Viskosität

Viskosität
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Reibung		Motoröl

Schülerexperiment zur Bestimmung der Viskosität mittels Bürette

Viskosität charakterisiert das "Fließverhalten" bzw. die Zähigkeit einer Flüssigkeit. Je höher die Viskosität, desto "dickflüssiger" ist die Substanz.

Die V. resultiert aus den zwischenmolekularen Kräften in einem Fluid, ist also abhängig von der Kohäsion zwischen den Molekülen oder Teilchen. Man spricht daher auch von der inneren Reibung.

Kinematische Viskosität

Die kinematische Viskosität ν (nü) wird mittels Kapillarviskosimeter bestimmt. Hierzu die Auslaufzeit gemessen, die ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen bei Prüftemperatur benötigt, um aus dem Kapillarviskosimeter zu fließen.

Übliche Einheit der kinematischen Viskosität ist mm²/s ≙ cSt.

π · r4 · g · h · t     ν  =  ──────────      8 · V · l

V = Flüssigkeitsvolumen; r = Radius der Kapillare; l = Länge der Kapillare; t = Auslaufzeit; g = Fallbeschleunigung; h = hydrostat. Druckhöhe, dies ist die Höhendifferenz zwischen Flüssigkeitsspiegel im Vorratsgefäß und der unteren Öffnung der Kapillare.

Beispiele:

• Wasser hat bei 20°C eine kinematische Viskosität von 1 mm²/s
• Siliconöle mit definierten Viskositäten 10, 100, 1.000 cSt sind in der Sammlung vorhanden, s. Silicon
• weitere Werte s. Tabelle Eur.-TB (45. Aufl.), S. 267.

ISO-Viskositätsklassen

Bereiche kinematischer Viskosität bei 40°C werden zu ISO-Viskositätsklassen zusammengefasst. Liegt die kinematische Viskosität eines Schmieröls beispielsweise zwischen 420 - 500 mm²/s wird es ISO 460 zugeordnet.

• RM, S. 91: Bild 4-14: Viskositätsklasssifikationen

Dynamische Viskosität

Die dyn. V. η kann mit einem Kugelfallviskosimeter bestimmt werden. Aus der Fallzeit einer Kugel definierter Größe in einem mit dem Prüföl befüllten Glasrohr definierter Größe wird die dyn. Viskosität errechnet (Römpp):

2 · r² · g · (ρK - ρFl)     η  =  ──────────────      9 · v · (1 + 2,4 · r/R)

r = Radius der Kugel; R = Radius des Rohres; v = Fallgeschwindigkeit; ρK = Dichte der Kugel; ρFl = Dichte der Flüssigkeit; g = Fallbeschleunigung; Der Term (1 + 2,4 · r/R) ist ein Korrekturfaktor (1...3,4) zur Berücksichtigung, dass der theoretische Fall R/r = oo in der Praxis nicht vorliegt.

m² · N · kg · s     [η]  =  ─────────      kg · m³ · m

Aus der Einheitengleichung (links) ergibt sich nach Kürzen und unter Berücksichtigung von 1 Pa = 1 N/m² die Einheit Pas (Pascalsekunde).

SAE-Viskositätsklassen

Bei Kfz-Motorenölen erfolgt die Angabe der Viskosität gemäß SAE (Society of Automotive Engeneers), üblicherweise im Bereich zwischen SAE 5 (dünnflüssig) und SAE 50 (dickflüssig). Eine rechnerische Ableitung der SAE-Viskositätsklasse aus der kinematischen Viskosität ist nicht möglich, eine Zuordnungstabelle findet sich in:

• RM, S. 91: Bild 4-14: Viskositätsklasssifikationen

Beispiel: Bei 100°C (Betriebstemperatur) beträgt die kinematische Viskosität eines Motorenöls SAE 40 ca. 14 mm²/s, für SAE 10 ca. 5 mm²/s.

Umrechnung

Multipliziert man die kinematische Viskosität ν mit der Dichte der Flüssigkeit ρ, erhält man die dyn. V. η:

η = ν · ρ

Einheitenumformung

• Umrechnung verschiedener Viskositätseinheiten
• Pas = Nsm^-2 = kg/ms
• alt: Angabe in Poise (P). 1 P = 0,1 Pas bzw. 1 cP = 1 mPas (1 Zentipoise = 1 Millipascal-Sekunde)

Temperaturabhängigkeit

Die V. sinkt mit zunehmender Temperatur, das Öl wird dünnflüssiger, s. Tabelle RM 15-9, rechnerisch Formel RM 15.2.

Technische Bedeutung

• Motoröl
• Stoßdämpfer

Experimente

• Viskosität von Alkoholen, in: Chemie? - Aber sicher!, Seite 15-4

Übungen

• RM 15.1, 15.2

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen zum Thema Viskosität:
Chemie FOS-T     auf Seite -	Chemie heute     auf Seite -	Elemente Chemie     auf Seite 68

Weblinks

• Viskosität als Google-Suchbegriff
• Viskosität in der Wikipedia
• Viskosität hier in bs-wiki.de mit Google
• Viskosität als Youtube-Video
• Viskosität von Flüssigkeiten: [1] [2]