Flüssigkeiten und Gase weisen unterschiedliche Viskositätsgrade auf. Viskosität ist im Wesentlichen die Reibungskraft zwischen den Molekülen einer Flüssigkeit. Diese Moleküle reiben beim Fließen aneinander. Bei Flüssigkeiten entsteht Viskosität durch Kohäsion (die Anziehungskraft zwischen gleichartigen Molekülen). Bei Gasen wird Viskosität durch Kollisionen zwischen den Molekülen verursacht.
Flüssige Stoffe fließen in der Regel leichter, zum Beispiel Wasser. Dickflüssigere Stoffe hingegen fließen schwerer, wie zum Beispiel Speiseöl, Öl, Honig usw. Das lässt sich leicht nachweisen, indem man Wasser und Speiseöl auf einen schrägen Boden gießt. Wasser fließt definitiv schneller als Speiseöl oder Öl. Die Viskosität eines Stoffes hängt auch von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur einer Flüssigkeit, desto dünnflüssiger ist sie. Wenn beispielsweise eine Mutter Fisch brät, wird das anfangs dickflüssige Speiseöl beim Erhitzen flüssiger. Umgekehrt gilt: Je höher die Temperatur eines Gases, desto dickflüssiger wird es.
Viskositätskoeffizient
Die Viskosität einer Flüssigkeit wird mit dem Symbol η (gesprochen: Eta) bezeichnet. η ist der Viskositätskoeffizient. Der Viskositätsgrad einer Flüssigkeit wird also durch ihren Viskositätskoeffizienten ausgedrückt.
Zwischen zwei Platten befindet sich eine dünne Flüssigkeitsschicht. Kohäsion ist die Anziehungskraft zwischen Molekülen derselben Art, Adhäsion hingegen die Anziehungskraft zwischen Molekülen unterschiedlicher Art. Die Adhäsionskraft wirkt zwischen der Platte und der an der Platte haftenden Flüssigkeitsschicht (die Flüssigkeitsmoleküle und die Plattenmoleküle ziehen sich gegenseitig an). Die Kohäsionskraft wirkt zwischen den Flüssigkeitsschichten (die Flüssigkeitsmoleküle ziehen sich gegenseitig an).
Anfangs befinden sich die Platte und die Flüssigkeitsschicht in Ruhe (Abbildung 1). Anschließend wird die obere Platte nach rechts gezogen (Abbildung 2). Die untere Platte bleibt unbewegt. Die Zugkraft wird so eingestellt, dass sich die obere Platte mit konstanter Geschwindigkeit (v ist konstant) nach rechts verschiebt. Da zwischen dem Plattenrand und dem anhaftenden Teil der Flüssigkeit eine Adhäsionskraft wirkt, verschiebt sich auch die Flüssigkeit unterhalb der Platte nach rechts. Aufgrund der Kohäsionskräfte zwischen den Flüssigkeitsmolekülen zieht die nach rechts verschobene Flüssigkeit die darunter liegende Flüssigkeit an.
Die obere Flüssigkeitsschicht zieht die untere nach rechts, um sie zu verschieben. Umgekehrt hält die untere Flüssigkeitsschicht die obere zurück, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit ändert. Die obere Flüssigkeitsschicht bewegt sich mit einer höheren Geschwindigkeit (v), die untere mit einer niedrigeren v usw. Je niedriger also v ist, desto kleiner ist die Strömungsgeschwindigkeit. Anders ausgedrückt: Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsschicht ändert sich regelmäßig von oben nach unten über eine Strecke l.
Die Änderung der Flüssigkeitsschichtgeschwindigkeit (v) geteilt durch die Strecke, über die die Änderung erfolgt (l), ergibt v/l. V/l wird als Geschwindigkeitsgradient bezeichnet. Die obere Platte kann sich aufgrund der Zugkraft (F) bewegen. Für eine bestimmte Flüssigkeit ist die Größe der benötigten Zugkraft direkt proportional zur Fläche der an der Platte anhaftenden Flüssigkeit (A) und zur Flüssigkeitsgeschwindigkeit (v) und umgekehrt proportional zur Strecke l. Mathematisch lässt sich dies wie folgt ausdrücken:
Viskositätskoeffizientenformel
Wie bereits erläutert, fließen dünnflüssige Flüssigkeiten in der Regel leichter, während dickflüssige Flüssigkeiten schwerer fließen. Die Viskosität einer Flüssigkeit wird durch ihren Viskositätskoeffizienten ausgedrückt. Je dickflüssiger die Flüssigkeit, desto größer ist die erforderliche Zugkraft. In diesem Fall ist die Zugkraft direkt proportional zum Viskositätskoeffizienten. Mathematisch lässt sich dies wie folgt darstellen:
Information :
η = Viskositätskoeffizient
F = Kraft
l = Abstand
A = Oberfläche
v = Geschwindigkeit
∝ = vergleichbar
Die internationale Einheiteneinheit (SI) für den Viskositätskoeffizienten ist Ns/m².2 = Pa·s (Pascalsekunde). Die CGS-Einheit (Zentimeter Grammsekunde) für den Viskositätskoeffizienten ist dyn·s/cm².2 Die Viskosität wird auch häufig in Centipoise (cP) angegeben. 1 cP = 1/100 P. Die Einheit Poise wird in Erinnerung an den französischen Wissenschaftler Jean Louis Marie Poiseuille (ausgesprochen: pwa-zoo-yuh) verwendet.
1 Poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 Ns/m2
