Jaka jest różnica między lepkością dynamiczną i kinematyczną?

Lepkość jest podstawową właściwością materiału przy badaniu przepływu płynu w dowolnym zastosowaniu. Dwa najpopularniejsze typy lepkości to dynamiczna i kinematyczna. Zależność pomiędzy tymi dwoma właściwościami jest bardzo prosta.

Lepkość dynamiczna (zwana także lepkością absolutną) to miara wewnętrznego oporu przepływu płynu, natomiast lepkość kinematyczna to stosunek lepkości dynamicznej do gęstości. Bazując na powyższym wyrażeniu, dwa płyny o tej samej lepkości dynamicznej mogą mieć bardzo różną lepkość kinematyczną w zależności od gęstości i odwrotnie. Dlatego nie zawsze łatwo jest uchwycić fizyczne znaczenie właściwości tych dwóch materiałów.

Mówiąc najprościej, lepkość dynamiczna dostarcza informacji o sile wymaganej do spowodowania przepływu płynu z określoną szybkością, podczas gdy lepkość kinematyczna wskazuje, jak szybko przepływa płyn po przyłożeniu określonej siły.

Wewnętrzny opór przepływu płynu (lepkość dynamiczna) oznacza, że ​​w przemieszczaniu płynu działają siły. Siła ta (F) jest proporcjonalna do:

1) Szybkość ścinania (SR)

2) Powierzchnia (A)

3) Lepkość dynamiczna (η)

F=ηA × SR

W powyższym wyrażeniu (prawo lepkości Newtona) lepkość dynamiczna jest używana jako stała proporcjonalności pomiędzy naprężeniem F/A a szybkością odkształcania lub szybkością ścinania. Innym sposobem myślenia o lepkości kinematycznej jest uświadomienie sobie, że ma ona współczynnik dyfuzji [cm 2 / s]. Z tego powodu lepkość kinematyczna jest czasami nazywana dyfuzyjnością pędu, analogicznie do dyfuzyjności ciepła i masy. W tym sensie lepkość dynamiczna jest właściwością bardziej podstawową, podczas gdy lepkość kinematyczna jest właściwością pochodną.

Historycznie rzecz biorąc, preferowaną metodą pomiaru lepkości była lepkość kinematyczna, ponieważ nie wymaga ona pomiaru siły. W większości wiskozymetrów „kinematycznych” przepływ płynu napędzany jest grawitacją (g). Metody te (kapilara, lejek...) po prostu mierzą czas potrzebny na przepływ płynu przez daną geometrię. Dokładniejsze wiskozymetry opierają się na pomiarze naprężenia ścinającego przy danej szybkości ścinania. Umożliwia to pełniejszą charakterystykę charakterystyki lepkości (tj. lepkości w funkcji szybkości ścinania) złożonych płynów nienewtonowskich.

Kolejną różnicą między tymi dwiema właściwościami jest wyjątkowość ich jednostek. Jednostki lepkości dynamicznej to MPa-s w jednostkach SI i równoważne CP (centymetry) w CGS. Z drugiej strony najpopularniejszymi jednostkami lepkości kinematycznej są jednostki SI w centymetrach na sekundę i CGS w centystokesach (rurka centymetrowa), ale zależy to również od branży lub zastosowania, czy jest ona mierzona w więcej niż jednej dowolnej jednostce. Tak jest w przypadku Saybolt Universal Seconds (SUS) w przemyśle naftowym, gdzie jako miarę lepkości przyjmuje się czas wymagany do przepłynięcia 60 cm3 płynu przez rurkę kalibracyjną w temperaturze 38 stopni. Innym przykładem jest użycie „kubka” do pomiaru czasu potrzebnego, aby dana próbka przepłynęła przez lejek o danej geometrii. Metody te są często stosowane jako mierniki wskaźnika lepkości, ponieważ nie dają spójnych wyników, które można udostępniać różnym laboratoriom.

Którego więc użyć? Jeśli interesują Cię interakcje między cząsteczkami, które można wyjaśnić w kategoriach naprężeń mechanicznych, bardziej odpowiednia będzie lepkość dynamiczna. Na przykład lepkość dynamiczna może określić wpływ zmian receptury na interakcje molekularne i lepkość. Natomiast lepkość kinematyczna stała się standardem w przemyśle naftowym ze względu na prostotę wiskozymetru kinematycznego. Z tego powodu lepkość kinematyczna jest wygodniejsza, gdy interesują nas pola ruchu i prędkości płynu, ponieważ niesie informację o propagacji ruchu spowodowanego tarciem.