Product Design, Manufacturing & Innovation Resources

Hogar » Dependencia de la temperatura de la viscosidad

Dependencia de la temperatura de la viscosidad

1850

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Para un fluido newtoniano, viscosidad es una función de la temperatura y presión pero no la velocidad de cizallamiento. En los líquidos, la viscosidad disminuye significativamente a medida que aumenta la temperatura, ya que una mayor energía térmica permite que las moléculas superen con mayor facilidad las fuerzas intermoleculares cohesivas. Por el contrario, en los gases, la viscosidad aumenta con la temperatura, puesto que las colisiones moleculares más frecuentes a velocidades más altas dan lugar a una mayor transferencia de momento.

La relación entre viscosidad y temperatura es fundamentalmente diferente para líquidos y gases, debido a sus distintos mecanismos moleculares de transferencia de momento. En los líquidos, las moléculas están muy juntas y se mantienen unidas por fuertes fuerzas cohesivas intermoleculares. Las fuerzas viscosas surgen de la resistencia de estas moléculas a deslizarse unas sobre otras. A medida que aumenta la temperatura, la energía cinética de las moléculas se incrementa, lo que les permite superar estas fuerzas cohesivas con mayor facilidad. Esto resulta en una disminución de la resistencia del líquido al flujo y, por lo tanto, en una menor viscosidad. Este efecto es pronunciado; por ejemplo, la viscosidad del agua disminuye aproximadamente seis veces entre 0 °C y 100 °C.

En los gases, las moléculas se encuentran muy separadas e interactúan principalmente mediante colisiones. La viscosidad en un gas mide el transporte de momento entre capas que se mueven a diferentes velocidades. Este momento se transfiere mediante moléculas que se mueven entre las capas y colisionan. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad térmica aleatoria de las moléculas del gas. Esto provoca colisiones más frecuentes y enérgicas, lo que resulta en una transferencia de momento más efectiva entre capas y, en consecuencia, en un aumento de la viscosidad. Este comportamiento fue uno de los primeros triunfos de la teoría cinética de los gases, ya que fue una predicción contraria a la intuición, confirmada posteriormente mediante experimentos.

Deposición química de vapor (CVD), Impacto ambiental, Mecánica de fluidos, Energía geotérmica, Optimización de procesos, Reología, Envejecimiento térmico

UNESCO Nomenclature: 2212

- Termodinámica

Tipo

Propiedad física

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

Desarrollo del termómetro
El trabajo de Rudolf Clausius y James Clerk Maxwell sobre la teoría cinética de los gases.
Estudios sobre fuerzas intermoleculares de Johannes Diderik van der Waals
Primeros experimentos sobre el flujo de fluidos realizados por Poiseuille y Hagen

Aplicaciones

Formulación de aceite de motor (aceites multigrado)
intercambiadores de calor industriales
fabricación y moldeo de vidrio
procesamiento de alimentos (por ejemplo, control del flujo de chocolate o miel)
extracción de energía geotérmica

Patentes:

Ideas para posibles innovaciones

Debido al bloqueo del tráfico generado por bots, que actualmente supera los 40.000 al día, este contenido está reservado para los miembros de la comunidad.
> Iniciar sesión < o > Registrarse < (100% gratis) para acceder a esto, al igual que a todo el demás contenido y herramientas restringidos.

Relacionado con: viscosidad, dependencia de la temperatura, líquidos, gases, teoría cinética, fuerzas intermoleculares, transferencia de momento, propiedades de los fluidos.

Contexto histórico

El efecto fotovoltaico

El efecto fotovoltaico es la generación de voltaje y corriente eléctrica en un material al exponerlo a la luz. Es un fenómeno físico-químico. Una aplicación común es la célula solar, que utiliza este efecto para convertir la luz solar directamente en electricidad. El efecto se basa en que los fotones de luz excitan a los electrones a un estado de mayor energía.

Laboratorio del siglo XIX con instrumentos termodinámicos y ecuaciones de relación de Mayer.

Relación de Mayer (termodinámica)

La relación de Mayer relaciona los calores específicos de un gas perfecto con la constante específica de los gases ([latex]R_s[/latex]). La relación es [latex]c_p - c_v = R_s[/latex]. Para los calores específicos molares ([latex]C_p[/latex] y [latex]C_v[/latex]), la relación es [latex]C_p - C_v = R[/latex], donde [latex]R[/latex] es la constante universal de los gases. Esto demuestra que [latex]c_p[/latex] es siempre mayor que [latex]c_v[/latex].

Laboratorio del siglo XIX con físicos que estudian los principios de conservación de la energía.

Conservación de energía

Principio fundamental según el cual la energía total de un sistema aislado permanece constante a lo largo del tiempo. La energía no puede crearse ni destruirse, sólo transformarse de una forma a otra, por ejemplo, de energía potencial a energía cinética. En mecánica clásica, para sistemas con sólo fuerzas conservativas, la energía mecánica total [latex]E = T + V[/latex] se conserva.

Dependencia de la temperatura de la viscosidad

Primera ley de la termodinámica

La Primera Ley es un enunciado de la conservación de la energía. Postula que el cambio en la energía interna de un sistema cerrado ([latex]\Delta U[/latex]) es igual al calor suministrado al sistema ([latex]Q[/latex]) menos el trabajo realizado por el sistema sobre su entorno ([latex]W[/latex]). La ecuación rectora es [latex]\Delta U = Q - W[/latex]. Esta ley relaciona el calor, el trabajo y la energía interna, estableciendo el calor como una forma de transferencia de energía.

Químico realizando experimentos con catalizadores en un laboratorio de época, 1850.

Catalizador en equilibrio químico

Un catalizador aumenta la velocidad de las reacciones directa e inversa por igual al proporcionar una vía de reacción alternativa con menor energía de activación. Si bien un catalizador permite que un sistema alcance el equilibrio mucho más rápido, no altera la posición del equilibrio en sí. Las concentraciones de equilibrio de reactivos y productos, así como el valor de la constante de equilibrio K, permanecen inalterados.

Químico del siglo XIX que mide el volumen de los gases para ilustrar la ley de los gases ideales en termodinámica.

Ley de los gases ideales (forma molar)

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado de un gas ideal hipotético, que aproxima el comportamiento de muchos gases en diversas condiciones. La forma molar relaciona la presión ([latex]P[/latex]), el volumen ([latex]V[/latex]), la cantidad de sustancia en moles ([latex]n[/latex]) y la temperatura absoluta ([latex]T[/latex]) mediante la constante universal de los gases ([latex]R[/latex]): [latex]PV = nRT[/latex].

1839-01-01

1842

1847

1850

1838

1841

1845

1850

Pila de combustible

Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte directamente la energía química de un combustible, generalmente hidrógeno, y un agente oxidante, a menudo oxígeno, en electricidad. A diferencia de una batería, requiere un suministro externo continuo de combustible y oxidante para funcionar. Los componentes principales son un ánodo, un cátodo y un electrolito que los separa, facilitando el transporte de iones.

Demostración del calentamiento Joule en un laboratorio antiguo con aparatos eléctricos.

Calefacción Joule y energía eléctrica

El calentamiento Joule, o calentamiento óhmico, es el fenómeno en el que se produce calor por el paso de una corriente eléctrica a través de un conductor. La tasa de generación de calor, o potencia disipada ([latex]P[/latex]), viene dada por la primera ley de Joule, [latex]P = VI[/latex]. Combinando esto con la ley de Ohm, la potencia puede expresarse como [latex]P = I^2 R[/latex] o [latex]P = \frac{V^2}{R}[/latex].

Aparato de laboratorio para medir la energía interna y la entalpía de un gas perfecto en termodinámica.

Energía interna y entalpía de un gas perfecto

Para un gas perfecto, la energía interna ([latex]U[/latex]) y la entalpía ([latex]H[/latex]) son sólo funciones de la temperatura. Sus cambios vienen dados por [latex]\Delta U = m c_v \Delta T[/latex] y [latex]\Delta H = m c_p \Delta T[/latex], donde [latex]c_v[/latex] y [latex]c_p[/latex] son los calores específicos a volumen y presión constantes, respectivamente, y se suponen constantes.

Investigador probando las propiedades viscoelásticas de un polímero sintético en un laboratorio.

Viscoelasticidad

La viscoelasticidad es la propiedad de los materiales que presentan características viscosas y elásticas al deformarse. Los materiales viscosos, como la miel, resisten el flujo cortante y la deformación linealmente con el tiempo cuando se les aplica una tensión. Los materiales elásticos, como una banda elástica, se deforman al estirarse y vuelven rápidamente a su estado original una vez que se elimina la tensión. Los materiales viscoelásticos tienen elementos de ambos.

Científico midiendo la sublimación en un laboratorio antiguo, estudio de termodinámica.

Enthalpy of Sublimation

La entalpía de sublimación, [latex]\Delta H_{text{sub}}[/latex], es el calor necesario para convertir un mol de una sustancia de sólido a gas a una temperatura y presión dadas. Según la Ley de Hess, puesto que la entalpía es una función de estado, este cambio de energía es la suma de la entalpía de fusión ([latex]\Delta H_{text{fus}}[/latex]) y la entalpía de vaporización ([latex]\Delta H_{text{vap}}[/latex]).