Viskozite Nedir?

Viskozite, bir sıvının laminer akım yani paralel tabakaların birbiri üzerinden kayması şeklinde hareketleri sırasında, komşu tabakaların moleküllerinin birbirini çekmesinden kaynaklanan iç sürtünme özelliğidir.

Viskozitenin birimi “puaz” yada “poise”dir.

Bir kenarı 1 cm olan alt yüzü tespit edilmiş küp elemanın üst yüzeyine 1 din’lik kuvvet uygulanması halinde, yüzeydeki moleküller 1 cm/sn hızla hareket ediyorsa bu sıvının viskozitesi 1 poise’dir.

(1 poise= 1 din/cm².saniye, 1/100 poise= 1 centipoise (cp)³ dir).

20°C’deki suyun viskozitesi 1 cp’dir.

Şekilsiz (amorf) malzemelerin ve akışkanların (sıvı malzemeler; su, asfalt, v.b.) molekül yapıları, birbirinden yavaş ve değişmeyen hızla ayrılır. Buna viskoz akma olayı denir. Viskozite katsayısı ne kadar büyükse o sıvının akma kabiliyeti veya hareket etme kabiliyeti o kadar azdır.

Viskoz sıvılar, uygulanan kayma gerilmeleri etkisiyle açısal deformasyonlar yaparlar. Şayet kesme kuvveti aşağıdaki şekildeki gibi sıvıya uygulanırsa, sıvıdaki hız değişimine neden olur.

Hızlı ve yavaş hareket eden düzlemlerin birbirlerini frenlemesinden iki düzlem arasında F sürtünme kuvveti oluşur. F sürtünme kuvvetinin değeri düzlemlerin alanı (A) ve hız gradyeni (dv/dx) ile orantılıdır. Kayma gerilmesi, sürtünme kuvvetinin düzlemin alanına bölünmesiyle bulunur.

Bir akımdaki iki nokta arasında dt zamandan sonra aralarındaki düzlemde dγ kadar açı bozulması olacaktır.

Açısal şekil değiştirme hız değişimi kayma oranına (dγ/dt=γ) eşittir. Kuvvet ve değişim arasındaki orantı faktörü (kayma gerilmesi ile açısal şekil değiştirme hızı) viskozite olarak adlandırılır.

Reolojide en basit viskoz sıvı modeli Newton sıvısı (Newtoniyen) olarak adlandırılır ve bu sıvı:

F/A=τ=ηγ

denklemine uyar. Bu denklem Newton sıvısının bünye denklemidir. Newton yasasına uyan cisimlere Newtoniyen cisimler denir. Newton yasası, viskoz şekil değiştirme hızının kayma gerilmesi ile orantılı olduğunu ifade etmektedir.

Newton sıvısının diyagramı aşağıda gösterilmiştir.

Sabit sıcaklıktaki Newtoniyen akışkanda, akışın özelliklerini tanımlayan viskozite değerinin hesaplanabilmesi için bir deneysel değerin belirlenmiş olması yeterlidir. Çünkü bütün Newtoniyen sıvılar orijinden geçen bir doğru ile temsil edilirler. Doğrunun eğimi viskoziteyi verir. Düzgün (üniform) akan Newton sıvısının temel reolojik özelliği viskozitedir.

Viskozitenin, plastik viskozite (plastik malzemeler için gerinim oranına karşı gerilmenin eğimi) ve diferansiyel viskozite (gerinim oranı ve gerilme ile ilişkili eğrinin eğimi) gibi birkaç tipi vardır. Bundan dolayı elde edilen değerlerin, hangi viskozite değeri olduğunu tanımlamak önemlidir.

Akış davranışının bir kaç tipi bulunmaktadır. Bu davranışlardan en basiti gerilme oranı sıfır iken gerilmesi sıfır olan ve gerilme oranı ile gerilme arasında lineer ilişki bulunan Newtoniyen davranışıdır. Viskozitenin kayma oranı ile değişimi sabitse reoloji, Newtoniyen olarak ifade edilir. Şayet viskozite kayma oranı ile değiştiği zaman reoloji Non-Newtoniyen’dir. Newtoniyen davranış ideal akış davranışıdır ve katılardaki Hooke davranışına benzerdir. Non-Newtoniyen malzemelerde viskozite sabit değildir. Kayma gerilmesinin veya kayma oranının ve mzamanın fonksiyonudur. Non-Newtoniyen malzemeler zamandan bağımsız ise viskozite, η=F(γ veya τ) olacaktır. Bu tür malzemeler; pseudoplastik, dilatant ve plastik olarak adlandırılır.

Akış ilk başladığında kayma oranı sıfır iken akışın başlayabilmesi için belirli bir gerilme değeri bulunan (akma gerilmesi) ve bundan sonra lineer bir davranış gösteren bir çok akışkanın bu davranışına plastik davranış denir (Bingham olarak da adlandırılır). Diğer genel davranış, kayma oranı artarken azalan viskoziteli pseudoplastik davranıştır. Bazen malzemeler dilatant davranışı da gösterebilir, ancak bu süspansiyon için genel değildir.

Ancak birçok Non-Newtoniyen akışkan zamana bağlı davranış gösterir. Zamana bağlı ise viskozite, η= F (γ veya τ ve t) olacaktır. Bu tür malzemeler Tiksotropik ve Reopektik malzeme olarak belirlenir.

Kaynaklar: 
Tolga ZEYBEK-KATKILI BETONUN REOLOJİK ÖZELLİKLERİ VE TERLEME DAVRANIŞININ İNCELENMESİ
Uygunoğlu T., Ünal O., Yücel K.T., “Uçucu Külün Betonun Basinç Dayanimina Etkisi Üzerine Bulanik Mantik Yaklaşimi”
Yazıcı, Ş., 2003. Süper Akışkanlaştırcıların Betondaki Bazı Fiziksel ve Mekanik Özelliklere Etkileri.