Dynamická viskozita plynů
Přehled uvádí dynamickou viskozitu vybraných plynů při teplotě 0 °C a normálním atmosférickém tlaku. Hodnoty jsou v jednotkách 10-6 Pa·s, tj. v mikropaskalsekundách (µPa·s).
Dynamická viskozita η (čte se „éta") charakterizuje vnitřní tření v tekutině — vyjadřuje, jak silně se vrstvy proudící látky vzájemně brzdí. Pro plyny je viskozita podstatně menší než pro kapaliny, typicky o dva až tři řády (např. voda při 20 °C má 1 002 µPa·s, vzduch při 20 °C jen 18,1 µPa·s). Symbol η0 v tabulce odkazuje právě k referenční teplotě 0 °C.
| Plyn | η0·10-6 [Pa·s] |
|---|---|
| Acetylen | 9,35 |
| Amoniak | 9,18 |
| Argon | 20,96 |
| Dusík | 17,07 |
| Ethan | 8,48 |
| Ethen | 9,07 |
| Chlor | 12,97 |
| Chlorovodík | 13,85 |
| Kyslík | 18,9 |
| Methan | 10,26 |
| Oxid dusnatý | 17,8 |
| Oxid dusný | 13,5 |
| Oxid siřičitý | 11,58 |
| Oxid uhelnatý | 16,6 |
| Oxid uhličitý | 13,9 |
| Sirovodík | 11,66 |
| Vodík | 8,35 |
| Vzduch (bez CO2) | 17,1 |
Zdroj: Mikulčák a kolektiv. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN Praha, 1988
Externí zdroje k tématu: EngineeringToolBox — viskozita vzduchu při různých teplotách — Wikipedie — Viskozita
Závislost viskozity plynů na teplotě
Důležitý rozdíl mezi plyny a kapalinami: u plynů viskozita s rostoucí teplotou roste, zatímco u kapalin klesá. Důvod je v mechanismu vnitřního tření — v plynech je viskozita způsobena především přenosem hybnosti mezi molekulami při jejich srážkách. Při vyšší teplotě se molekuly pohybují rychleji a k přenosu hybnosti dochází intenzivněji.
Pro vzduch se hodnota dynamické viskozity zvýší ze 17,1 µPa·s při 0 °C na 18,1 µPa·s při 20 °C a přibližně 18,5 µPa·s při 25 °C. Naopak vliv tlaku je za běžných podmínek prakticky zanedbatelný — viskozitu plynů lze považovat za nezávislou na tlaku.
Vztah k kinematické viskozitě
Při výpočtech v hydrodynamice a aerodynamice se často používá kinematická viskozita ν, která se získá podělením dynamické viskozity hustotou:
ν = η / ρ
Jednotkou kinematické viskozity je m2/s. Ve srovnání s dynamickou viskozitou závisí na teplotě silněji, protože i hustota plynu se s teplotou výrazně mění.
Časté otázky
- Jaká je dynamická viskozita vzduchu při pokojové teplotě?
- Při 25 °C má vzduch dynamickou viskozitu přibližně 18,5 µPa·s, při 20 °C asi 18,1 µPa·s. Hodnota 17,1 µPa·s v tabulce platí pro 0 °C.
- Jaký je rozdíl mezi dynamickou a kinematickou viskozitou?
- Dynamická viskozita η je definována přímo z Newtonova zákona tečného napětí. Kinematická viskozita ν = η/ρ navíc zahrnuje hustotu látky a používá se v úlohách, kde záleží spíš na pohyblivosti tekutiny než na síle vnitřního tření (např. Reynoldsovo číslo). Převody dynamické viskozity najdete na stránce Dynamická viskozita.
- Proč má vodík nižší viskozitu než vzduch?
- Může to vypadat protiintuitivně, protože vodík je znatelně lehčí. Viskozita plynu však nezávisí přímo na hmotnosti molekul, ale na tom, jak často a jak silně si při srážkách předávají hybnost. Detailní výklad poskytuje kinetická teorie plynů.
- Proč u plynů viskozita s teplotou roste, zatímco u kapalin klesá?
- U plynů je viskozita způsobena přenosem hybnosti při srážkách molekul. Při vyšší teplotě se molekuly pohybují rychleji, ke srážkám dochází intenzivněji a viskozita roste. U kapalin naopak drží molekuly pohromadě mezimolekulární přitažlivé síly — teplo tuto soudržnost narušuje a viskozita klesá.
- Jaká je dynamická viskozita vody ve srovnání se vzduchem?
- Voda při 20 °C má dynamickou viskozitu přibližně 1 002 µPa·s — tedy asi 55× více než vzduch při stejné teplotě (18,1 µPa·s). Kapaliny jsou obecně o dva až tři řády viskóznější než plyny.
- Závisí viskozita plynů na tlaku?
- Za běžných podmínek prakticky ne. Vliv tlaku na dynamickou viskozitu plynů je zanedbatelný — hodnoty z tabulky lze používat při atmosférickém i mírně odlišném tlaku bez znatelné chyby.