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Viskosität und Oberflächenspannung in Flüssigkeiten verstehen

Zum Verständnis des Verhaltens von Feststoffen und Flüssigkeiten unter Scherspannung liefert Abbildung 2 eine anschauliche Darstellung von Gleichung 3. Die Viskosität, üblicherweise in Centipoise angegeben, spielt bei der Berechnung von Flüssigkeitsströmungen eine entscheidende Rolle. Sie wird oft als kinematische Viskosität (Volt) bezeichnet und beschreibt das Verhältnis von Viskosität zu Dichte und Kraft. Beispielsweise kann Schweröl eine kinematische Viskosität von bis zu 900 x 10-6 m²/Sekunde aufweisen, während Wasser bei 15 °C einen deutlich niedrigeren Wert von 1,14 x 10?m²/Sekunde aufweist. Die kinematische Viskosität einer Flüssigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab, sodass Luft bei Raumtemperatur eine etwa 13-mal höhere kinematische Viskosität als Wasser aufweist.

Die Oberflächenspannung ist eine grundlegende physikalische Eigenschaft, die faszinierende Phänomene wie das Schweben eines Wassertropfens an einem Fleck oder das Schwimmen eines Blattes auf der Oberfläche einer Flüssigkeit ermöglicht. Diese Eigenschaft entsteht durch die Wechselwirkung zwischen Molekülen an der Flüssigkeitsoberfläche und anderen nicht mischbaren Flüssigkeiten oder Gasen. Die Oberflächenspannung pro Längeneinheit wird in Mangan/Meter angegeben und ist relativ gering, etwa 73 Mangan/Meter für Wasser bei Raumtemperatur. Obwohl die Oberflächenspannung in hydraulischen Anwendungen im Vergleich zu anderen Kräften im Allgemeinen unbedeutend ist, wird sie in Szenarien mit freien Oberflächen und kleinen Randabmessungen, wie beispielsweise in hydraulischen Modellen, entscheidend.

Eine leuchtende Folge der Oberflächenspannung ist die Kapillarität. Kleine, zur Atmosphäre hin offene Rohre weisen eine signifikante Oberflächenspannung auf. Dies wird deutlich, wenn ein Glasrohr in Wasser getaucht wird, wodurch der Wasserstand im Rohr steigt und sich ein konkaver Meniskus bildet. Dieses Phänomen veranschaulicht die Lateralität der Adhäsion zwischen Wasser und Glas über die innere Kohärenz des Wassers. Das Verständnis von Viskosität und Oberflächenspannung in Flüssigkeiten ist für verschiedene wissenschaftliche und praktische Anwendungen von entscheidender Bedeutung und gibt Aufschluss über das komplexe Verhalten von Flüssigkeiten unter verschiedenen Bedingungen.

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Beitragszeit: 04.09.2024