Oberflächenspannung vs. Viskosität
Viskosität und Oberflächenspannung sind zwei sehr wichtige Phänomene in Bezug auf die Mechanik und Statik von Flüssigkeiten. Von den Folgen dieser Phänomene sind Bereiche wie Hydrodynamik, Aerodynamik und sogar die Luftfahrt betroffen. Um in solchen Bereichen hervorragende Leistungen erbringen zu können, ist ein fundiertes Wissen über diese Phänomene von entscheidender Bedeutung. Dieser Artikel vergleicht Viskosität und Oberflächenspannung und stellt die Unterschiede zwischen den beiden vor.
Was ist Oberflächenspannung?
Stellen Sie sich eine homogene Flüssigkeit vor. Jedes Molekül in zentralen Teilen der Flüssigkeit hat genau die gleiche Kraft, die es zu jeder Seite zieht. Die umgebenden Moleküle ziehen das zentrale Molekül gleichmäßig in alle Richtungen. Betrachten Sie nun ein Oberflächenmolekül. Auf ihn wirken nur Kräfte zur Flüssigkeit hin. Die Luft-Flüssigkeit-Adhäsionskräfte sind nicht einmal annähernd so stark wie die Flüssigkeit-Flüssigkeit-Kohäsionskräfte. Daher werden die Oberflächenmoleküle in Richtung der Mitte der Flüssigkeit angezogen, wodurch eine gepackte Schicht von Molekülen entsteht. Diese Oberflächenschicht aus Molekülen wirkt als dünner Film auf der Flüssigkeit. Nehmen wir das reale Beispiel des Wasserläufers: Er nutzt diesen dünnen Film, um sich auf der Wasseroberfläche zu platzieren. Es gleitet auf dieser Schicht. Wenn es diese Schicht nicht gäbe, würde sie sofort ertrinken. Die Oberflächenspannung ist definiert als die Kraft parallel zur Oberfläche senkrecht zu einer auf der Oberfläche gezogenen Einheitslängenlinie. Die Einheiten der Oberflächenspannung sind Nm-1 Die Oberflächenspannung wird auch als Energie pro Flächeneinheit definiert. Damit erhält die Oberflächenspannung auch eine neue Einheit Jm-2 Die Oberflächenspannung, die zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten auftritt, wird als Grenzflächenspannung bezeichnet.
Was ist Viskosität?
Viskosität ist definiert als Maß für den Widerstand einer Flüssigkeit, die entweder durch Scherspannung oder Zugspannung verformt wird. Allgemeiner ausgedrückt ist die Viskosität die „innere Reibung“einer Flüssigkeit. Sie wird auch als Dicke einer Flüssigkeit bezeichnet. Viskosität ist einfach die Reibung zwischen zwei Schichten einer Flüssigkeit, wenn sich die beiden Schichten relativ zueinander bewegen. Sir Isaac Newton war ein Pionier der Strömungsmechanik. Er postulierte, dass für ein Newtonsches Fluid die Scherspannung zwischen den Schichten proportional zum Geschwindigkeitsgradienten in der Richtung senkrecht zu den Schichten ist. Die hier verwendete Proportionalitätskonstante (Proportionalitätsfaktor) ist die Viskosität des Fluids. Die Viskosität wird üblicherweise mit dem griechischen Buchstaben „µ“bezeichnet. Die Viskosität einer Flüssigkeit kann mit Viskosimetern und Rheometern gemessen werden. Die Einheiten der Viskosität sind Pascal-Sekunden (oder Nm-2s). Das cgs-System verwendet zur Messung der Viskosität die nach Jean Louis Marie Poiseuille benannte Einheit „Poise“. Die Viskosität einer Flüssigkeit kann auch durch mehrere Experimente gemessen werden. Die Viskosität einer Flüssigkeit hängt von der Temperatur ab. Die Viskosität nimmt mit steigender Temperatur ab.
τ=μ ∂u/∂y
Viskositätsgleichungen und -modelle sind für nicht-newtonsche Flüssigkeiten sehr komplex.
Was ist der Unterschied zwischen Oberflächenspannung und Viskosität?
• Oberflächenspannung kann als ein Ereignis betrachtet werden, das in Flüssigkeiten aufgrund unausgeglichener intermolekularer Kräfte auftritt, während Viskosität aufgrund von Kräften auf sich bewegende Moleküle auftritt.
• Oberflächenspannung ist sowohl in sich bewegenden als auch in sich nicht bewegenden Flüssigkeiten vorhanden, aber Viskosität tritt nur in sich bewegenden Flüssigkeiten auf.
