Måler intern modstand mod forskydningsspænding

Dynamisk viskositet (også kaldet absolut viskositet) kvantificerer, hvor meget kraft der er nødvendig for at flytte et lag væske forbi et andet. Det er væskens iboende egenskab, uafhængigt af densitet. Højere værdier betyder mere modstand.

Formel: τ = μ × (du/dy) hvor τ = forskydningsspænding, du/dy = hastighedsgradient

Enheder: Pa·s (SI), poise (P), centipoise (cP). Vand @ 20°C = 1.002 cP

Dynamisk viskositet divideret med densitet

Kinematisk viskositet måler, hvor hurtigt en væske flyder under tyngdekraftens påvirkning. Den tager højde for både intern modstand (dynamisk viskositet) og masse pr. volumen (densitet). Bruges, når tyngdekraftdrevet flow er vigtigt, som f.eks. olie, der dræner, eller væske, der hældes.

Formel: ν = μ / ρ hvor μ = dynamisk viskositet, ρ = densitet

Enheder: m²/s (SI), stokes (St), centistokes (cSt). Vand @ 20°C = 1.004 cSt

• μ (dynamisk) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (densitet) = 998.2 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Forhold: ν/μ ≈ 1.0 (vand er referencen)

• μ (dynamisk) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (densitet) = 850 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Bemærk: Kinematisk er 18% højere end dynamisk (på grund af lavere densitet)

• μ (dynamisk) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (densitet) = 1,261 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Bemærk: Meget viskøs—1.400× tykkere end vand

• μ (dynamisk) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (densitet) = 1.204 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Bemærk: Lav dynamisk, høj kinematisk (gasser har lav densitet)

ASTM D88 standard, meget udbredt i Nordamerika for olieprodukter

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (gyldig for SUS > 32)

• Målt ved specifikke temperaturer: 100°F (37.8°C) eller 210°F (98.9°C)
• Almindeligt interval: 31-1000+ SUS
• Eksempel: SAE 30 olie ≈ 300 SUS @ 100°F
• Saybolt Furol (SFS) variant for meget viskøse væsker: ×10 større åbning

Britisk IP 70 standard, almindelig i Storbritannien og tidligere Commonwealth

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (gyldig for RW1 > 34)

• Målt ved 70°F (21.1°C), 100°F, eller 140°F
• Redwood No. 2 variant for tykkere væsker
• Konvertering: RW1 ≈ SUS × 1.15 (cirka)
• Stort set erstattet af ISO-standarder, men refereres stadig i ældre specifikationer

DIN 51560 tysk standard, brugt i Europa og olieindustrien

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (gyldig for °E > 1.2)

• Målt ved 20°C, 50°C, eller 100°C
• °E = 1.0 for vand @ 20°C (per definition)
• Almindeligt interval: 1.0-20°E
• Eksempel: Dieselbrændstof ≈ 3-5°E @ 20°C

Verdens længstvarende laboratorieeksperiment (siden 1927) på University of Queensland viser beg (tjære), der flyder gennem en tragt. Det ser fast ud, men er faktisk en meget højviskøs væske—100 milliarder gange mere viskøs end vand! Kun 9 dråber er faldet på 94 år.

Basaltisk lava (lav viskositet, 10-100 Pa·s) skaber milde udbrud i hawaiiansk stil med flydende floder. Rhyolitisk lava (høj viskositet, 100.000+ Pa·s) skaber eksplosive udbrud i Mount St. Helens-stil, fordi gasser ikke kan undslippe. Viskositet former bogstaveligt talt vulkanske bjerge.

Blod er 3-4 gange mere viskøst end vand (3-4 cP @ 37°C) på grund af røde blodlegemer. Høj blodviskositet øger risikoen for slagtilfælde/hjerteanfald. Lavdosis aspirin reducerer viskositeten ved at forhindre blodpladeaggregation. Blodviskositetstest kan forudsige hjerte-kar-sygdomme.

I modsætning til den populære myte er gamle vinduer ikke tykkere i bunden på grund af flow. Glasviskositet ved stuetemperatur er 10²⁰ Pa·s (en billion billioner gange mere end vand). At flyde 1 mm ville tage længere tid end universets alder. Det er et ægte fast stof, ikke en langsom væske.

SAE 10W-30 betyder: 10W = vinterviskositet @ 0°F (lavtemperatur-flow), 30 = viskositet @ 212°F (beskyttelse ved driftstemperatur). 'W' står for vinter (winter), ikke vægt (weight). Multigrade-olier bruger polymerer, der ruller sig sammen, når det er koldt (lav viskositet) og udvider sig, når det er varmt (opretholder viskositeten).

Skøjteløbere udnytter overfladespænding, men også vandets viskositet. Deres benbevægelser skaber hvirvler, der skubber mod den viskøse modstand og driver dem fremad. I en væske med nul viskositet (teoretisk) kunne de ikke bevæge sig—de ville glide uden trækkraft.

Isaac Newton beskriver viskositet i Principia Mathematica. Introducerer konceptet 'intern friktion' i væsker.

Jean Poiseuille studerer blodgennemstrømning i kapillærer. Udleder Poiseuilles lov, der relaterer flowrate til viskositet.

George Stokes udleder ligninger for viskøs strømning. Beviser forholdet mellem dynamisk og kinematisk viskositet.

Osborne Reynolds introducerer Reynolds-tallet. Relaterer viskositet til strømningsregime (laminær vs. turbulent).

Saybolt-viskosimeter standardiseres i USA. Efflux-kop metoden bliver olieindustriens standard.

Poise og stokes navngives som CGS-enheder. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s bliver standard.

Begdråbeeksperimentet begynder på University of Queensland. Kører stadig—det længstvarende laboratorieeksperiment nogensinde.

SI vedtager Pa·s og m²/s som standardenheder. Centipoise (cP) og centistokes (cSt) forbliver almindelige.

ASTM D445 standardiserer måling af kinematisk viskositet. Kapillærviskosimeter bliver industristandard.

Rotationsviskosimetre muliggør måling af ikke-newtonske væsker. Vigtigt for maling, polymerer, fødevarer.

Digitale viskosimetre automatiserer måling. Temperaturkontrollerede bade sikrer præcision til ±0.01 cSt.

Valg af motorolie, hydraulikvæske og lejesmøring:

• SAE-kvaliteter: 10W-30 betyder 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (kinematiske viskositetsområder)
• ISO VG-kvaliteter: VG 32, VG 46, VG 68 (kinematisk viskositet @ 40°C i cSt)
• Valg af lejer: For tynd = slid, for tyk = friktion/varme
• Viskositetsindeks (VI): Måler temperaturfølsomhed (højere = bedre)
• Multigrade-olier: Additiver opretholder viskositeten over temperaturer
• Hydrauliske systemer: Typisk 32-68 cSt @ 40°C for optimal ydeevne

Viskositetsspecifikationer for brændstof, råolie og raffinering:

• Tung brændselsolie: Målt i cSt @ 50°C (skal opvarmes for at kunne pumpes)
• Diesel: 2-4.5 cSt @ 40°C (EN 590 spec)
• Klassificering af råolie: Let (<10 cSt), medium, tung (>50 cSt)
• Pipeline-flow: Viskositet bestemmer pumpekraftkrav
• Bunkerbrændstofkvaliteter: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
• Raffineringsproces: Viskositetsbrydning reducerer tunge fraktioner

Kvalitetskontrol og procesoptimering:

• Honningklassificering: 2.000-10.000 cP @ 20°C (afhængig af fugtighed)
• Sirupkonsistens: Ahornsirup 150-200 cP, majssirup 2.000+ cP
• Mejeriprodukter: Flødens viskositet påvirker tekstur og mundfølelse
• Chokolade: 10.000-20.000 cP @ 40°C (tempereringsproces)
• Kulsyreholdige drikkevarer: Viskositet påvirker bobledannelse
• Madlavningsolie: 50-100 cP @ 20°C (rygepunkt korrelerer med viskositet)

Maling, klæbemidler, polymerer og proceskontrol:

• Malingsviskositet: 70-100 KU (Krebs-enheder) for påføringskonsistens
• Sprøjtemaling: Typisk 20-50 cP (for tyk tilstopper, for tynd løber)
• Klæbemidler: 500-50.000 cP afhængigt af påføringsmetode
• Polymersmelter: 100-100.000 Pa·s (ekstrudering/støbning)
• Trykfarver: 50-150 cP for flexografi, 1-5 P for offset
• Kvalitetskontrol: Viskositet indikerer batchkonsistens og holdbarhed

Dynamisk viskositet (Pa·s, poise) måler væskens interne modstand mod forskydning—dens absolutte 'tykkelse'. Kinematisk viskositet (m²/s, stokes) er dynamisk viskositet divideret med densitet—hvor hurtigt den flyder under tyngdekraft. Du skal kende densiteten for at konvertere mellem dem: ν = μ/ρ. Tænk på det sådan: honning har høj dynamisk viskositet (det er tykt), men kviksølv har også høj kinematisk viskositet, selvom det er 'tyndt' (fordi det er meget tæt).

Ikke uden at kende væskens densitet ved måletemperaturen. For vand nær 20°C er 1 cP ≈ 1 cSt (fordi vands densitet er ≈ 1 g/cm³). Men for motorolie (densitet ≈ 0.9) er 90 cP = 100 cSt. Vores omregner blokerer konverteringer på tværs af typer for at forhindre fejl. Brug denne formel: cSt = cP / (densitet i g/cm³).

SAE-viskositetskvaliteter specificerer kinematiske viskositetsområder. '10W' betyder, at den opfylder lavtemperatur-flowkrav (W = winter, testet ved 0°F). '30' betyder, at den opfylder højtemperatur-viskositetskrav (testet ved 212°F). Multigrade-olier (som 10W-30) bruger additiver til at opretholde viskositeten over temperaturer, i modsætning til single-grade olier (SAE 30), som bliver dramatisk tyndere, når de bliver varme.

Saybolt Universal Seconds (SUS) måler, hvor lang tid det tager for 60 mL væske at løbe gennem en kalibreret åbning. Den empiriske formel er: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (for SUS > 32). For eksempel er 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS bruges stadig i oliespecifikationer, selvom det er en ældre metode. Moderne laboratorier bruger kinematiske viskosimetre, der direkte måler cSt pr. ASTM D445.

Højere temperatur giver molekyler mere kinetisk energi, så de lettere kan glide forbi hinanden. For væsker falder viskositeten typisk 2-10% pr. °C. Motorolie ved 20°C kan være 200 cP, men kun 15 cP ved 100°C (en 13-dobbelt reduktion!). Viskositetsindeks (VI) måler denne temperaturfølsomhed: olier med højt VI (100+) opretholder viskositeten bedre, olier med lavt VI (<50) bliver dramatisk tyndere ved opvarmning.

De fleste hydrauliske systemer fungerer bedst ved 25-50 cSt @ 40°C. For lav (<10 cSt) forårsager intern lækage og slid. For høj (>100 cSt) forårsager træg respons, højt strømforbrug og varmeopbygning. Tjek din pumpeproducents specifikationer—vingepumper foretrækker 25-35 cSt, stempelpumper tåler 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) er den mest almindelige generelle hydraulikolie.

Der er intet teoretisk maksimum, men praktiske målinger bliver vanskelige over 1 million cP (1000 Pa·s). Bitumen/beg kan nå 100 milliarder Pa·s. Nogle polymersmelter overstiger 1 million Pa·s. Ved ekstreme viskositeter udviskes grænsen mellem væske og fast stof—disse materialer udviser både viskøs strømning (som væsker) og elastisk genopretning (som faste stoffer), kaldet viskoelasticitet.

Poise ærer Jean Léonard Marie Poiseuille (1840'erne), der studerede blodgennemstrømning i kapillærer. Stokes ærer George Gabriel Stokes (1850'erne), der udledte ligningerne for viskøs strømning og beviste forholdet mellem dynamisk og kinematisk viskositet. En reyn (pund-kraft sekund pr. kvadrattomme) er opkaldt efter Osbourne Reynolds (1880'erne), berømt for Reynolds-tallet i væskedynamik.