Viskosität ist ein wissenschaftlicher Begriff, der den Strömungswiderstand einer Flüssigkeit beschreibt. Das Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, aber der Begriff wird häufiger mit Flüssigkeiten in Verbindung gebracht. Als einfaches Beispiel hat Sirup eine viel höhere Viskosität als Wasser: Es ist mehr Kraft erforderlich, einen Löffel durch ein Sirupglas zu bewegen als in einem Wasserglas, da der Sirup widerstandsfähiger gegen das Umfließen des Löffels ist. Dieser Widerstand ist auf die von den Molekülen der Flüssigkeit erzeugte Reibung zurückzuführen und beeinflusst sowohl das Ausmaß, in dem eine Flüssigkeit der Bewegung eines Objekts entgegenwirkt, als auch den Druck, der erforderlich ist, um eine Flüssigkeit durch ein Rohr oder Rohr zu bewegen. Die Viskosität wird durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst, einschließlich der Größe und Form der Moleküle, der Wechselwirkungen zwischen ihnen und der Temperatur.
Messung
Die Viskosität einer Flüssigkeit kann auf verschiedene Weise mit sogenannten Viskosimetern gemessen werden. Diese können entweder die Zeit messen, die eine Flüssigkeit benötigt, um eine bestimmte Strecke durch eine Röhre zu wandern, oder die Zeit, die ein Objekt mit einer bestimmten Größe und Dichte benötigt, um durch die interessierende Flüssigkeit zu fallen. Die SI-Maßeinheit hierfür ist die Pascal-Sekunde, wobei Pascal die Druckeinheit ist. Diese Qualität wird daher in Druck und Zeit gemessen, so dass eine viskose Flüssigkeit bei einem bestimmten Druck mehr Zeit benötigt, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen, als eine weniger viskose.
Faktoren, die die Viskosität beeinflussen
Flüssigkeiten mit größeren, komplexeren Molekülen haben in der Regel höhere Viskositäten. Dies gilt insbesondere für die langen, kettenförmigen Moleküle, die in Polymeren und schwereren Kohlenwasserstoffverbindungen vorkommen. Diese Moleküle neigen dazu, sich miteinander zu verheddern und ihre Bewegung zu behindern.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Art und Weise, wie die Moleküle miteinander interagieren. Polare Verbindungen können Wasserstoffbrückenbindungen bilden, die separate Moleküle miteinander verbinden und den Gesamtwiderstand gegen Strömung und Bewegung erhöhen. Obwohl Wasser ein polares Molekül ist, hat es eine niedrige Viskosität aufgrund der Tatsache, dass seine Moleküle klein sind. Die viskosesten Flüssigkeiten sind in der Regel solche mit langen Molekülen, die eine merkliche Polarität aufweisen, wie Glycerin und Propylenglykol.
Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die Viskosität – so sehr, dass Messungen dieser Qualität für Flüssigkeiten immer mit Temperaturen angegeben werden. In Flüssigkeiten nimmt sie mit der Temperatur ab, wie man sieht, wenn Sirup oder Honig erhitzt wird. Dies liegt daran, dass sich die Moleküle mehr bewegen und daher weniger Zeit miteinander in Kontakt bleiben. Im Gegensatz dazu nimmt der Bewegungswiderstand in Gasen mit der Temperatur zu. Dies liegt daran, dass bei schnellerer Bewegung der Moleküle mehr Kollisionen zwischen ihnen auftreten, was die Fließfähigkeit verringert.
Bedeutung für die Industrie
Rohöl wird oft über weite Strecken durch Regionen mit unterschiedlichen Temperaturen geleitet, und die Fließgeschwindigkeit als Reaktion auf den Druck variiert entsprechend. Das durch Alaska strömende Öl ist aufgrund der unterschiedlichen Bodentemperaturen zähflüssiger als Öl in Pipelines am Persischen Golf, und folglich muss mehr Druck ausgeübt werden, um es am Fließen zu halten. Um das Problem der Kraft, die erforderlich ist, um Öl durch Rohrleitungen zu fördern, zu lösen, messen Sensoren in einigen Rohrleitungen die Viskosität der Flüssigkeit und bestimmen, ob ein höherer oder niedrigerer Druck hinzugefügt werden muss, um den Ölfluss konstant und gleichmäßig zu halten.
Natürlich unterliegt auch Motoröl bei der Erwärmung durch einen Motor einer wechselnden Viskosität. Öl, das durch die Hitze des Motors zu dünn wird, funktioniert nicht richtig. Um dieses Problem zu lösen, werden dem Öl Polymere zugesetzt, um die Reibungsraten bei höheren Temperaturen konstant zu halten.
Relevanz für Vulkanismus
Die Viskosität von Magma oder heißem, geschmolzenem Gestein unter der Erdoberfläche ist ein wichtiger Faktor bei der Erforschung von Vulkanen. Flüssige Lava führt tendenziell zu häufigeren, aber weniger heftigen Eruptionen, da sie leicht aus Magmakammern und aus dem Vulkan herausfließt. Es ermöglicht auch, dass gelöstes Gas leichter heraussprudelt. Dickeres Magma neigt dazu, dieses Gas bei hohem Druck einzufangen, und es ist mehr Kraft erforderlich, um die Lava aus dem Vulkan auszustoßen, wodurch sich im Laufe der Zeit ein großer Druck aufbauen kann. Wenn diese Art von Vulkan ausbricht, geschieht dies explosionsartig, oft mit katastrophalen Folgen.