Độ nhớt, sức căng bề mặt là những khái niệm khá phổ biến trong giới vật lý. Với cuộc sống thường ngày, chúng ta cũng tiếp xúc rất nhiều với các chất lỏng với những độ nhớt khác nhau. Qua bài viết sau đây, chúng ta hãy cùng xem độ nhớt là gì. Và liệu độ nhớt của nước có gì khác so với độ nhớt của các chất lỏng như mật ong, xi rô,…?
1. Độ nhớt là gì?
Độ nhớt là gì? Độ nhớt của nước là gì?
Độ nhớt là thước đo khả năng chống chảy của chất lỏng. Và bạn không cần phải làm việc trong phòng thí nghiệm để quan sát được điều này. Bất cứ ai dành bất kỳ thời gian nào trong nhà bếp đều quan sát thấy nhiều loại chất lỏng với nhiều độ nhớt khác nhau.
Nước, sữa và nước ép hoa quả đều chảy rất dễ dàng. Điều này có thể quan sát được khi bạn rót từng chút vào ly. Đây là các ví dụ điển hình về độ nhớt thấp hoặc chất lỏng loãng.
Một số ví dụ khác như dầu thực vật, xi-rô và xà phòng rửa bát sẽ có độ nhớt cao hơn đáng kể. Chúng chống lại dòng chảy và đổ ra chậm hơn. Đây được gọi là chất lỏng có độ nhớt trung bình.
Mật ong, mật mía và sô cô la tan chảy rất khó đổ. Vì thế chúng ta thường lấy thìa hoặc dụng cụ khác để đẩy nhanh quá trình chảy của chúng. Và đó là những chất lỏng có độ nhớt cao.
Bơ đậu phộng, mứt và caramel thường không đổ chút nào và cần có dụng cụ để lấy chúng ra khỏi hộp đựng. Người ta gọi đó là chất lỏng có độ nhớt rất cao. Những chất lỏng này đặc đến mức chúng làm mờ ranh giới giữa chất lỏng và chất rắn. Nhưng không giống như chất rắn, độ nhớt của những chất lỏng này có thể đo lường và định lượng được.
2. Ý nghĩa điều tiết của độ nhớt là gì?
Chất lỏng có độ nhớt thấp hơn thường nguy hiểm hơn. Vì chúng có thể chảy tràn nhanh hơn. Thông thường, nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt của chất lỏng và làm cho chất lỏng trở nên nguy hiểm hơn.
Một hydrocacbon được các nhà khoa học phân loại là có nguy cơ độc tính khi hít phải loại 1 nếu độ nhớt động học của nó nhỏ hơn 20,5mm2/s (20 cSts) ở 40°C.
3. Đơn vị của độ nhớt là gì và công cụ đo lường
Ở dạng đơn giản nhất, 2 hộp chứa có thể đổ ra hai thể tích chất lỏng giống hệt nhau. Trong đó, một thể tích có độ nhớt đã biết, và một thể tích cần đo. Nếu độ nhớt của chúng gần như nhau, thì thời gian đổ ra sẽ tương đương. Một phương pháp tương tự là thả viên bi kim loại vào chất lỏng và đo thời gian mà nó chảy qua chất lỏng đó. Trong trường hợp này, điều quan trọng là 2 viên bi phải có cùng kích thước/trọng lượng và các vật chứa cũng có cùng kích thước. Từ đó tạo cho chất lỏng có cùng diện tích chảy xung quanh viên bi khi nó rơi xuống.
Để có một phép đo chính xác hơn thì cần có một máy đo độ nhớt. Máy đo độ nhớt là thiết bị bất kỳ được thiết kế để đo độ nhớt. Nhìn chung, có hai kiểu đo độ nhớt khác nhau:
- Độ nhớt động học thì phụ thuộc vào khối lượng riêng của chất lỏng. Có nhiều đơn vị đo lường nhưng phổ biến nhất là centistokes, viết tắt là cSt.
- Độ nhớt động lực chỉ phụ thuộc vào các lực liên quan đến sự biến dạng của chất lỏng. Có nhiều đơn vị đo lường nhưng phổ biến nhất là centipoise, viết tắt là cP.
4. Phương pháp thông thường để ước tính độ nhớt là gì?
4.1. Phương pháp so sánh
Bằng cách đổ hoặc “đập” một chất lỏng vào bình và so sánh dòng chảy của nó với một chất lỏng khác có độ nhớt đã biết, chúng ta có thể ước tính xem chất lỏng mẫu là nhớt hơn, ít nhớt hơn, hay gần giống độ nhớt như chất lỏng đã biết được đưa vào so sánh. Các ví dụ phổ biến được sử dụng để so sánh bao gồm:
- Nước 1 cSt
- Nhiên liệu Diesel 4 cSt
- Dầu ô liu 70 cSt
- Xà phòng cầm tay 3300 cSt
- Xi-rô ngô 3600 cSt
- Mật ong 7000 cSt
- Kem đánh răng 70000 cSt
Đây là một phương pháp khá chủ quan và chỉ là một ước tính sơ bộ về độ nhớt của chất lỏng. Nhưng những mô tả như thế này có thể giúp xác định rõ hơn độ nhớt của chất lỏng thay vì sử dụng các thuật ngữ mơ hồ như “đặc” hoặc “nặng”.
4.2. Phương pháp The Pencil Test
Được phát triển bởi Viking Pump, bài kiểm tra bút chì là một dạng thô của máy đo độ nhớt động học. Họ sử dụng một cây bút chì bằng gỗ đã được mài nhẵn, một bình chứa chất lỏng đủ sâu để nhấn cây bút chì đến độ sâu nhất định và một chiếc đồng hồ hoặc bộ đếm thời gian.
- Bước 1: Đánh dấu trên bút chì 1 mốc (ví dụ 7 cm) từ đầu đã chuốt.
- Bước 2: Nhúng bút chì vào chất lỏng, đầu được chuốt nhọn trước, cho đến vạch đã định.
- Bước 3: Kéo bút chì ra khỏi chất lỏng và ngay lập tức bắt đầu hẹn giờ.
- Bước 4: Chất lỏng sẽ chảy dọc theo bút chì và vào bình chứa như một dòng chảy liên tục. Khi dòng chảy bị ngắt và hình thành giọt, hãy dừng bộ đếm thời gian.
- Bước 5: So sánh giá trị thời gian với biểu đồ bên dưới.
Một điều cần lưu ý là phương pháp này hoạt động tốt nhất đối với độ nhớt từ 100 đến 7500 cSt. Các phép đo tốt nhất và chính xác nhất sẽ được thực hiện bằng máy đo độ nhớt, nhưng thay vào đó, các phương pháp này cho phép thiết lập một ước tính sơ bộ.
5. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt là gì?
5.1. Nhiệt độ
Bất cứ ai đã từng áp dụng nhiệt độ cho dầu, xi-rô hoặc nước sốt đều biết tác động của nó đối với độ nhớt. Với những trường hợp ngoại lệ rất hiếm, độ nhớt của chất lỏng thay đổi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ. Nhiệt độ càng thấp thì độ nhớt càng cao. Điều này có nghĩa là thông thường độ nhớt của chất lỏng không phải là một giá trị đặt sẵn mà là một phạm vi. Giữ chất lỏng trong nhà và trong môi trường được kiểm soát nhiệt độ sẽ thu hẹp phạm vi đó. Nhưng điều quan trọng vẫn là xem xét độ nhớt tối đa và tối thiểu sẽ là bao nhiêu.
Tăng nhiệt độ cũng có thể được sử dụng để giảm độ nhớt của chất lỏng, cho phép giảm kích thước của máy bơm, giảm tổn thất đường dây ma sát, và giảm kích thước cũng như tiêu thụ điện năng của thiết bị truyền động lực. Nó cũng có thể giúp bơm các chất rắn ở nhiệt độ phòng như sô cô la, sáp, và thậm chí cả nhựa đường.
5.2. Lực cắt
Một biến số khác cần xem xét là lực cắt. Đối với một số chất lỏng, cắt không có tác dụng. Những chất lỏng này được phân loại là chất lỏng Newton. Một ví dụ phổ biến là nước. Nếu bạn đo độ nhớt của nước trước và sau khi khuấy mạnh, bạn sẽ thấy rằng độ nhớt là như nhau, không phụ thuộc vào lực cắt.
Đối với các chất lỏng khác, lực cắt có thể làm thay đổi độ nhớt. Những chất lỏng này được phân loại là chất lỏng phi Newton. Một ví dụ phổ biến là nước sốt cà chua, một chất lỏng không theo kiểu Newton và có dạng cắt mỏng. Chúng cố định trong chai, và hoạt động giống như một chất lỏng nhớt, không dễ đổ. Tuy nhiên, bạn có thể cắt bằng cách lắc hoặc đập vào chai và nó sẽ mỏng đi, dễ dàng đổ ra ngoài.
Trong hệ thống bơm, hiện tượng cắt xảy ra khi chất lỏng di chuyển qua các đường ống, phụ kiện và máy bơm. Hiểu được lực cắt và tác động của nó có thể giúp ích trong việc tính toán lựa chọn máy bơm, xác định kích cỡ và tiêu thụ điện năng.
6. Lời kết
Như vậy, mỗi chất lỏng sẽ có những độ nhớt khác nhau. Từ đó các ứng dụng và cách thức đo lường độ nhớt cũng rất đa dạng. Qua bài viết này, Tổng Kho Valve mong rằng bạn đọc đã có cho mình những kiến thức thú vị về độ nhớt là gì, và các cách thức đo lường độ nhớt kể trên.
