Svet kemije je bogat z zanimivimi pojmi in eden izmed njih je viskoznost. Viskoznost kot lastnost, ki označuje notranji upor tekočine proti gibanju, je več kot le tema v srednješolskem učbeniku za kemijo – je pojav, ki ga srečamo v vsakodnevnem življenju. Od gostote medu do pretoka zraka v klimatski napravi – viskoznost srečujemo vsepovsod okoli nas. S pomočjo priročnika želimo pojasniti na videz zapleteno poglavje kemije in ga spremeniti v zanimivo temo tako za srednješolce kot za kemijske radovedneže.

Oglejte si 8 zabavnih znanstvenih poskusov za otroke in največja odkritja v biologiji.

Uvod v viskoznost

Viskoznost je temeljno načelo v fiziki in kemiji, ki opredeljuje notranji upor tekočine proti gibanju. Lepljivost ali gostota zavirata gibanje med plastmi tekočine. Čeprav se to morda sliši zapleteno, ste viskoznost v praksi nedvomno že izkusili, ko ste pretakali med, olje ali celo vodo.

Za začetek bomo pojasnili definicijo viskoznosti in dejavnike, ki nanjo vplivajo. Nato se bomo posvetili viskoznosti v vsakdanjem življenju in pokazali nekaj praktičnih primerov. Kasneje se bomo poglobili v metodologijo izračunavanja viskoznosti in predstavili praktične naloge z rezultati, s katerimi bo računanje viskoznosti postalo mačji kašelj.

Za konec bomo predstavili, kako pomembno vlogo imajo inštruktorji pri učenju kemije, zlasti pri razumevanju tem, kot je viskoznost. Predstavili bomo tudi številne spletne vire in gradiva, s katerimi bo učenje postalo bolj zabavno. Vključili smo tudi slovar viskoznosti, v katerem so predstavljeni ključni izrazi. Čisto na koncu smo pripravili še nekaj najpogostejših vprašanj s strokovnimi odgovori in praktični eksperiment, s katerim lahko na zabaven in zanimiv prikažemo viskoznost.

Vas zanima biologija? Raziščite našo obsežno zbirko poučnih prispevkov s področja biologije, ki vam bodo poenostavili marsikatere zapletene pojme. Inštruktorji so namesto vas raziskali in pojasnili fotosintezo, osmozo, hipertonične raztopine, zelene alge, svet bakterij in virusov ter obsežno področje genetike in celic. Razširite svoje znanje z našo pomočjo!

Spoznajmo, kaj je viskoznost

Definicija viskoznosti

Viskoznost je notranji upor tekočine proti gibanju ali preprosto rečeno, trenje tekočin. Ko nalivate gosto tekočino, kot sta med ali sirup, boste opazili, da teče počasneje kot redka tekočina, kot je voda. To se zgodi zato, ker imata med in sirup večjo viskoznost kot voda. Večja kot je viskoznost tekočine, počasneje teče. Viskoznost se v mednarodnem sistemu enot (SI) meri v enoti Pascal sekunda (Pa-s), merimo pa jo tudi v enoti Poise (P), ki je del CGS sistema enot.

Viskoznost v tekočinah in plinih

  • Tekočine: Viskoznost tekočin nastane zaradi medmolekulskih sil. Čim močnejše so te sile, tem večja je viskoznost. Med, na primer, ki je gostejši in teče počasneje kot voda, ima močne medmolekulske sile, zato je njegova viskoznost večja.
  • Pline: Pri plinih je zgodba precej drugačna. S povečevanjem temperature se povečuje tudi hitrost, s katero se gibajo molekule plina. Večja hitrost povzroči pogostejše trke med molekulami, kar vodi do večjega upora proti gibanju. Za razliko od tekočin, se tako pri plinih z višanjem temperature viskoznost povečuje.

Se spopadate z masnim deležem v kemiji? Priporočamo, da preberete naš prispevek “Osnove kemije: kaj je masni delež, kako se izračuna in ponazoritev s praktičnimi primeri”.

Dejavniki, ki vplivajo na viskoznost

Vpliv temperature

  • Tekočine: Pri tekočinah se viskoznost z naraščanjem temperature zmanjšuje. To pojasnimo s tem, ker večja toplotna energija pri višjih temperaturah omogoča molekulam, da premagajo medmolekulske sile, ki jih držijo skupaj. Ko se te sile zmanjšajo, tekočina lažje teče, zato je viskoznost manjša.
  • Plini: V nasprotju s tekočinami se viskoznost plinov z višanjem temperature povečuje. Kot smo že omenili, višje temperature pomenijo večjo kinetično energijo molekul plinov, zaradi česar prihaja do pogostejših trkov. Trki povzročijo povečanje upora pri toku in s tem povečanje viskoznosti.

Vpliv tlaka

  • Tekočine: Spremembe tlaka pri večini tekočin ne vplivajo na viskoznost. To je zato, ker so tekočine praktično nestisljive in povečanje tlaka nima tolikšnega vpliva na razmik med molekulami.
  • Plini: Po drugi strani se viskoznost pri plinih s povečevanjem tlaka nekoliko poveča. Povečan tlak sili molekule plina bližje skupaj, trki so bolj pogosto, s tem pa je večji tudi notranji upor.

Tekočine in viskoznost

Ključni dejavnik, ki vpliva na viskoznost, je molekulska zgradba tekočin. Večje in bolj zapletene molekule imajo običajno večjo viskoznost zaradi večjega trenja med molekulami. Motorno olje, ki je sestavljeno iz dolgoverižnih ogljikovodikov, je na primer veliko bolj viskozno kot voda, ki je sestavljena iz razmeroma majhnih in preprostih molekul.

Viskoznost v vsakdanjem življenju

Vlogo viskoznosti v vsakdanjem življenju pogosto spregledamo, vendar je to bistvena lastnost tekočin, ki na nas vpliva na različne načine. Poglejmo si nekaj praktičnih primerov:

  • Kuhanje: Od gostote omak do nalivanja kuhinjskega olja – viskoznost je ključna tudi v svetu kulinarike. Kuharji se zanašajo na pravo viskoznost, s katero dosežejo popolno konsistenco in teksturo svojih jedi.
  • Transport: Motorno olje, ki se uporablja v vozilih, ima skrbno umerjeno viskoznost, ki zagotavlja nemoteno delovanje delov motorja.
  • Medicina: Viskoznost je pomembna tudi v farmacevtski industriji, saj vpliva na sestavo zdravil, hitrost pretoka infuzijskih tekočin in oblikovanje medicinskih pripomočkov.
  • Slikarstvo: Enostavnost uporabe in prekrivnost barv v slikarstvu so odvisne od viskoznosti. Barve z visoko viskoznostjo se običajno težje nanašajo, vendar zagotavljajo boljšo prekrivnost.

Viskoznost je zelo pomembna tudi v številnih industrijskih panogah, med drugim pri proizvodnji črnil, sestavi kozmetičnih izdelkov in pri predelavi hrane.

Metode za izračun viskoznosti

Viskoznost meri notranji upor tekočine proti gibanju in jo je mogoče izračunati z več metodami, med njimi sta Stokesov in Poiseuillov zakon, imenovan tudi Hagen-Poiseuillov zakon. Izbira enačbe za izračun viskoznosti je odvisna od količin, ki so znane.

Stokesov zakon

Stokesov zakon imenujemo tudi linearni zakon upora. Opisuje, da telo, ki se giblje po viskozni tekočini (kapljevini ali plinu), s seboj neposredno vleče sosednjo plast tekočine.Formula za Stokesov zakon je naslednja:

η = 2gr²(ρs – ρf) / 9v

Kjer:

  • η je dinamična viskoznost tekočine,
  • g je težnostni pospešek,
  • r je polmer telesa,
  • ρs je gostota telesa,
  • ρf je gostota tekočine in
  • v je hitrost telesa (končna hitrost).

Poiseuillov zakon

Poiseuillov zakon opisuje prostorninski pretok viskoznih tekočin skozi dolge valjaste cevi. Uporabimo ga lahko tudi za izračun viskoznosti, če so znani prostorninski pretok, tlačna razlika, polmer cevi in dolžina cevi. Enačba za Poiseuillov zakon je:

η = πΔPr⁴ / 8Ql

Kjer:

  • η je dinamična viskoznost tekočine,
  • ΔP je tlačna razlika,
  • r je polmer cevi,
  • Q je volumski pretok in
  • l je dolžina cevi.

Naj poudarimo, da ti zakoni in formule opisujejo »idealne« rezultate. Na rezultate vplivajo dejavniki, kot so nihanje temperature, nečistoče v tekočini in eksperimentalne napake.

Preberite še, kaj je organska kemija, anorganska kemija in biokemija.

Primer izračuna viskoznosti

Primer Stokesovega zakona:

Predpostavimo, da se majhna jeklena kroglica (s polmerom 1 mm in gostoto 7,85 g/cm³) giblje s konstantno (končno) hitrostjo 0,01 m/s skozi tekočino. Želimo določiti viskoznost te tekočine. Predpostavimo, da je gostota tekočine 1 g/cm³.

Uporaba Stokesovega zakona:

η = 2gr²(ρs – ρf) / 9v

Vstavimo podane vrednosti:

η ≈ [(2)(9,8 m/s²)(0,001 m)²(7850 kg/m³ – 1000 kg/m³)] / (9)(0,01 m/s)

η ≈ 1,35 Pa-s

Viskoznost tekočine, določena s tem poskusom, je približno 1,35 Pascal-sekunde (Pa-s).

Primer Poiseuillovega zakona:

Imamo primer, ko voda (z znano viskoznostjo 1,0 x 10-³ Pa-s) teče skozi cev s polmerom 0,01 m. Dolžina cevi je 50 m, volumski pretok pa 0,1 m³/s. Če želimo ugotoviti tlačno razliko med koncema cevi, uporabimo Poiseuillov zakon.

η = πΔPr⁴ / 8Ql

Za ΔP dobimo:

ΔP = 8ηQl / πr⁴

Vstavimo podane vrednosti:

ΔP = [8(1,0 x 10-³ Pa-s)(0,1 m³/s)(50 m)] / [(π)(0,01 m)⁴]

ΔP ≈ 5 x 10⁶ Pa

Tlačna razlika med koncema cevi je v skladu s Poiseuillovim zakonom približno 5 x 10⁶ paskalov (Pa).

Vloga inštruktorjev pri razumevanju viskoznosti

Razumevanje zapletenih znanstvenih konceptov, kot je viskoznost, je izziv. Pri tem vam lahko pomagajo inštruktorji kemije. Kako in zakaj?

  • Individualno poučevanje: Inštruktorji prilagodijo strategijo učenja tako, da ustreza vašemu slogu učenja. Kar naenkrat bodo še tako zapletena poglavja v kemiji postala dostopna in razumljiva.
  • Razrešitev nejasnosti: Učitelji in inštruktorji vam pomagajo razjasniti morebitne napačne predstave ali dvome o viskoznosti in tako zagotovijo trdne temelje, ki so v kemiji zelo pomembni.
  • Zanimive metode: Učitelji za razlago viskoznosti pogosto uporabljajo interaktivne metode poučevanja, vključno s praktičnimi poskusi in primeri iz resničnega življenja.

Potrebujete inštruktorja za kemijo, ki vam lahko nudi individualno pomoč? Poiščite ga na platformah za inštrukcije z iskalnimi izrazi “inštruktor kemije Koper” ali “učitelj kemije Velenje”.

Če vam bolj ustreza skupinsko učenje, na spletu poiščite “pouk kemije Ljubljana” ali “učne ure kemije Maribor” in poiščite lokalne šole, ki ponujajo skupinske tečaje kemije.

Spletni viri in gradiva za učenje viskoznosti

Živimo v digitalni dobi in vaše učenje lahko dopolnijo številni spletni viri, ki na interaktiven in razumljiv način pojasnijo viskoznost in druge kemijske pojme. Najbolj priljubljeni spletni viri so:

  • Khan Academy: Brezplačna učna platforma, ki ponuja poglobljena strokovna predavanja in vaje iz kemije, med drugim obravnava tudi viskoznost.
  • Coursera: Ponuja spletne tečaje najboljših univerz po vsem svetu in med njimi je več tečajev o tekočinah in viskoznosti.
  • YouTube: Številni izobraževalni kanali delijo informativne in zabavne videoposnetke, ki na razumljiv način pojasnjujejo viskoznost.
  • Spletne platforme za poučevanje in inštrukcije: Spletne strani za inštrukcije, kot so meet’n’learn, povezujejo učence z usposobljenimi inštruktorji prek video klepeta ali sporočil tako za učenje ena na ena kot skupinsko učenje.

Kako nastane vodikova vez, kovalentna vez in kako se razlikujeta ionska ter kovalentna vez?

Ne pozabite: ključ do razumevanja viskoznosti je dosledno učenje in veliko vaje!

Slovar viskoznosti

S slovarjem viskoznosti lahko utrdite razumevanje viskoznosti in se spoznate z najpogosteje uporabljenimi izrazi:

  • Viskoznost: Je fizikalna količina za notranji upor tekočine proti gibanju.
  • Dinamična viskoznost: Znana tudi kot absolutna viskoznost, povezuje sile viskoznosti z gibanjem in deformacijo.
  • Kinematična viskoznost: Razmerje med dinamično viskoznostjo in gostoto tekočine. Opisuje, tok tekočin pod vplivom gravitacije.
  • Pascal sekunda (Pa.s): SI enota za dinamično viskoznost.
  • Stokes (St): CGS enota za kinematično viskoznost.
  • Poise (P): CGS enota za dinamično viskoznost.
  • Strižna napetost: Strižna napetost nastane, ko obremenitev deluje pravokotno na os telesa in ga skuša »prerezati«.
  • Strižna hitrost: Mera za tekočinsko deformacijo.

Preprost eksperiment za razumevanje viskoznosti

Praktični eksperimenti so lahko zanimiv način, ki olajša razumevanje znanstvenih konceptov. Spodaj predstavljeni eksperiment je zelo enostaven in ga lahko izvedete doma.

  • Pripomočki: Med, voda, rastlinsko olje, trije prozorni kozarci in kroglice.
  • Postopek:
    • Vsak kozarec napolnite s posamezno tekočino – enega z medom, drugega z vodo in tretjega z rastlinskim oljem.
    • V vsak kozarec spustite kroglico in opazujte, kako hitro se potopi na dno.
  • Opažanja: Kroglica najhitreje potone v kozarcu z vodo in najpočasneje v kozarcu z medom. To je zato, ker ima med večjo viskoznost in se padanju kroglice upira bolj kot voda ali olje.

Ta preprost eksperiment vizualno prikaže koncept viskoznosti in kako se različne tekočine različno upirajo toku.

Zaključek

Ne glede na to, ali gre za (pre)počasno kapljanje medu na vaš jutranji toast ali za ključno vlogo, ki jo ima v avtomobilskih motorjih, je viskoznost neločljiv del našega vsakdana. Razumevanje tega temeljnega pojma kemije izboljša naše razumevanje sveta in odpira vrata številnim zanimivim znanstvenim raziskavam. Upamo, da boste dijaki, dijakinje in vsi, ki jih zanima znanost, s pomočjo našega celovitega priročnika enostavno razumeli bistvo viskoznosti. Ne pozabite, da je učenje potovanje, bodisi v šolskih klopeh, s pomočjo inštruktorja ali spletnih virov.

Poiščite inštruktorja kemije na meet’n’learn! Naši usposobljeni učitelji vam bodo razjasnili še tako zapletene teme, kot je viskoznost.

Viskoznost: pogosta vprašanja

Odgovori na nekatera pogosto zastavljena vprašanja o viskoznosti:

Zakaj se viskoznost pri tekočinah s temperaturo zmanjšuje, pri plinih pa povečuje?
Povečana temperatura molekulam v tekočinah zagotovi več kinetične energije, kar premaga medmolekulske sile privlaka in zmanjša viskoznost. Nasprotno pa povečana temperatura v plinih pospešuje molekule, kar vodi do pogostejših trkov in s tem do večje viskoznosti.
Kako na viskoznost vpliva tlak?
Spremembe tlaka v večini tekočin ne vplivajo na viskoznost, saj so tekočine praktično nestisljive. Pri plinih se zaradi povečanega tlaka nekoliko poveča viskoznost zaradi pogostejših trkov molekul.
Zakaj imajo večje molekule pogosto večjo viskoznost?
Velike ali bolj zapletene molekule običajno ustvarjajo večje trenje, ko se gibljejo druga ob drugo, in s tem povečujejo viskoznost.

Kako se pripraviti na splošno maturo, poklicno maturo, NPZ in izpit iz slovenščine na osnovni ravni.