ما هي اللزوجة (الفيزكوزيته)؟

اللزوجة (أو الغرونة) هو مصطلح يُطرح عادةً في ميكانيكا الموائع.

اللزوجة هي إحدى خواص المائع، وهي مهمة جداً لدراسة سلوك جريان المائع. جميع الموائع سواء في حالة سائلة أو غازية، لها لزوجة محددة.

في هذا الموضوع، سنتناول تفاصيل إضافية حول هذا المصطلح.

(لطلب أنواع راتنج الإيبوكسي وراتنج البوليستر، اضغط هنا)

ما هي اللزوجة؟

مصطلح اللزوجة أو الغرونة مشتق من المصطلح اللاتيني Viscum والذي يشير إلى اللزوجة (الالتصاق).

في ميكانيكا الموائع، تُعرّف اللزوجة على أنها مقياس لمقاومة المائع للجريان تحت تأثير قوة مُطبَّقة.

بالنسبة للمائع المتحرك، تفسر الغرونة احتكاكه. إذاً، المائع ذو اللزوجة العالية يُنتج احتكاكاً داخلياً أكبر لمقاومة الجريان، بينما المائع ذو اللزوجة الأقل يُنتج احتكاكاً أقل. بشكل عام، السوائل لها لزوجة أكبر من الغازات.

إذا أخذنا المثال التالي، سيكون مفهوم الغرونة أوضح: إذا أردنا صب الماء والعسل في وعاء، سنلاحظ أن الماء يجري بسهولة وسرعة أكبر من العسل.

يعود هذا السبب إلى أن العسل له لزوجة (التصاق) أكبر من الماء. إذاً، العسل لديه مقاومة أكبر للحركة مقارنة بالماء، ولهذا يتحرك الماء بحرية أكبر من العسل.

(لطلب أنواع راتنج الإيبوكسي وراتنج البوليستر، اضغط هنا)

أهمية اللزوجة

غرونة المائع هي عكس السيولة التي تُظهر مدى سهولة جريان المائع. هذا الموضوع هو أساساً الاحتكاك الداخلي بين الجزيئات المكونة للمائع. لنقل المائع، وهندسة التزييت، والرش، والقولبة، وتطبيقات الطلاء السطحي، تلعب الغرونة دوراً رئيسياً لأنها تتحكم في جريان المائع.

معرفة المعلومات المتعلقة بهذه الغرونة لها أهمية كبيرة للتنبؤ بسلوك المائع. على سبيل المثال، إذا لم يكن لصلصة الطماطم داخل الأنبوب اللزوجة المناسبة، فقد لا تخرج من الأنبوب أو على العكس قد تجري بشكل زائد.

رمز اللزوجة

من الناحية العلمية الرياضية، يمكن تعريف الغرونة على أنها نسبة إجهاد القص إلى سرعة تشوهه. رمز الغرونة هو μ (الحرف اليوناني “مو”). يُستخدم الرمز μ بشكل واسع. لكن بعض الفيزيائيين والكيميائيين يفضلون استخدام η (الحرف اليوناني “إيتا”) كرمز للغرونة.

(لطلب أنواع راتنج الإيبوكسي وراتنج البوليستر، اضغط هنا)

قياس اللزوجة

قياس لزوجة الموائع مهم جداً لفهم خصائص جريان ذلك المائع. هناك أنواع مختلفة من الأدوات التي يمكن بواسطتها قياس اللزوجة. تُعرف أجهزة القياس هذه بمقاييس اللزوجة (Viscometers) ومقاييس الريولوجيا (Rheometers). الأدوات الشائعة لقياس اللزوجة تشمل:

• مقياس اللزوجة الشعري

• مقياس اللزوجة ذو الكرة الساقطة

• مقياس اللزوجة الدوراني

• مقياس الريولوجيا الصوتي

• مقاييس الريولوجيا الميكروسيالية

• كأس الزان (Zahn cup)

• مقياس اللزوجة الاهتزازي

• مطيافية ارتباط الفلورسنت

(لطلب أنواع راتنج الإيبوكسي وراتنج البوليستر، اضغط هنا)

العوامل المؤثرة على اللزوجة

هناك عوامل مختلفة تؤثر على الغرونة، منها:

• الضغط: مع زيادة الضغط، تزداد لزوجة الغازات عادةً. لكن بسبب عدم انضغاط السوائل، يكون التأثير قليلاً على السوائل.

• درجة حرارة المائع: عادةً، تقل لزوجة السوائل مع زيادة درجة الحرارة. في المقابل، تزداد لزوجة الغازات مع زيادة درجة الحرارة.

• ظروف الجريان: للجريان الصفحي، تظل لزوجة المائع ثابتة، بينما للجريان المضطرب تتغير اللزوجة.

• الجريان متعدد الأطوار: تتأثر لزوجة الجريان متعدد الأطوار بحجم كل طور.

• الجسيمات العالقة: هذه الجسيمات تزيد من اللزوجة.

لزوجة الماء

لزوجة الماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية هي 1 سنتي بواز (cP). بالنسبة للسوائل، تقل اللزوجة مع زيادة درجة الحرارة. هذا الموضوع ينطبق على الماء أيضاً. الجدول التالي يوضح اللزوجة الديناميكية للماء حسب درجات الحرارة المختلفة:

اللزوجة الحركية للماء

يمكن الحصول على اللزوجة الحركية للماء بسهولة بقسمة قيم اللزوجة الديناميكية أعلاه على كثافة الماء، كما ترى في الجدول التالي:

(لطلب أنواع راتنج الإيبوكسي وراتنج البوليستر، اضغط هنا)

لزوجة بعض المواد الشائعة

قانون نيوتن للزوجة

العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص للمائع تحت إجهاد ميكانيكي وضعها قانون نيوتن. عند درجة حرارة وضغط معينين، ينص قانون نيوتن للزوجة على أن إجهاد القص بين طبقتين متجاورتين في مائع يتناسب مع تدرج السرعة بين هاتين الطبقتين. بعبارة أبسط، نسبة إجهاد القص إلى سرعة القص في مائع هي ثابتة وتعرف بمعامل اللزوجة. الموائع النيوتونية تتبع قانون نيوتن للزوجة.

الموائع غير النيوتونية لا تتبع هذا القانون، وبالتالي لها لزوجة مختلفة وتعتمد على معدل القص. اللزوجة الديناميكية هي معامل اللزوجة المُعرّف في هذا القانون.

التطبيقات العملية للزوجة

مفهوم الغرونة يُستخدم على نطاق واسع في العلوم والتكنولوجيا:

• يُحدد الوزن الجزيئي للسوائل العضوية باستخدام الغرونة.

• في هندسة التزييت، تُعد بيانات اللزوجة وتغيراتها مع درجة الحرارة ضرورة حتمية لاتخاذ قرار بشأن التزييت المناسب لمعدات معينة.

• لتحديد أدوية مختلفة مثل الشراب، هناك حاجة لمعلومات اللزوجة.

• زيوت الطهي، الدهون، وغيرها تُنتج بلزوجة محددة.

• العلكات، المنظفات، المبردات، سائل الفرامل، مستحضرات التجميل، وغيرها تحتاج لمعلومات اللزوجة أثناء الإنتاج.

• دوران الدم في أجسامنا يعتمد أيضاً على اللزوجة.

(لطلب أنواع راتنج الإيبوكسي وراتنج البوليستر، اضغط هنا)

اللزوجة العالية

اللزوجة العالية تعني عادةً أن المائع أكثر ثخانة. المائع ذو اللزوجة العالية لديه مقاومة أكبر. على سبيل المثال، بين سائلين (الماء والعسل)، العسل لديه لزوجة أكبر مقارنة بالماء. إذاً، قوة المقاومة لجريان الماء ستكون أقل مقارنة بالعسل.