Viskosität

Viskosität, Eigenschaft von fluiden Medien (Flüssigkeiten, Gase), die dem Fließen entgegenwirkt, wenn eine Kraft auf sie ausgeübt wird. Hochviskose Flüssigkeiten widerstehen dem Fließen, Medien mit geringer Viskosität fließen etwas. Das Ausmaß der Viskosität wird dadurch bestimmt, wie stark eine in Bewegung befindliche Schicht – beispielsweise einer Flüssigkeit – benachbarte Schichten der Flüssigkeit mit sich zieht. Dies wird mit einem Viskosimeter gemessen, das aus einem Behälter mit genormter Bodenöffnung besteht. Die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit durch diese Öffnung fließt, ist ein Maß für ihre Viskosität. Siehe Strömungsmechanik.

Nach der Molekulartheorie müssen die Moleküle ruhender Schichten einer Flüssigkeit eine Grenze überschreiten, um in den Fließbereich zu kommen, wenn die Flüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft zu fließen beginnt. Haben sie die Grenze überschritten, erhalten die Moleküle Energie von denen, die bereits in Bewegung sind, und beginnen, sich ebenfalls zu bewegen. Aufgrund der Energieübertragung werden die bereits in Bewegung befindlichen Moleküle langsamer. Gleichzeitig überqueren Moleküle der in Bewegung befindlichen Schicht die Grenze in der anderen Richtung und treten in die ruhenden Schichten ein, wobei sie den ruhenden Molekülen einen Impuls geben. Das Nettoergebnis der beiderseitigen Bewegung über die Grenze sieht wie folgt aus: Die in Bewegung befindliche Flüssigkeit wird abgebremst, die ruhende Flüssigkeit wird in Bewegung gesetzt, und die sich bewegenden Schichten nehmen eine mittlere Geschwindigkeit an.

Um eine Flüssigkeitsschicht in einer schnelleren Bewegung zu halten als eine andere, muss ständig Kraft aufgewendet werden. Die Größe der Kraft (früher gemessen in Dyn pro Quadratzentimeter Oberfläche), die nötig ist, um einen Geschwindigkeitsunterschied von einem Zentimeter pro Sekunde zwischen zwei Schichten aufrechtzuerhalten, die einen Zentimeter voneinander entfernt sind, bestimmt die Viskosität. Für Wasser bei Zimmertemperatur (20 °C) beträgt die Viskositätszahl 0,0100; bei Siedetemperatur (100 °C) fällt sie auf 0,0028.

Die Viskosität einer Flüssigkeit verringert sich mit der bei steigender Temperatur abnehmenden Dichte. In einer weniger dichten Flüssigkeit sind weniger Moleküle pro Volumeneinheit vorhanden, welche die Bewegung von der bewegten Schicht zur ruhenden Schicht weitergeben können. Das beeinflusst die Geschwindigkeit der Schichten. Der Impuls wird weniger leicht zwischen den Schichten übertragen, und die Viskosität sinkt. In einigen Flüssigkeiten gleicht die höhere Geschwindigkeit der Moleküle gerade die Abnahme der Dichte aus. Siliconöle z. B. verändern bei Temperaturschwankungen ihre Fließeigenschaften kaum. Sie sind daher geeignete Schmiermittel für Maschinen, die großen Temperaturschwankungen unterworfen sind.