Viskosität

Viskosität einfach erklärt

Die Viskosität oder auch Zähigkeit gibt dir Auskunft darüber, wie zäh eine Flüssigkeit ist. Stell dir vor du kippst ein Glas Öl und ein Glas Wasser aus. Das Öl fließt eher träge und langsam aus dem Glas raus und häuft sich erst bevor es auseinander läuft. Das Wasser hingegen fließt schnell aus dem Glas und platscht in alle Richtungen, wenn es auf dem Grund auftrifft.

Das liegt an der Zähigkeit des Fluids. Die des Öls ist größer als die des Wassers. Daher ist Öl so viel dickflüssiger und zäher und Wasser so dünnflüssig und fließfähig. Also sagst du, Öl hat eine größere Viskosität als Wasser.

Du unterscheidest zwischen der sogenannten dynamischen Viskosität und kinematischen Viskosität .Die dynamische Viskosität ist abhängig von der Temperatur und dem betrachteten Stoff (Wasser, Öl, etc…). Die kinematische Viskosität ist gleich die dynamische Viskosität geteilt durch die Dichte des Stoffes. Der Bezug mit der Dichte ermöglicht dir den direkten Vergleich verschiedener Stoffe miteinander. Die kinematische Viskosität und die dynamische Viskosität sind über die Dichte miteinander verknüpft. 

Kinematische und dynamische Viskosität

Sprichst du von der Viskosität, ist meist die dynamische Viskosität gemeint. Sie ist dein Maß für die Zähigkeit einer Flüssigkeit. Wie bereits gesagt, sinkt die Fließbarkeit einer Flüssigkeit mit der Größe ihrer Zähigkeit. Die Flüssigkeit ist also dickflüssiger. Die Einheit der dynamischen Viskosität ist die Pascalsekunde ().

Die kinematische Viskosität ist die dynamische Viskosität geteilt durch die Dichte der Flüssigkeit.

Ihre Einheit ist Quadratmeter pro Sekunde ().

Zur dynamischen und kinematischen Viskosität haben wir bereits einen Artikel mit Video für dich vorbereitet. Schau dort auf jeden Fall rein, damit du den vollen Überblick erhältst.

Viskosität Flüssigkeiten

Die Viskosität entsteht durch das Verhalten der Teilchen in der Flüssigkeit. Teilchen zäher Flüssigkeiten, also von Flüssigkeiten mit höherer Zähigkeit, sind stärker aneinander gebunden und somit weniger beweglich. Das ist die sogenannte innere Reibung . Diese innere Reibung entsteht nicht nur durch die molekularen Kräfte , sondern auch durch den Impulsaustausch zwischen den Teilchen. 

Den Effekt der inneren Reibung stellst du dir am besten durch die Bewegung zweier übereinanderliegender, verzahnter Molekülschichten vor. Beim Fließen gleiten die Moleküle aneinander vorbei. Zum Überwinden der Verzahnung benötigt es eine gewisse Kraft . Wie große diese Kraft sein muss ist abhängig von deiner Flüssigkeit. 

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Das hast du vielleicht schonmal in einem See in Aktion gesehen. Bläst ein starker Wind über die Oberfläche, so ist die oberste Schicht am stärksten angeregt. Je tiefer du gehst um so weniger siehst du den Effekt. Nach ein paar Metern spürst du gar keine Strömung mehr. Die Kraft nimmt also nach jeder Schicht ab, wodurch jede Schicht eine andere Geschwindigkeit hat.

Abhängig davon ob sich der entstehende Geschwindigkeitsgradient linear oder nicht linear verhält, handelt es sich bei deiner Flüssigkeit um eine newtonsche oder nicht-newtonsche Flüssigkeit. 

Newtonsche Fluide

Bei einer newtonschen Flüssigkeit nimmt die Geschwindigkeit zwischen den Molekülschichten linear ab. Solche Flüssigkeiten, wie also Wasser und Luft, beschreibst du über eine belastungsunabhängige Zähigkeit.

Dem gegenüber stehen die sogenannten nicht-newtonschen Flüssigkeiten.

Nicht-Newtonsche Fluide

Bei einer nicht-newtonschen Flüssigkeit breitet sich die Geschwindigkeit nicht linear aus. Die Viskosität bleibt also nicht konstant.

Ein Beispiel hierfür ist die Mischung von Maisstärke mit Wasser. Daraus bildest du eine Suspension . wirkst du nun mit schnellen Bewegungen auf diese Suspension ein verhält sie sich wie ein Festkörper und nicht wie eine Flüssigkeit. 
Schlägst du also mit der Faust drauf, absorbiert die Suspension den vollen Schlag und es fliegen keine Spritzer durch die Luft. 

Messung

Die Viskosität einer Flüssigkeit misst du mit einem Viskosimeter. Bei diesem Gerät bringst du deine Probe in einen Spalt zwischen zwei Körpern ein. Ein Teil der Anordnung rotiert während der andere ruht. Nun misst du das Drehmoment , welches du aufbringen musst um die Bewegung aufrecht zu erhalten. Daraus erhältst du die Schubspannung und mit ihr die Zähigkeit.

Viskosität Gase

Auch Gase haben eine Viskosität. Anders als bei Flüssigkeiten ist diese jedoch meist nur von der Temperatur nicht aber vom Druck abhängig. Nur wenn das Gas besonders dicht oder besonders dünn ist spielt der Druck wieder eine Rolle.
Grundsätzlich ist die Zähigkeit von Gasen aber nur von der Temperatur abhängig. Gase verhalten sich bei der Temperaturabhängigkeit entgegengesetzt der von Flüssigkeiten. Mit steigender Temperatur der Gase steigt auch die Viskosität. 

Viskosität Beispielwerte

In der nachfolgenden Tabelle siehst du beispielhaft ein paar typische Werte für die Viskositäten verschiedener Stoffe. Denk dran, je größer der Wert, desto zähflüssiger ist das Fluid. 

Substanz	in
Wasser	1,00
Blut	3 bis 25
Öl	100
Honig	10000
Luft	18,2
Glas	bis