Kalkulator lepkości wody

Omni kalkulator lepkości wody pomoże ci określić lepkość wody w temperaturze pokojowej jak również w dowolnej temperaturze, nawet powyżej $300\mathrm{\degree C}$! Z naszego kalkulatora dowiesz się, czym jest lepkość bezwzględna wody (powszechnie znana jako lepkość dynamiczna) i jak przeliczyć ją na lepkość kinematyczną. Dowiesz się również, jak obliczyć lepkość i poznasz wpływ temperatury na lepkość wody przy użyciu różnych metod.

Nasz kalkulator lepkości wody wyświetla wykres lepkości wody od temperatury i tabelę, dzięki czemu możesz sprawdzić wpływ temperatury na lepkość i gęstość wody. Chociaż nasze wykresy i tabele zawierają wartości w jednostkach SI, to w tym kalkulatorze pokazaliśmy również, jak możemy wyrazić lepkość wody w innych jednostkach. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej!

Lepkość jest miarą oporu płynu na przepływ. Im wyższa lepkość płynu (cieczy lub gazu), tym wolniej przemieszcza się on po powierzchni. Wyobraź sobie, że na śniadanie polewasz gofry syropem klonowym. Syrop klonowy, bardzo lepki płyn, będzie lał się wolniej niż wtedy, gdy polejesz płatki śniadaniowe mlekiem, ponieważ lepkość mleka jest znacznie niższa.

Możemy również wyrazić lepkość jako tarcie wewnętrzne płynu w ruchu. Przyciąganie między cząsteczkami lepkiego płynu jest znacznie większe niż w przypadku płynu o mniejszej lepkości.

Jednak gdy podgrzejemy nasze płyny, czyli dostarczymy dodatkową energię cieplną, to ich cząsteczki zaczną poruszać się szybciej. W gazach, cząsteczki doświadczają większego tarcia o siebie, przez co płyną wolniej i stają się lepkie. W cieczach, gdy cząsteczki zaczynają poruszać się szybciej, ich wzajemne przyciąganie słabnie. Osłabienie to powoduje, że cząsteczki cieczy poruszają się swobodniej, a zatem mają niższą lepkość.

W poniższym artykule skupimy się bardziej na lepkości cieczy, a konkretnie na lepkości kinematycznej i lepkości dynamicznej wody. Kiedy mówimy o lepkości, mamy na myśli lepkość dynamiczną. Lepkość dynamiczna, czyli lepkość bezwzględna wody lub dowolnego płynu, jest proporcjonalna do stycznego nacisku ścinającego na jednostkę powierzchni, potrzebnego do przemieszczenia jednej płyty ze stałą szybkością nad drugą płytą przy utrzymanej odległości między tymi dwiema warstwami, tak jak w przepływie Couette'a, co pokazano poniżej:

Im większa siła potrzebna do poruszenia płyty, tym bardziej lepki jest płyn. Wybierając między dwoma typami lepkości, warto zauważyć, że lepkość dynamiczna mówi nam o sile wymaganej do poruszenia płynu z określoną szybkością. Z kolei lepkość kinematyczna mówi o szybkości, jaką osiąga płyn po przyłożeniu do niego określonej siły.

Lepkość dynamiczną możemy mierzyć w milipaskalach-sekundach ($\mathrm{mPa\cdot s}$) lub w bardziej wyszukanym odpowiedniku zwanym centypuazom ($\mathrm{cP}$). Z drugiej strony, możemy wyrazić lepkość kinematyczną w milimetrach kwadratowych na sekundę ($\mathrm{mm^2/s}$), która ma również odpowiednik zwany centystoksem ($\mathrm{cSt}$). Dla uproszczenia tego tekstu będziemy używać tylko milipaskali-sekund i milimetrów kwadratowych na sekundę odpowiednio dla lepkości dynamicznej i lepkości kinematycznej.

Jeśli jednak potrzebujesz wyrazić lepkość wody w jednostkach angielskich, zawsze możesz zmienić jednostki przy odpowiednich zmiennych. Możesz też skorzystać z naszego przelicznika ciśnienia 🇺🇸 i przelicznika powierzchni 🇺🇸 do samodzielnego przeliczania, zwłaszcza jeśli masz wiele wartości do konwersji.

Woda, jako najczęściej badana ciecz, jest najlepszym płynem do rozpoczęcia nauki o lepkości. Lepkość dynamiczna wody w temperaturze pokojowej ma wartość około $1,\!0\ \mathrm{mPa\cdot s}$ i maleje wraz ze wzrostem temperatury. Wartość ta to lepkość wody w temperaturze $20\mathrm{\degree C}$. Poniżej znajduje się wykres zależności lepkości wody od temperatury, który pokazuje wpływ temperatury na lepkość dynamiczną i lepkość kinematyczną wody.

Powyższy wykres lepkości wody w zależności od temperatury jest wizualną reprezentacją danych zapisanych poniżej. Aby uzyskać te dane, przeprowadzono eksperymenty w różnych temperaturach. W poniższej tabeli uwzględniliśmy również gęstość wody, ponieważ odgrywa ona kluczową rolę w przeliczaniu lepkości dynamicznej na lepkość kinematyczną (to coś, czego nauczyliśmy się w przeliczniku puazów na stoksy 🇺🇸), jak zobaczysz w dalszej części tego artykułu.

Aby skorzystać z naszego kalkulatora, wprowadź temperaturę, dla której chcesz poznać lepkość wody. Możesz również zaznaczyć punkt na wykresie w naszym kalkulatorze, aby zobaczyć wartości lepkości w dowolnej temperaturze.

W Omni kalkulatorze lepkości wody uwzględniliśmy również wartości gęstości wody w dowolnej temperaturze jako bonus.

Aby określić lepkość wody w dowolnej temperaturze, możemy skorzystać z tabeli lub wykresu zależności lepkości wody od temperatury, zamieszczonego w rozdziale Jaka jest lepkość wody? i zastosować metodę interpolacji (na przykład tę, którą poznaliśmy w kalkulatorze interpolacji liniowej 🇺🇸) dla innych temperatur, które nie zostały zapisane w tabeli.

Korzystając z wykresu, możemy w przybliżeniu określić żądaną temperaturę, a następnie (1) narysować pionową linię od osi x, aż do przecięcia się z krzywą. W kolejnym kroku należy (2) narysować poziomą linię od tego przecięcia. Możemy teraz zobaczyć przybliżoną lepkość wody w danej temperaturze tak jak w przypadku pokazanym poniżej dla $125\mathrm{\degree C}$:

W zależności od wybranej metody (użyj kalkulatora lepkości wody z metodą interpolacji lub narysuj linie), możesz uzyskać różne wartości lepkości wody (dynamicznej i kinematycznej).

Dobrą praktyką jest jednak wybranie tylko jednej metody podczas porównywania wielu wartości lepkości w różnych temperaturach. W ten sposób koncepcje stojące za uzyskanymi wartościami będą spójne i odpowiednie do porównań. W każdym razie wybralibyśmy pierwszą metodę (metodę interpolacji), ponieważ jest ona dokładniejsza niż rysowanie pionowych i poziomych linii na wykresie.

Oprócz obliczenia lepkości dynamicznej możemy również potrzebować obliczyć lepkość kinematyczną wody w dowolnej temperaturze. Także w tym przypadku możemy skorzystać z wykresu lepkości wody w zależności od temperatury lub tabeli zamieszczonej powyżej i postępować zgodnie z tymi samymi instrukcjami. Możemy również obliczyć lepkość kinematyczną wody na podstawie lepkości dynamicznej, dzieląc lepkość dynamiczną przez gęstość wody, jak pokazano poniżej:

gdzie:

• $\nu_T$ oznacza lepkość kinematyczną w temperaturze $T$;
• $\eta_T$ — lepkość dynamiczna w temperaturze $T$; oraz
• $\rho_T$ — gęstość wody w temperaturze $T$.

Zwróć uwagę, że temperatura również wpływa na gęstość wody i że wszystkie niezbędne interpolacje liniowe powinny być wykonane przed obliczeniami. Załóżmy, że wcześniej obliczyliśmy gęstość wody w temperaturze $78\mathrm{\degree C}$ jako w przybliżeniu równą $0,\!973\ \mathrm{g/cm^3}$. Ponadto, korzystając z metody interpolacji, stwierdzamy, że lepkość dynamiczna wody w temperaturze $78\mathrm{\degree C}$ wynosi około $0,\!36336\ \mathrm{mPa \cdot s}$. Następnie przeliczamy tę wartość lepkości dynamicznej na lepkość kinematyczną w następujący sposób:

Korzystając z przedstawionego przeliczania, możemy teraz powiedzieć, że lepkość kinematyczna wody w temperaturze $78\mathrm{\degree C}$ wynosi w przybliżeniu $0,\!37344\ \mathrm{mm^2/s}$.

Lepkość jest miarą oporu przepływu płynu. Im wyższa lepkość płynu, tym wolniej płynie on po powierzchni. Na przykład, syrop klonowy i miód są płynami o wysokiej lepkości, ponieważ płyną powoli. Dla porównania, płyny takie jak woda i alkohol mają niską lepkość, ponieważ płyną bardzo swobodnie.

Lepkość dynamiczną możemy wyrazić w milipaskalach-sekundach (mPa⋅s) lub centypuazach (cP), gdzie 1 mPa⋅s = 1 cP. Z kolei lepkość kinematyczną możemy wyrazić w milimetrach kwadratowych na sekundę (mm²/s) lub centystoksach (cSt), gdzie 1 mm²/s = 1 cSt.

Lepkość wody wynosi 1,0016 mPa⋅s w temperaturze 20°C. Jest to lepkość dynamiczna. Lepkość wody zmienia się w zależności od temperatury — im wyższa jest temperatura, tym mniej lepka jest woda. Lepkość wody w temperaturze 80°C wynosi 0,354 mPa⋅s.

Tak, lepkość wody zmienia się wraz z temperaturą. Woda ma zazwyczaj wyższą lepkość w niższych temperaturach i niższą lepkość w wyższych temperaturach. Pomyśl o umieszczeniu wody w zamrażarce. Cząsteczki wody w niższej temperaturze zaczynają tracić swoją energię, przyciągają się bardziej do siebie i płyną dość wolno, aż ostatecznie woda zamieni się w lód.

Możesz określić lepkość wody w danej temperaturze na podstawie wykresu lepkości wody od temperatury lub korzystając z metody interpolacji wartości z tabeli lepkości wody w stosunku do temperatury. Korzystając z tabeli:

1. Znajdź potrzebną temperaturę na osi X;
2. Narysuj pionową linię od osi X aż do wykresu lepkości wody;
3. Na przecięciu narysuj poziomą linię biegnącą do osi Y, aby znaleźć szukaną lepkość.

Tak, gazy również mają lepkość. Jednak w przeciwieństwie do cieczy, lepkość gazów wzrasta w wyższych temperaturach. Innymi słowy, gdy robi się cieplej, gazy takie jak powietrze wykazują większy opór wewnętrzny niż gdy jest chłodniej.

Po prostu pomnóż lepkość kinematyczną cieczy w danej temperaturze przez jej gęstość w tej samej temperaturze. Na przykład, lepkość kinematyczna i gęstość wody w temperaturze 78°C wynosi odpowiednio 0,37344 mm²/s i 0,973 g/cm³. Mnożąc je razem, otrzymujemy 0,37344 mm²/s ⋅ 0,973 g/cm³ = 0,36336 mPa⋅s, co jest lepkością dynamiczną wody w temperaturze 78°C.

Umieść wodę w bardzo niskiej temperaturze, aby zwiększyć jej lepkość. W niższych temperaturach cząsteczki wody mają tendencję do tracenia energii, co sprawia, że ściśle przylegają do siebie. To nagromadzenie powoduje, że cząsteczki wody doświadczają większego tarcia o siebie, przez co płyną wolniej lub stają się lepkie.

W temperaturze 20°C lepkość kinematyczna wody wynosi około 1 mm²/s i wzrasta w niższych temperaturach. W temperaturze 10°C lepkość kinematyczna wody wynosi około 1,3 mm²/s, podczas gdy w temperaturze 30°C wynosi około 0,8 mm²/s. Zwiększenie temperatury zmniejsza lepkość wody.

Woda ma niską lepkość, ponieważ może łatwo płynąć. Z drugiej strony, płyny, które potrzebują więcej czasu, aby przepłynąć tę samą odległość, takie jak miód czy gliceryna, mają wysoką lepkość. Warto również zauważyć, że temperatura wpływa na lepkość płynów. Zimny miód będzie płynął jeszcze wolniej niż miód w temperaturze pokojowej. Z kolei ciepły miód będzie płynął szybciej. Dotyczy to również wody.

Dodanie substancji zagęszczających wodę, takich jak cukier, zwiększa lepkość wody. Im więcej cukru zostanie dodane, tym bardziej lepka będzie woda i tym wolniej będzie płynąć. Dostarczenie ciepła do mieszaniny pomoże w wymieszaniu większej ilości cukru z wodą. Gdy mieszanina ostygnie do temperatury pokojowej, będzie bardziej lepka niż wtedy, gdy jest jeszcze gorąca.

Tak, dodanie soli do wody zwiększa jej lepkość. Ponieważ dodanie soli do wody tworzy bardziej zagęszczony roztwór, to jej lepkość również wzrasta. Chociaż może to nie być łatwo wyczuwalne przy porównywaniu wody słonej i niesolonej, będzie już zauważalne przy wyższych stężeniach soli.

Możesz użyć wiskozymetru. Istnieje wiele rodzajów wiskozymetrów, ale jednym z najprostszych i najłatwiejszych w użyciu jest wiskozymetr Ostwalda.

Wiskozymetr Ostwalda to szklana rurka w kształcie litery U z wyznaczonymi wypustkami i dwoma oznaczeniami, przez które powinna przechodzić badana ciecz. Podczas obserwacji czas potrzebny na przejście poziomu cieczy przez dwa oznaczenia będzie reprezentował lepkość kinematyczną cieczy. Procedura ta musi być przeprowadzona w dobrze określonej temperaturze.