מה ההבדל בין צמיגות דינמית לקינמטית?

צמיגות היא תכונה יסודית של חומר בעת לימוד זרימת נוזלים בכל יישום. שני סוגי הצמיגות הנפוצים ביותר הם דינמיים וקינמטיים. הקשר בין שני המאפיינים הללו פשוט מאוד.

צמיגות דינמית (נקראת גם צמיגות מוחלטת) היא מדידה של ההתנגדות הפנימית של נוזל לזרימה, בעוד שצמיגות קינמטית היא היחס בין צמיגות דינמית לצפיפות. בהתבסס על הביטוי לעיל, לשני נוזלים עם אותה צמיגות דינמית יכולים להיות צמיגות קינמטית שונה מאוד בהתאם לצפיפות ולהיפך. לכן, לא תמיד קל להבין את המשמעות הפיזית של תכונותיהם של שני החומרים הללו.

במילים פשוטות, צמיגות דינמית נותנת לך מידע על הכוח הנדרש כדי לגרום לנוזל לזרום בקצב מסוים, בעוד שצמיגות קינמטית מציינת כמה מהר נוזל זורם כאשר מופעל כוח ספציפי.

ההתנגדות הפנימית לזרימת הנוזל (צמיגות דינמית) פירושה שיש כוחות המעורבים בעקירת הנוזל. כוח זה (F) פרופורציונלי ל:

1) קצב גזירה (SR)

2) שטח פנים (A)

3) צמיגות דינמית (η)

F=ηA ×SR

בביטוי לעיל (חוק הצמיגות של ניוטון), הצמיגות הדינמית משמשת כקבוע מידתיות בין מתח F/A וקצב דפורמציה או קצב גזירה. דרך נוספת לחשוב על צמיגות קינמטית היא להבין שיש לה מקדם דיפוזיה [cm 2/s]. מסיבה זו, צמיגות קינמטית נקראת לפעמים דיפוזיביות מומנטום, בדומה לחום ולפיזור מסה. במובן זה, צמיגות דינמית היא תכונה בסיסית יותר, בעוד שצמיגות קינמטית היא תכונה נגזרת.

מבחינה היסטורית, שיטת מדידת הצמיגות הנבחרת הייתה צמיגות קינמטית מכיוון שהיא אינה כרוכה במדידת כוח. ברוב המדפים ה"קינמטיים", זרימת הנוזל מונעת על ידי כוח הכבידה (g). שיטות אלה (נימי, משפך...) פשוט מודדות את הזמן שלוקח לנוזל לזרום דרך גיאומטריה נתונה. מדי ויסקומטר מדויקים יותר מסתמכים על מדידת מתח גזירה בקצב גזירה נתון. זה מאפשר אפיון מלא יותר של טביעת האצבע של צמיגות (כלומר צמיגות לעומת קצב גזירה) של נוזלים מורכבים שאינם ניוטונים.

הבדל נוסף בין שני המאפיינים הללו הוא הייחודיות של היחידות שלהם. יחידות צמיגות דינמיות הן היטב MPa-s ביחידות SI ו-CP שוות ערך (סנטימטרים) ב-CGS. מצד שני, היחידות הנפוצות ביותר של צמיגות קינמטית הן יחידות SI בסנטימטרים לשנייה ו-CGS בסנטיסטוקס (שפופרת סנטימטר), אך תלוי גם בתעשייה או ביישום אם היא נמדדת ביותר מיחידה שרירותית אחת. זה המקרה עם Saybolt Universal Seconds (SUS) בתעשיית הנפט, שם הזמן הדרוש ל-60cm3 של נוזל לזרום דרך צינור כיול ב-38 מעלות משמש כמדד לצמיגות. דוגמה נוספת היא שימוש ב"כוס" כדי למדוד את הזמן שלוקח למדגם נתון לזרום דרך משפך בגיאומטריה נתונה. שיטות אלו משמשות לעתים קרובות כמדדי אינדקס צמיגות מכיוון שהן אינן מניבות תוצאות עקביות שניתן לחלוק בין מעבדות שונות.

אז באיזה מהם כדאי להשתמש? אם אתה מעוניין באינטראקציות בין מולקולות שניתן להסביר במונחים של לחץ מכני, אז צמיגות דינמית מתאימה יותר. לדוגמה, צמיגות דינמית יכולה לקבוע את ההשפעה של שינויים בניסוח על אינטראקציות מולקולריות וצמיגות. לעומת זאת, צמיגות קינמטית הפכה לסטנדרט בתעשיית הנפט בשל הפשטות של מד הצמיגות הקינמטי. מסיבה זו, צמיגות קינמטית נוחה יותר כאשר העניין הוא בשדות תנועת נוזלים ומהירות, מכיוון שהיא נושאת מידע על התפשטות התנועה הנגרמת מחיכוך.