Hoe wordt de viscositeit van vloeistoffen gevonden?
In veel wetenschappelijke en industriële situaties is het noodzakelijk om de viscositeit van vloeistoffen te kennen. Viscositeit is de maat voor de weerstand van de vloeistof tegen stroming. Vloeistoffen met een hoge viscositeit hebben een grotere weerstand tegen vloeien en worden niet gemakkelijk vervormd door fysieke stress, terwijl vloeistoffen met een lage viscositeit "dun" zijn en gemakkelijk vloeien. De viscositeit van vloeistoffen kan worden gevonden met behulp van een instrument dat bekend staat als een viscometer, waarvan er veel verschillende soorten zijn. In gevallen waarin minder nauwkeurige metingen acceptabel zijn, kan de viscositeit ook worden gemeten met behulp van eenvoudige op zwaartekracht gebaseerde apparaten.
Een van de meest voorkomende soorten viscometers is de viscometer met vallende bol. Deze opstelling meet de viscositeit van vloeistoffen door te bepalen hoe lang het duurt voordat een kleine bol met een bekende dichtheid en grootte een bepaalde afstand door een vloeistof valt. De bol wordt geplaatst in een verticale buis gevuld met de vloeistof en mag zijn eindsnelheid bereiken wanneer deze valt. Bij eindsnelheid is de sleepkracht die de bol omhoog trekt gelijk aan de zwaartekracht die hem naar beneden trekt, en de bol houdt op te versnellen, terwijl hij een constante snelheid handhaaft terwijl hij zakt. Zodra de eindsnelheid, de dichtheid van de vloeistof en de bol en de grootte van de bol bekend zijn, kan een formule, de wet van Stokes, worden gebruikt om de viscositeit van de vloeistof te berekenen.
Een andere vrij eenvoudige viscosimeter die wordt gebruikt in laboratoriumomgevingen is de Ostwald-viscosimeter, ook bekend als de glazen capillaire viscosimeter of U-tube viscosimeter. Dit U-vormige glazen buisapparaat bestaat uit twee bollen, één aan de onderkant van de linkerarm van de U en de andere aan de rechterkant. Het wordt verticaal vastgehouden terwijl de vloeistof in de bovenste bol wordt getrokken en vervolgens terug naar de onderste bol stroomt, voorbij twee markeringen op de buis. De viscositeit van vloeistoffen kan worden afgeleid door rekening te houden met de diameter van de glazen buis, de hoeveelheid tijd die een vloeistof nodig heeft om langs de twee markeringen te stromen en de dichtheid van die vloeistof.
Laboratoria die precisiemetingen vereisen, kunnen uitgebreidere viscometers gebruiken die elektronica bevatten en de viscositeit meten met behulp van een oscillerende zuiger of een vibrerende resonator die ondergedompeld is in de vloeistof. In andere omgevingen, zoals de verfindustrie, kunnen eenvoudigere fysische principes worden gebruikt om de viscositeit van vloeistoffen bij benadering af te leiden. Deze metingen zijn vaak gebaseerd op een meting die bekend staat als kinematische viscositeit - de weerstand van een vloeistof om te stromen in aanwezigheid van zwaartekracht.
De Zahn-cup en de Ford viscositeitsbeker zijn voorbeelden van op zwaartekracht gebaseerde apparaten die worden gebruikt om de kinematische viscositeit te meten. Bij deze apparaten loopt de vloeistof - in het geval van de Zahn-beker of motorolie voor de Ford-beker - door een klein gaatje in de bodem van een beker terwijl deze omhoog wordt gehouden. De vloeistof stroomt in een vloeiende stroom naar een bepaald punt waar het in druppels uiteenvalt. Afhankelijk van de viscositeit van de vloeistof, zal er op verschillende tijdstippen breken. Een maat voor de kinematische viscositeit kan worden gevonden door deze tijd in seconden te vermenigvuldigen met het specificatienummer van de beker, dat is gekalibreerd voor de juiste vloeistof.