Viskosität

Die Viskosität ist die Zähflüssigkeit oder Zähigkeit einer Flüssigkeit oder eines Gases. Dabei nimmt man ein Model, dass aus zwei übereinanderliegenden Platten besteht. Zwischen diesen Platten befindet sich ein Stoff, der an beiden Platten haftet. In unserer Vorstellung ist der Stoff in parallele Schichten unterteilt. Die eine Platte wird nun in eine Richtung gezogen, wobei auf die Schichten des Stoffes nun Kräfte wirken, die andere Platte ruht. An der bewegten Platte wird die erste benachbarte Schicht mitgezogen, die Schicht bei der ruhenden Platte hingegen steht still.

Was geschieht nun mit den Schichten dazwischen?

Jede Schicht gibt die Bewegungsgeschwindigkeit anders an die nächste Schicht weiter. Die Geschwindigkeit nimmt von der bewegten Platte hin zur ruhenden Platte natürlich ab. Das liegt daran, dass sich die Teilchen des Stoffes sozusagen gegenseitig im Wege stehen und aneinander „vorbeimüssen“. Zwischen kleinsten Teilchen wirken außerdem elektrostatische Anziehungskräfte. Wie schnell oder langsam sich die Schichten bewegen, hängt also von den Stoffeigenschaften ab und bestimmt die Viskosität. Eingeteilt werden die Stoffe in niedrig-, mittel- und hochviskos. Man kann sich nun vorstellen, dass ein Stoff mit einer hohen Viskosität weniger fließfähig ist als ein Stoff mit niedriger Viskosität.

Einheiten

In der Praxis hat sich die Maßeinheit Pascalsekunde (Pas) etabliert. Daneben gibt es für Stoffe mit niedriger Viskosität die Einheit Millipascalsekunde (mPas). mPas ist dabei mittlerweile gängiger.

Auch die Einheit Centistokes (cST) findet Anwendung (siehe unten unter Auslaufbecher).

Abhängigkeiten

Die Viskosität eines Stoffes wird noch von anderen Faktoren beeinflusst. Das ist zum Beispiel, und auch am einflussreichsten, die Temperatur. So sinkt die Viskosität bei zunehmender Temperatur. Bei sinkender Temperatur steigt sie wieder. Deshalb ist es wichtig, bei der Bestimmung der Viskosität die Temperatur mit anzugeben.

Natürlich hängt die Viskosität noch von anderen Faktoren ab, wie etwa den spezifischen Stoffeigenschaften wie Form und Größe der Moleküle etc.

Beispiele zur Veranschaulichung

Um sich das Abstrakte besser vorstellen zu können, hier einige Beispiel aus dem Alltag. Selbstverständlich sind dies nur Näherungswerten, denn die Viskosität kann bei manchen Stoffen von Art zu Art, zum Beispiel bei Honig, schwanken:

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Viskositätsbestimmung

Um die Zähigkeit von Flüssigkeiten zu bestimmen werden Viskositätsmesser eingesetzt:

Auslaufbecher

Der Auslaufbecher ist für niedrigviskose Flüssigkeiten die schnellste Art, die Viskosität festzustellen. Er ist ein hohler Zylinder meist aus eloxiertem Aluminium mit einer Edelstahl-Auslaufsdüse. Dabei wird die Zeit gemessen, die die Flüssigkeit braucht, um den Auslaufbecher zu verlassen.

Für den Prozess wird also die Testflüssigkeit in den Auslaufbecher bei verschlossener Düse gegossen. Anschließend wird mit einer Glasplatte die überschüssige Flüssigkeit in den Becherrand abgestreift. Sodann kann die Düse geöffnet werden und die Zeitmessung beginnt. Start der Zeitmessung ist, wenn die Flüssigkeit anfängt, aus der unteren Öffnung des Bechers auszutreten. Bei Tauchauslaufbechern wird der Becher in die Flüssigkeit eingetaucht und schnell wieder herausgezogen. Beim Herausziehen wird die Zeitmessung gestartet. Die Zeitmessung endet, wenn die Flüssigkeit nicht mehr gleichmäßig aus der Öffnung fließt bzw. ein Abriss stattfindet. Einheit sind Sekunden. Unter Verwendung einer Viskositäts-Umrechnungsscheibe passend zum Becher kann dieses Ergebnis in Centistoke (cST) umgewandelt werden.

Zur Einhaltung von Standards gibt es verschiedene DIN- und ISO-Becher. Die Zahl (z.B. DIN4-Becher) gibt dabei den Durchmesser der Düsenöffnung an. Auf dem Markt gibt es Auslaufbecher nach DIN 53211 und präzisere Auslaufbecher nach der neueren DIN ISO 2431.

Rotationsviskosimeter

Sind Flüssigkeiten allerdings hochviskos, erhält man mit einem Auslaufbecher aufgrund des langsamen Fließverhaltens keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Für hochviskose Medien müssen deshalb aufwendigere Verfahren angewandt werden. Bei dem Rotationsviskosimeter wird die Messflüssigkeit in einen Spalt zwischen einem inneren Zylinder und einem diesen umrandenden äußeren Zylinder gegeben. Anschließend wird der innere Zylinder durch einen Motor angetrieben während der äußere stehen bleibt. Die Messflüssigkeit bremst die Bewegung des rotierenden Zylinders ab, was als Messsignal mit unterschiedlichen Mitteln erfasst werden kann.

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