Fluide, sowohl flüssige als auch gasförmige Stoffe unterschiedlicher Art, weisen unterschiedliche Viskositäten auf. Viskosität ist die Reibung zwischen den Molekülen eines Fluids. Beim Fließen eines Fluids entsteht also Reibung zwischen den Molekülen. In Flüssigkeiten wird die Viskosität durch Kohäsionskräfte (Anziehungskräfte zwischen gleichartigen Molekülen) verursacht. In Gasen hingegen entsteht die Viskosität durch Kollisionen zwischen den Molekülen.
Flüssige Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser, fließen leichter. Dickflüssige Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Schmierstoffe, fließen hingegen schwerer. Dies lässt sich leicht nachweisen, indem man Wasser und Schmierstoff auf eine schräge Fläche gießt. Wasser fließt schneller als Öl. Die Viskosität einer Flüssigkeit hängt auch von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto dünnflüssiger ist die Flüssigkeit. Wenn man beispielsweise Fisch brät, wird das zunächst dickflüssige Speiseöl beim Erhitzen wieder flüssiger. Umgekehrt gilt: Je höher die Temperatur eines Gases, desto dickflüssiger ist es.
Viskositätskoeffizient
Das Symbol η steht für die Viskosität der Flüssigkeit (gesprochen: Eta). η = Viskositätskoeffizient. Die Viskosität einer Flüssigkeit wird also durch ihren Viskositätskoeffizienten ausgedrückt.
Zwischen zwei Platten befindet sich eine dünne Flüssigkeitsschicht. Kohäsion ist die Anziehungskraft zwischen gleichartigen Molekülen, Adhäsion hingegen die Anziehungskraft zwischen ungleichen Molekülen. Adhäsionskräfte wirken zwischen der Platte und der anhaftenden Flüssigkeitsschicht (Flüssigkeitsmoleküle und Plattenmoleküle ziehen sich gegenseitig an). Kohäsionskräfte wirken zwischen den Flüssigkeitsmembranen (Flüssigkeitsmoleküle ziehen sich gegenseitig an).
Zunächst befinden sich Platte und Flüssigkeitsschicht in Ruhe (Abbildung 1). Anschließend wird die obere Platte nach rechts gezogen (Abbildung 2). Die unteren Platten werden nicht bewegt (die unterste Platte ruht). Die Zugkraft ist so gewählt, dass sich die obere Platte mit konstanter Geschwindigkeit (v<sub>konstant</sub>) nach rechts verschiebt. Aufgrund der Adhäsionskraft zwischen Plattenrand und anhaftender Flüssigkeit verschiebt sich die Flüssigkeit unterhalb der Platte ebenfalls nach rechts. Durch die Kohäsionskraft zwischen den Flüssigkeitsmolekülen wird die Flüssigkeit am Boden mitgezogen.
Der obere Teil der Flüssigkeit zieht die untere Flüssigkeit nach rechts.
Da der untere Teil der Flüssigkeit die darüber liegende Flüssigkeit zurückhält, variiert die Strömungsgeschwindigkeit. Die obere Flüssigkeitsschicht bewegt sich mit einer höheren Geschwindigkeit (v), die untere mit einer niedrigeren usw. Je tiefer man also kommt, desto kleiner ist v. Anders ausgedrückt: Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsschicht ändert sich regelmäßig von oben nach unten bis zu einer Entfernung von l.
Die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit (v) der Flüssigkeitsschicht, dividiert durch die Strecke der Änderung (l), ergibt sich zu v/l. V/l wird als Geschwindigkeitsgradient bezeichnet. Platten, die sich oben befinden, können sich aufgrund einer Anziehungskraft (F) bewegen. Bei bestimmten Flüssigkeiten ist die benötigte Anziehungskraft direkt proportional zur Fläche der an der Platte anhaftenden Flüssigkeit (A) und zur Strömungsgeschwindigkeit (v) und umgekehrt proportional zur Strecke l. Mathematisch lässt sich dies wie folgt ausdrücken:
Wie bereits erläutert, fließt eine dünnflüssige Flüssigkeit in der Regel leichter, während eine dickflüssige Flüssigkeit schwerer fließt. Der Viskositätskoeffizient gibt die Viskosität der Flüssigkeit an. Je dickflüssiger die Flüssigkeit ist, desto größer ist auch die benötigte Zugkraft. In diesem Fall ist die Zugkraft direkt proportional zum Viskositätskoeffizienten. Mathematisch lässt sich dies wie folgt ausdrücken:
η = Viskositätskoeffizient, F = Kraft, l = Weg, A = Oberfläche, v = Geschwindigkeit, ∝ = Vergleich
Die SI-Einheit für den Viskositätskoeffizienten ist Ns/m² = Pa·s (Pascalsekunde). Die CGS-Einheit (Zentimeter Grammsekunde) für den Viskositätskoeffizienten ist dyn·s/cm² = Poise (P). Viskosität wird auch häufig in Centipoise (cP) angegeben. 1 cP = 1/100 P. Die Einheit Poise wird zu Ehren des französischen Wissenschaftlers Jean Louis Marie Poiseuille (ausgesprochen: pwa-zoo-yuh) verwendet.
1 Poise = 1 dyn·s/cm² = 10⁻¹ Ns / m²
