Viskozita

Simulace dvou látek s rozdílnou viskozitou (horní kapalina – nižší, dolní kapalina – vyšší)

Viskozita (také vazkost) je fyzikální veličina udávající poměr mezi tečným napětím a změnou rychlosti v závislosti na vzdálenosti mezi sousedními vrstvami při proudění skutečné kapaliny. U pevných látek se viskozita projevuje různou deformační odezvou v závislosti na délce trvání působení zatížení (při dlouhodobém zatížení materiál „teče“) – pro viskózní materiály (beton, asfaltový beton) neplatí jednoduchý Hookův zákon a vyskytuje se u nich tzv. dotvarování.

Viskozita je veličina charakterizující vnitřní tření a závisí především na přitažlivých silách mezi částicemi. Kapaliny s větší přitažlivou silou mají větší viskozitu, větší viskozita znamená větší brzdění pohybu kapaliny nebo těles v kapalině.

Pro ideální kapalinu má viskozita nulovou hodnotu (taková kapalina se zařazuje jako další skupenství – tzv. supratekutina). Kapaliny s nenulovou viskozitou se označují jako viskózní (vazké).

Značení

• Symbol dynamické viskozity: η

Jednotka SI: newton sekunda na metr čtvereční, značka jednotky: N.s·m⁻², ekvivalentně též Pascal sekunda, značka Pa·s.

V soustavě CGS je jednotkou dynamické viskozity poise značka P. Běžněji se používá centipoise cP.

1 cP = 10⁻² P = 10⁻³ Pa⋅s = 1 mPa⋅s

• Symbol kinematické viskozity: ν

Jednotka SI: metr čtvereční za sekundu, značka jednotky: m²·s⁻¹ (praktičtější je mm²·s⁻¹, příp. cm²·s⁻¹).

V soustavě CGS byl jednotkou viskozity stokes (zkratka St, podle fyzika George Gabriela Stokese).

1 St = 1 cm²·s⁻¹ = 10⁻⁴ m²·s⁻¹

1 cSt = 1 mm²·s⁻¹ = 10⁻⁶m²·s⁻¹

Výpočet

Související informace naleznete také v článku Newtonův zákon viskozity.

Tečné napětí vnitřního tření je v nejjednodušším případě podle Newtonova zákona přímo úměrné gradientu rychlosti,

${\displaystyle \tau =\eta {\frac {\mathrm {d} v}{\mathrm {d} y}}}$,

kde ${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} v}{\mathrm {d} y}}}$ označuje gradient rychlosti ve směru kolmém na rychlost, ${\displaystyle \tau }$ je tečné napětí a ${\displaystyle \eta }$ se nazývá dynamická viskozita (vazkost).

Převrácená hodnota dynamické viskozity se nazývá tekutost

${\displaystyle \varphi ={\frac {1}{\eta }}}$

Podíl dynamické viskozity a hustoty kapaliny se nazývá kinematická viskozita (nebo součinitel kinematické viskozity).

${\displaystyle \nu ={\frac {\eta }{\rho }}}$

Uvedený vztah platí pro velkou většinu kapalin (i plynů). Takové tekutiny se nazývají newtonské tekutiny (newtonovské). Dynamická viskozita u nich nezávisí na gradientu rychlosti. Existují však také anomální tekutiny, u nichž je viskozita na gradientu rychlosti závislá. Takové kapaliny se nazývají nenewtonské.

Viskozita plynů

U plynů lze viskozitu považovat za nezávislou na tlaku plynu (s výjimkou velmi nízkých a velmi vysokých tlaků). Viskozita plynů stoupá s rostoucí teplotou, čímž se odlišuje od viskozity kapalin, u nichž viskozita s rostoucí teplotou klesá.

Pro popis závislosti dynamické viskozity plynů na teplotě lze použít Sutherlandův vzorec

${\displaystyle \eta =A{\frac {\sqrt {T}}{1+{\frac {C}{T}}}}}$,

kde ${\displaystyle T}$ je absolutní teplota a ${\displaystyle A,C}$ jsou látkové konstanty.

Vlastnosti

Viskozita klesá s rostoucí teplotou a roste s rostoucím tlakem. Vliv tlaku je však obvykle zanedbatelný.

Přehled hodnot dynamických viskozit pro různé kapaliny (při 20 °C)

Látka	Viskozita η [Pa.s]
voda	0,00102
benzín	0,00053
ethanol	0,0012
glycerol	1,48

Kinematická viskozita kapalin při 18 °C

Látka	Kinematická viskozita υ (m^2/s)
voda	1,06×10^−6
benzen	7,65×10^−6
benzín	7,65×10^−7
glycerín	1,314×10^−3
chloroform	3,89×10^−6
nitrobenzen	1,72×10^−5
topný olej	5,2×10^−5
motorový olej	9,4×10^−5
rtuť	1,16×10^−7
petrolej	2,06×10^−6

Obecně je minimální viskozita rovna zhruba 10⁻⁷ m²/s.^[1]

Závislost hodnot kinematické viskozity vody na teplotě

Teplota °C	υ (m^2/s)	Teplota °C	υ (m^2/s)
0	1,79×10^−6	30	0,801×10^−6
5	1,525×10^−6	40	0,66×10^−6
10	1,317×10^−6	50	0,52×10^−6
12	1,246×10^−6	60	0,48×10^−6
15	1,151×10^−6	70	0,42×10^−6
18	1,067×10^−6	80	0,37×10^−6
20	1,016×10^−6	100	0,29×10^−6

Závislost kinematické viskozity vody na teplotě lze vyjádřit vztahem:

${\displaystyle \nu ={\frac {1.79\cdot {10^{-6}}}{1+0.0337\cdot {T}+0.000221\cdot {T^{2}}}}}$^[2]

kde ${\displaystyle T}$ je teplota vody ve °C

Reference

1. TRACHENKO, K.; BRAZHKIN, V. V. Minimal quantum viscosity from fundamental physical constants. S. eaba3747. Science Advances [online]. 2020-04-24. Roč. 6, čís. 17, s. eaba3747. Dostupné online. DOI 10.1126/sciadv.aba3747. (anglicky) 
2. Viskozita vody - Vodovod.info - portál vodárenství. www.vodovod.info [online]. [cit. 2024-01-15]. Dostupné online. 

Související články

• Mechanika tekutin
• Mechanika kontinua
• Supratekutost
• Viskozimetr
• Disperze
• Newtonův zákon viskozity

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu viskozita na Wikimedia Commons