Viscosità
Definizione di viscosità
La viscosità rappresenta l'attrito interno di un liquido, ed esprime la maggiore o minore facilità di scorrimento di uno strato del liquido rispetto ad uno strato adiacente.
Per una corretta interpretazione di questo fenomeno, si deve ammettere che il movimento del fluido all'interno, per esempio, di un condotto cilindrico, sia dovuto al movimento di strati lamellari concentrici.
Gli strati lamellari scorrono con una velocità che è massima per quello centrale, decresce gradualmente per quelli sempre più esterni ed è nulla per lo strato aderente alla parete del condotto cilindrico.
Movimento lamellare di un liquido che scorre all'interno di un condotto cilindrico.
Per esprimere quantitativamente la viscosità, consideriamo un liquido in quiete contenuto all'interno di un recipiente e supponiamo di applicare una forza F tangenzialmente alla superficie libera del liquido: la lamina superficiale del liquido inizierà a muoversi con una certa velocità (che indichiamo con u) trasmettendo il suo movimento alle lamine sottostanti che inizieranno a muoversi con velocità via via decrescenti:
Movimento delle lamine di un liquido provocato dalla forza F
Indicando con:
- F = modulo della forza applicata tangenzialmente al liquido (N);
- A = area della lamina superficiale del liquido (m2);
- u = velocità della lamina superficiale del liquido (m/s);
- h = distanza tra la lamina superficiale e la lamina aderente al fondo del recipiente (m);
risulta che:
in cui η è la viscosità dinamica del liquido espressa nel S.I. in (N · s / m2).
In pratica però la viscosità dinamica di un liquido viene espressa in unità poise (si legga puas) (simbolo P) che corrisponde a un decimo dell'unità espressa in (N · s / m2):
La viscosità dinamica di un liquido viene calcolata con la legge di Poiseuille.
Viscosità cinematica
Oltre alla viscosità dinamica, viene talvolta utilizzata anche la viscosità cinematica v (si legga nì) che corrisponde a:
in cui d è la densità del liquido espressa in kg/m3.
La viscosità cinematica v nel S.I. viene espressa in: m2/s; in pratica però viene utilizzata l'unità stokes (simbolo St) che corrisponde a un millesimo dell'unità espressa in (m2 /s):
Fattori da cui dipende la viscosità
La viscosità dei liquidi diminuisce di norma con l'aumentare della temperatura. Da un punto di vista microscopico e quindi particellare, il valore della viscosità dipende sia dalla forma e dalla grandezza delle molecole sia dall'entità delle interazioni tra esse.
Così, ad esempio passando dall'esano (C6H14) all'ottano (C8H18) al decano (C10H22) le molecole diventano più lunghe e la viscosità aumenta.
Passando invece dall'alcol metilico (CH3OH) al glicole etilenico (CH2OH—CH2OH) alla glicerina (CH2OH—CHOH—CH2OH) la viscosità aumenta di molto a causa della possibilità di formare sempre più numerosi legami idrogeno e anche (in piccola parte) all'aumento delle dimensioni molecolari.
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