrobová kaše nebo polymery. Některé houstnou při míchání (dilatantní), jiné naopak řídnou (pseudoplastické).

Souvislosti

• Kinematická viskozita – tabulka olejů SAE, vody a dalších kapalin
• Dynamická viskozita plynů – tabulka při 0 °C
• Viskozita vody v závislosti na teplotě
• Englerovy stupně – technická jednotka kinematické viskozity
• Newtonův zákon viskozity – Wikipedia
• Biomechanika kapalin – WikiSkripta