Độ nhớt được định nghĩa là sự tương tác giữa các phần tử với nhau trong môi trường chất lỏng. Hay còn được gọi là độ dày của chất lỏng. Mỗi chất lỏng có cấu tạo bởi số lượng phân tử khác nhau nên chỉ số nhớt của từng loại chất lỏng sẽ khác nhau.

Hệ số nhớt là gì?

Kích thước của độ nhớt được biểu thị bằng hệ số độ nhớt. Định luật của Newton nói rằng trong dòng chảy cắt thuần túy, ứng suất cắt giữa hai lớp chất lỏng có thể được biểu thị như sau:

  • r = -μ . δu/δu

Trường hợp độ dốc vận tốc theo hướng y (vuông góc với hướng của vận tốc chất lỏng), còn được gọi là tốc độ biến dạng cắt, là hằng số tỷ lệ, tức là hệ số nhớt, bằng với hướng tiếp tuyến của chất lỏng trên một đơn vị diện tích khi độ dốc vận tốc là một đơn vị giá trị lực.

Đơn vị của hệ số độ nhớt là Poise. Hệ thống đơn vị quốc tế sử dụng Pa.giây (1 poise = dyne ·second/cm = 10 Pa.s) và kích thước của nó là MLT. Đối với hầu hết các chất lỏng, đơn vị thông thường là Poise (10 Pa.s).

Hệ số nhớt của chất lỏng

Các chất lỏng khác nhau có chỉ số độ nhớt khác nhau, nó tương tự như độ brix trong thực phẩm. Một lượng nhỏ chất lỏng (như glycerin) có thể có hệ số nhớt là 15, hệ số nhớt của dầu ô liu gần bằng 1. Ở 20 ° C, hệ số nhớt của nước là 1,0087 cps. Hệ số độ nhớt của khí dao động từ 2,1 x 10 poise đến 0,8 x 10 poise của hydro, cả hai đều theo thứ tự 10 poise.

Hệ số độ nhớt của chất lỏng ở các nhiệt độ khác nhau có thể được xác định bằng các phương pháp thí nghiệm khác nhau.

Ví dụ, giữa hai hình trụ đồng trục có bán kính khác nhau, chất lỏng chứa đầy độ nhớt cần đo. Khi xi lanh bên ngoài quay, chất lỏng gần nhất với thành xi lanh ngoài cũng có thể di chuyển với cùng tốc độ và xi lanh bên trong cũng di chuyển do độ nhớt. Vì xi lanh bên trong được treo từ dây cố định ở đầu trên, nó dừng quay sau khi được xoay đến một góc nhất định.

Nếu góc xoắn của dây được đo, mô-men xoắn có thể được tính. Vì mô-men xoắn được tạo ra bởi mômen xoắn và lực cắt chất lỏng bằng nhau, nên lực cắt và hệ số nhớt của chất lỏng có thể được lấy. Một phương pháp khác là xác định hệ số độ nhớt của một thể tích chất lỏng nhất định và thời gian cần thiết để chảy từ một ống mỏng dưới một áp suất nhất định.

Chỉ số độ nhớt của một số chất lỏng thông dụng
Chỉ số độ nhớt của một số chất lỏng thông dụng

Cách tính hệ số nhớt

Hệ số độ nhớt phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ, nhưng hiếm khi thay đổi theo áp suất và mối quan hệ của nó với nhiệt độ khá khác nhau đối với chất lỏng và khí. Đối với chất lỏng, hệ số nhớt giảm khi nhiệt độ tăng, đối với chất khí, khi nhiệt độ tăng, hệ số nhớt tăng.

Đối với các chất khí, mối quan hệ giữa hệ số nhớt M và nhiệt độ T có thể được biểu thị dưới dạng công thức Sutherland

µ = CT3/2/T + S

Công thức tính hệ số nhớt còn được biểu thị bằng phương trình Newton cho chất lỏng:

F/A = n(dv/dr)

  • Trong đó F đại diện cho lực và A đại diện cho khu vực. Vì vậy, F/A hoặc lực chia cho diện tích, là một cách khác để xác định độ nhớt.
  • DV chia dr đại diện cho “tốc độ tuyệt đối”, hoặc tốc độ chất lỏng đang di chuyển.
  • n là đơn vị liên tục bằng 0,00089 Pa s (Pascal giây), mà là một đơn vị đo độ nhớt động.

Luật này có một số ứng dụng thực tế quan trọng như in phun, công thức/tiêm protein và sản xuất thực phẩm/đồ uống.

Độ nhớt chất lỏng Newton và phi Newton

Hầu hết các chất lỏng phổ biến, được gọi là chất lỏng Newton, có hệ số nhớt không đổi. Có một lực cản lớn hơn khi bạn tăng lực, nhưng đó là sự gia tăng tỷ lệ không đổi. Nói tóm lại, một chất lỏng Newton tiếp tục hoạt động như một chất lỏng, bất kể bao nhiêu lực được đưa vào nó.

Ngược lại, độ nhớt của chất lỏng phi Newton không phải là hằng số, mà thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào lực tác dụng. Một ví dụ kinh điển về chất lỏng phi Newton là Oobleck (đôi khi được gọi là “chất nhờn”), thể hiện hành vi giống như rắn khi sử dụng một lượng lớn lực. Một tập hợp chất lỏng phi Newton khác được gọi là chất lỏng từ tính. Chúng phản ứng với từ trường bằng cách trở nên gần như rắn nhưng trở lại trạng thái lỏng khi bị loại khỏi từ trường.

Tầm quan trọng của độ nhớt

Mặc dù loại chất nhờn này có tầm quan trọng nhỏ trong cuộc sống hàng ngày, nhưng nó thực sự có thể rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ:

Bôi trơn trong xe: Khi bạn đổ dầu vào xe hơi hoặc xe tải, bạn nên chú ý đến số lượng nhớt của nó. Đó là bởi vì nhớt ảnh hưởng đến ma sát, và lần lượt, ma sát ảnh hưởng đến nhiệt. Ngoài ra, độ nhớt cũng ảnh hưởng đến tốc độ tiêu thụ dầu và mức độ dễ dàng mà xe của bạn sẽ bắt đầu trong điều kiện nóng hoặc lạnh.

Một số loại dầu có độ nhớt ổn định hơn, trong khi những loại khác phản ứng với nóng hoặc lạnh; nếu chỉ số độ nhớt của dầu của bạn thấp, nó có thể trở nên mỏng hơn khi nóng lên, điều này có thể gây ra vấn đề khi bạn vận hành xe vào một ngày hè nóng bức.

Nấu ăn: Độ nhớt đóng một vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị và phục vụ thực phẩm. Dầu ăn có thể hoặc không thể thay đổi hệ số nhớt khi chúng nóng, trong khi nhiều loại trở nên nhớt hơn nhiều khi chúng nguội. Chất béo, có chie số nhớt vừa phải khi được làm nóng, trở nên rắn chắc khi được làm lạnh. Các món ăn khác nhau cũng dựa vào độ nhớt của nước sốt, súp và món hầm.

Chế tạo: Thiết bị sản xuất đòi hỏi phải bôi trơn thích hợp để chạy trơn tru. Chất bôi trơn quá nhớt có thể gây kẹt và làm tắc đường ống. Chất bôi trơn quá mỏng cung cấp quá ít sự bảo vệ cho các bộ phận chuyển động.

Dược phẩm: Chỉ số nhớt có thể có tầm quan trọng quan trọng trong y học vì chất lỏng được đưa vào cơ thể tiêm tĩnh mạch. Độ nhớt của máu là một vấn đề chính: máu quá nhớt có thể hình thành cục máu đông nguy hiểm, trong khi máu quá loãng sẽ không đóng cục; điều này có thể dẫn đến mất máu nguy hiểm và thậm chí tử vong.

Với những giải thích trên, mong rằng các bạn sẽ hiểu hơn về khái niệm độ nhớt và tầm quan trọng của nó trong nhiều lĩnh vực.