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Temperature Dependence of Viscosity

1850

For a Newtonian fluid, viscosity is a function of temperature and pressure but not shear rate. In liquids, viscosity decreases significantly as temperature increases because higher thermal energy allows molecules to overcome cohesive intermolecular forces more easily. Conversely, in gases, viscosity increases with temperature as more frequent molecular collisions at higher speeds lead to greater momentum transfer.

The relationship between viscosity 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 gases, molecules are far apart and interact primarily through collisions. Viscosity in a gas is a measure of the transport of momentum between layers moving at different velocities. This momentum is transferred by molecules moving between the layers and colliding. As temperature increases, the random thermal velocity of the gas molecules increases. This leads to more frequent and more energetic collisions, resulting in a more effective transfer of momentum between layers and, consequently, an increase in viscosity. This behavior was one of the early triumphs of the kinetic theory of gases, as it was a counter-intuitive prediction later confirmed by experiment.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics

Typ

Physical Property

Disruption

Substantial

Verwendung

Widespread Use

Precursors

  • Development of the thermometer
  • Rudolf Clausius’s and James Clerk Maxwell’s work on the kinetic theory of gases
  • Studies on intermolecular forces by Johannes Diderik van der Waals
  • Early experiments on fluid flow by Poiseuille and Hagen

Anwendungen

  • engine oil formulation (multigrade oils)
  • industrial heat exchangers
  • glass manufacturing and molding
  • food processing (e.g., controlling chocolate or honey flow)
  • geothermal energy extraction

Patente:

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