Το ιξώδες είναι ένας επιστημονικός όρος που περιγράφει την αντίσταση στη ροή ενός ρευστού. Το ρευστό μπορεί να είναι υγρό ή αέριο, αλλά ο όρος συνδέεται πιο συχνά με υγρά. Για ένα απλό παράδειγμα, το σιρόπι έχει πολύ υψηλότερο ιξώδες από το νερό: απαιτείται περισσότερη δύναμη για να μετακινήσετε ένα κουτάλι μέσα από ένα βάζο με σιρόπι παρά σε ένα βάζο με νερό, επειδή το σιρόπι είναι πιο ανθεκτικό στο να ρέει γύρω από το κουτάλι. Αυτή η αντίσταση οφείλεται στην τριβή που παράγεται από τα μόρια του ρευστού και επηρεάζει τόσο τον βαθμό στον οποίο ένα ρευστό θα αντιτίθεται στην κίνηση ενός αντικειμένου μέσα από αυτό όσο και την πίεση που απαιτείται για να κάνει ένα ρευστό να κινηθεί μέσω ενός σωλήνα ή σωλήνα. Το ιξώδες επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, όπως το μέγεθος και το σχήμα των μορίων, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους και η θερμοκρασία.
Μέτρηση
Το ιξώδες ενός υγρού μπορεί να μετρηθεί με διάφορους τρόπους με συσκευές που ονομάζονται ιξωδόμετρα. Αυτά μπορούν είτε να μετρήσουν τον χρόνο που χρειάζεται για να μετακινηθεί ένα ρευστό σε μια συγκεκριμένη απόσταση μέσω ενός σωλήνα είτε τον χρόνο που απαιτείται για να πέσει ένα αντικείμενο με δεδομένο μέγεθος και πυκνότητα μέσα από το υγρό που μας ενδιαφέρει. Η μονάδα μέτρησης SI για αυτό είναι το pascal-second, με το pascal να είναι η μονάδα πίεσης. Αυτή η ποιότητα επομένως μετριέται σε όρους πίεσης και χρόνου, έτσι ώστε, υπό μια δεδομένη πίεση, ένα παχύρρευστο υγρό θα χρειαστεί περισσότερο χρόνο για να μετακινηθεί σε μια δεδομένη απόσταση από ένα λιγότερο ιξώδες.
Παράγοντες που επηρεάζουν το ιξώδες
Κατά κανόνα, τα υγρά με μεγαλύτερα, πιο πολύπλοκα μόρια θα έχουν υψηλότερα ιξώδη. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα μακριά, όμοια με αλυσίδα μόρια που βρίσκονται στα πολυμερή και στις βαρύτερες ενώσεις υδρογονανθράκων. Αυτά τα μόρια τείνουν να μπλέκονται το ένα με το άλλο, εμποδίζοντας την κίνησή τους.
Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι ο τρόπος που τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Οι πολικές ενώσεις μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου που συνδέουν ξεχωριστά μόρια μεταξύ τους, αυξάνοντας τη συνολική αντίσταση στη ροή και την κίνηση. Αν και το νερό είναι πολικό μόριο, έχει χαμηλό ιξώδες λόγω του ότι τα μόριά του είναι μικρά. Τα πιο παχύρρευστα υγρά τείνουν να είναι αυτά με μακρά μόρια που έχουν αξιοσημείωτη πολικότητα, όπως η γλυκερίνη και η προπυλενογλυκόλη.
Η θερμοκρασία έχει μεγάλη επίδραση στο ιξώδες — τόσο πολύ που οι μετρήσεις αυτής της ποιότητας για τα υγρά δίνονται πάντα με τις θερμοκρασίες. Στα υγρά μειώνεται με τη θερμοκρασία, όπως φαίνεται αν ζεσταθεί το σιρόπι ή το μέλι. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα μόρια κινούνται περισσότερο και επομένως περνούν λιγότερο χρόνο σε επαφή μεταξύ τους. Αντίθετα, η αντίσταση στην κίνηση των αερίων αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει γιατί, καθώς τα μόρια κινούνται πιο γρήγορα, υπάρχουν περισσότερες συγκρούσεις μεταξύ τους, γεγονός που μειώνει την ικανότητα ροής.
Σημασία για τη βιομηχανία
Το αργό πετρέλαιο διοχετεύεται συχνά σε μεγάλες αποστάσεις σε περιοχές με ποικίλες θερμοκρασίες και ο ρυθμός ροής ως απόκριση στην πίεση ποικίλλει ανάλογα. Το πετρέλαιο που ρέει μέσω της Αλάσκας είναι πιο παχύρρευστο από το πετρέλαιο στους αγωγούς στον Περσικό Κόλπο, λόγω των διαφορετικών θερμοκρασιών του εδάφους, και κατά συνέπεια χρειάζεται να ασκηθεί περισσότερη πίεση για να διατηρηθεί η ροή του. Για να αντιμετωπιστεί το ζήτημα της δύναμης που απαιτείται για την παροχή λαδιού μέσω των σωληνώσεων, αισθητήρες σε ορισμένους σωλήνες μετρούν το ιξώδες του ρευστού και καθορίζουν εάν πρέπει να προστεθεί μεγαλύτερη ή μικρότερη πίεση για να διατηρηθεί η ροή του λαδιού σταθερή και σταθερή.
Φυσικά, το λάδι κινητήρα υπόκειται επίσης σε αλλαγή ιξώδους όταν θερμαίνεται από έναν κινητήρα. Το λάδι που γίνεται πολύ λεπτό από τη θερμότητα του κινητήρα δεν θα λειτουργήσει σωστά. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, προστίθενται πολυμερή στο λάδι για να διατηρούν σταθερούς τους ρυθμούς τριβής σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Συνάφεια με τον ηφαιστειακό
Το ιξώδες του μάγματος, ή θερμού, λιωμένου πετρώματος κάτω από την επιφάνεια της Γης, είναι ένας σημαντικός παράγοντας στη μελέτη των ηφαιστείων. Η ρευστή λάβα τείνει να έχει ως αποτέλεσμα πιο συχνές αλλά λιγότερο βίαιες εκρήξεις, καθώς ρέει εύκολα από τους θαλάμους μάγματος και έξω από το ηφαίστειο. Επιτρέπει επίσης στο διαλυμένο αέριο να βγαίνει πιο εύκολα. Το παχύτερο μάγμα τείνει να παγιδεύει αυτό το αέριο σε υψηλή πίεση και απαιτείται περισσότερη δύναμη για την εκτόξευση της λάβας από το ηφαίστειο, επιτρέποντας τη δημιουργία μεγάλης πίεσης με την πάροδο του χρόνου. Όταν αυτό το είδος ηφαιστείου εκρήγνυται, το κάνει εκρηκτικά, συχνά με καταστροφικές συνέπειες.