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Temperaturabhängigkeit der Viskosität

1850
Laboraufbau zur Messung der Viskosität von Flüssigkeiten bei unterschiedlichen Temperaturen in der Thermodynamik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Für eine Newtonsche Flüssigkeit, Viskosität ist eine Funktion der Temperatur und Druck aber nicht die Scherrate. In Flüssigkeiten nimmt die Viskosität mit steigender Temperatur deutlich ab, da die Moleküle aufgrund der höheren Wärmeenergie die zwischenmolekularen Kohäsionskräfte leichter überwinden können. In Gasen hingegen nimmt die Viskosität mit der Temperatur zu, da häufigere Molekülzusammenstöße bei höheren Geschwindigkeiten zu einer größeren Impulsübertragung führen.

The relationship between Viskosität and temperature is fundamentally different for liquids and gases, stemming from their distinct molecular mechanisms for momentum transfer. In liquids, molecules are closely packed and held together by strong intermolecular cohesive forces. Viscous forces arise from the resistance of these molecules to sliding past one another. As temperature rises, the kinetic energy of the molecules increases, allowing them to overcome these cohesive forces more readily. This results in a decrease in the liquid’s resistance to flow, and thus, a lower viscosity. This effect is pronounced; for example, the viscosity of water decreases by a factor of about 6 between 0°C and 100°C.

In Gasen sind die Moleküle weit voneinander entfernt und interagieren hauptsächlich durch Kollisionen. Die Viskosität eines Gases ist ein Maß für den Impulstransport zwischen Schichten, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Dieser Impuls wird durch Moleküle übertragen, die sich zwischen den Schichten bewegen und kollidieren. Mit steigender Temperatur erhöht sich die zufällige thermische Geschwindigkeit der Gasmoleküle. Dies führt zu häufigeren und energiereicheren Kollisionen, was zu einer effektiveren Impulsübertragung zwischen den Schichten und folglich zu einer Erhöhung der Viskosität führt. Dieses Verhalten war einer der frühen Erfolge der kinetischen Gastheorie, da es sich um eine kontraintuitive Vorhersage handelte, die später durch Experimente bestätigt wurde.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Thermodynamik

Typ

Physikalische Eigenschaft

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entwicklung des Thermometers
  • Rudolf Clausius' und James Clerk Maxwells Arbeiten zur kinetischen Theorie der Gase
  • Studien über zwischenmolekulare Kräfte von Johannes Diderik van der Waals
  • Frühe Experimente zur Flüssigkeitsströmung von Poiseuille und Hagen

Anwendungen

  • Motorölformulierung (Mehrbereichsöle)
  • industrielle Wärmetauscher
  • Glasherstellung und -formung
  • Lebensmittelverarbeitung (z. B. Kontrolle des Schokoladen- oder Honigflusses)
  • Geothermiegewinnung

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • Temperaturempfindliche intelligente Flüssigkeiten für haptisches Feedback
  • selbstregulierende Kühlsysteme für die Elektronik
  • fortschrittliche Wärmedämmung durch gasgefüllte Paneele
  • Geothermie-Bohrflüssigkeiten, die ihre Leistung auch bei hohen Temperaturen beibehalten
  • Phasenwechselmaterialien zur thermischen Energiespeicherung
  • kryogen fluid handling systems for Weltraumforschung
  • Feuerlöschsysteme mit temperaturempfindlichen Schäumen
  • Kochgeräte, die die Konsistenz von Lebensmitteln präzise über die Temperatur steuern
Verwandte Themen: Viskosität, Temperaturabhängigkeit, Flüssigkeiten, Gase, kinetische Theorie, zwischenmolekulare Kräfte, Impulsübertragung, Flüssigkeitseigenschaften.

Historischer Kontext

Temperaturabhängigkeit der Viskosität

1839-01-01
1842
1847
1850
1850
1850
1850
1838
1841
1845
1850
1850
1850
1850
1850

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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