粘度
粘度 viscosity | |
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量記号 | μ, η |
次元 | M L −1 T −1 |
種類 | スカラー |
SI単位 | パスカル秒 (Pa·s) |
CGS単位 | ポアズ (P) |
MKS重力単位 | 重量キログラム秒毎平方メートル (kgf·s/m2) |
動粘度 kinematic viscosity | |
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量記号 | ν |
次元 | L 2 T −1 |
種類 | スカラー |
SI単位 | 平方メートル毎秒 (m2/s) |
CGS単位 | ストークス (St) |
粘度(ねんど、英語:viscosity)は、流体のねばりの度合である。粘性率、粘性係数とも呼ぶ。
粘性のある液体を間にはさんだ面積 S の2枚の平板を相対速度 U で平行に動かすと、動いている方向と反対方向に剪断応力(摩擦応力ともいう) τが発生する。平板の間隔をh、液体と板の間に発生する力をF と置くと
と表現される。μは(動粘度と区別するために) 絶対粘度という。量記号にはμのかわりにηを用いることもある。
これをもう少し一般化して記述する。剪断応力は単位時間当りの剪断変形率に比例する。面と垂直方向にy軸を取り、面の進行方向の速度流体の速度をuと置くと、
と表現される。これをニュートンの流体摩擦法則という。
また、粘度μが一定の流体をニュートン流体と呼ぶ。
SI単位はPa·s(パスカル秒)である。CGS単位系ではP(ポアズ)が用いられた。
動粘度
粘度は、毛管粘度計など、細い管のなかを自重で通過する速度(時間)によって比較できるので、絶対粘度を密度で割った動粘度(動粘性係数ともいう)が指標として用いられる。
単位はSIでは m2/s であるが、cm2/s = 10−4m2/s = 1 St(ストークス)も使われる(即ち、1 mm2/s = 1 cSt(センチストークス))。工業的にはセイボルト秒も使われる。
潤滑油では、粘度指数 (VI) で、高温・低温の粘度を規定している。
液体の粘度は温度が上昇すると低下する。気体の粘度は温度が上昇すると上昇する。
固体から液体への転移は粘度の急激な低下という見方もでき、ガラスのように、粘度で軟化温度などを定義することもある。
粘度の例
1 P(ポアズ) = 100 cP(センチポアズ) = 0.1 Pa・s(パスカル秒)
粘度 / Pa·s | 例 |
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4.5×106 | ガラスの軟化温度の定義粘度、自重で1mm/minの速度で伸びるぐらいの粘度 |
104 | ガラスの流動温度の定義粘度、ガラス成形作業の目安の粘度 |
8 | マヨネーズ |
0.5–1 | 20℃の潤滑油 |
0.001084 | 25℃のエタノール |
0.000890 | 25℃の水 |
1.8×10−5 | 20℃の空気 |
0 | 超流動状態のヘリウム |
英語版に0℃のいくつかの気体・液体についての粘度のデータがあるので参照されたい。