Lepkość jest istotnym parametrem charakteryzującym jakość (tarcie wewnętrzne) takich substancji, jak paliwa, oleje również gazy. Lepkość przejawia się w oporach występujących w ruchu samego ośrodka oraz w ruchu innych ciał wewnątrz ośrodka.
Miarą lepkości jest współczynnik η zwany lepkością dynamiczną. Stanowi on współczynnik proporcjonalności pomiędzy siłą styczną F (równą sile tarcia wewnętrznego) przyłożoną do warstwy o jednostkowej powierzchni A, a gradientem prędkości strugi w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu tak, aby utrzymać przepływ laminarny.
= η η =
Jednostką lepkości dynamicznej jest Pa∙s;
10-3 Pa∙s = 1m Pa∙s = 1cP (centypuaz)
Stosunek dynamicznego współczynnika lepkości do gęstości nazywamy kinematycznym współczynnikiem lepkości.
=
Jednostką kinematycznego współczynnika lepkości jest ;
10-6=1 = 1cSt (centystokes)
W cieczach źródłem zjawiska lepkości są siły przyciągania międzycząsteczkowego, które maleją ze wzrostem temperatury maleje, więc lepkość cieczy również maleje ze wzrostem temperatury
Lepkość gazów jest spowodowana przekazywaniem pędu przez cząsteczki warstwy szybszej cząsteczkom warstwy poruszającej się wolniej, podczas mieszania się cząsteczek warstw sąsiednich w wyniku ruchu cieplnego. Ze wzrostem temperatury wzrasta ruchliwość cząsteczek, zwiększa się przekazywanie energii, co wywołuje wzrost lepkość gazów.
Urządzenia do pomiaru lepkości nazywamy lepkościomierzami lub wiskozymetrami. Stosowane metody pomiaru lepkości przedstawiono na rys. 50.
Zasady pomiaru lepkości wiskozymetrami:
wiskozymetr kapilarny lub
gdzie: qV – strumień objętości
l, r – długość i promień kapilary
∆p – różnica ciśnień na długości kapilary
wiskozymetr rotacyjny
gdzie: M – moment obrotowy niezbędny do napędu z prędkością kątową ω cylindra wewnętrznego o promieniu r, zanurzonego w badanej cieczy, wypełniającej cylinder o promieniu R
Kr – stała wiskozymetru
wiskozymetr z opadającą kulką η = K (ρk – ρC) ∆t
gdzie: ρk, ρc – gęstość kulki i badanej cieczy
∆t – czas opadania kulki
K – stała wiskozymetru
wiskozymetr wibracyjny t = K √ η ρc
gdzie: t – czas zmniejszania amplitudy drgań pręta w badanej cieczy
ρc – gęstość badanej cieczy
K – stała wiskozymetru
Rys. 50. Zasady pomiaru lepkości wiskozymetrem - a) kapilarnym, b) rotacyjnym, c) z opadającą kulką, d) pomiar lepkości względnej, e) wiskozymetrem wibracyjnym
Pomiar lepkości względnej
Od lepkości zależy czas wypływu określonej objętości cieczy z naczynia przez kapilarę pod wpływem sił grawitacji. Lepkość względna definiowana jest jako stosunek czasu wypływu określonej objętości badanej cieczy do czasu wypływu tej samej objętości wody. Wyznaczenie lepkości sprowadza się, więc do pomiaru objętości i czasu (rys. 50 d).
Jednostką lepkości względnej są w Europie stopnie Englera (0E), w USA można spotkać sekundy Saybolta (‘’S) lub w Wielkiej Brytanii sekundy Redwooda (‘’R).