گرانروی چیست؟
ویسکوزیته یا گرانروی یک ویژگی فیزیکی است که نشان دهنده میزان مقاومت یک مایع در برابر تغییر شکل و رفتار آن است. به طور کلی، ویسکوزیته نشان دهنده میزان اصطکاک داخلی یک مایع است. ویسکوزیته میزان مقاومت مایع در برابر تغییر شکل را نشان می دهد و به طور مستقیم با نیروی اصطکاکی که بر روی مایع اعمال می شود، مرتبط است. در این مطلب، به بررسی مفهوم ویسکوزیته و انواع آن می پردازیم.
مفهوم گرانروی
گرانروی مشخص کننده مقاومت یک سیال در برابر تغییر شکل و حرکت قسمت های مجاور آن است. این مفهوم، مرتبط با مقاومت داخلی سیال در برابر انتقال حرکت است. گرانروی بستگی به دما و خصوصیات سیال دارد و باعث می شود، سیال با سرعت کندتری جریان پیدا کند.
به عنوان مثال، عسل را می توان یک سیال با گرانروی بالا نسبت به آب در نظر گرفت. به این معنا که عسل در مقایسه با آب، مقاومت بیشتری در برابر تغییر شکل و حرکت دارد و سرعت جریان آن کمتر است. گرانروی در فرآیندهای مختلفی اهمیت دارد؛ به عنوان مثال در روغن کاری و انتقال سیالات در خطوط لوله، این مفهوم کاربرد دارد. در فرآیندهایی مانند اسپری کردن مواد، قالب گیری تزریقی و پوشش دهی سطحی نیز ویسکوزیته سیال نقش مهمی در تنظیم جریان دارد.
انواع گرانروی مواد
گرانروی یا ویسکوزیته مواد، به وابستگی آن ها به نیروهای خارجی برای جریان و تغییر شکل مربوط است. مواد مختلف، می توانند گرانروی های متفاوتی داشته باشند؛ اما به طور کلی، انواع مختلفی از گرانروی وجود دارند که شامل موارد زیر می شوند.
گرانروی نیوتنی
در این نوع گرانروی، نیروی لازم برای جریان، مستقل از سرعت جریان است. به عبارت دیگر، نیروی مورد نیاز برای جریان، مستقل از سرعت جریان به طور ثابت باقی می ماند. برخی سیالات مانند آب و بنزین به خوبی با گرانروی نیوتنی تطابق می یابند.
گرانروی غیر نیوتنی
در گرانروی غیر نیوتنی، نیروی مورد نیاز برای جریان، تغییر می کند و به سرعت جریان بستگی دارد. برخی سیالات مانند عسل، پاستا، خمیر دندان و خون از گرانروی غیر نیوتنیبرخوردار هستند. در این مواد، نیروی لازم برای جریان، با افزایش سرعت جریان، کاهش می یابد.
گرانروی شیرینگ (Shear-thinning)
در این نوع گرانروی، با افزایش نیروی برشی (shear stress)، ویسکوزیته کاهش می یابد و سیال راحت تر جریان پیدا می کند. مثال هایی از سیالات با گرانروی شیرینگ، شامل مواد غذایی مانند سس ها و پوره ها هستند.
گرانروی تیکه ای (Dilatant)
در این نوع گرانروی، با افزایش نیروی برشی، ویسکوزیته افزایش می یابد و سیال، مقاومت بیشتری در برابر جریان دارد. به عنوان مثال، مخلوطی از نشاسته و آب را می توان نوعی گرانروی تیکه ای در نظر گرفت.
عوامل تاثیر گذار بر گرانروی مواد
گرانروی مواد به ویژگی های خاصی از جمله ساختار مولکولی، ترکیب شیمیایی، دما، فشار و نیروهای خارجی بستگی دارد. در ادامه، به برخی از عوامل تأثیرگذار بر گرانروی مواد اشاره می کنیم.
ساختار مولکولی
ساختار مولکولی ماده، می تواند تأثیر زیادی در گرانروی آن داشته باشد. در بعضی مواد، مولکول ها با یکدیگر به صورت زنجیره ای مرتبط هستند و این باعث افزایش گرانروی می شود. به عنوان مثال، پلیمرها معمولا گرانروی بیشتری نسبت به مولکول های کوچک تر دارند.
ترکیب شیمیایی
ترکیب شیمیایی ماده نیز می تواند بر میزان گرانروی مواد تأثیر گذار باشد. تغییر در ترکیب شیمیایی، می تواند به تغییر در نیروهای بین مولکولی و اصطکاک داخلی مواد منجر شود که در نتیجه، تغییر در گرانروی آن نیز رخ می دهد.
دمای محیط
در بیشتر مواقع، دما به طور قابل توجهی بر گرانروی مواد تأثیر می گذارد. معمولاً با افزایش دما، گرانروی کاهش می یابد و ماده راحت تر جریان می یابد. این امر، به دلیل آزاد شدن انرژی حرکتی مولکول ها و کاهش اصطکاک داخلی است.
فشارهای جانبی
در برخی مواد، با افزایش فشار، مولکول ها به هم نزدیک تر می شوند و اصطکاک بین آن ها افزایش می یابد که موجب افزایش گرانروی می شود.
نیروهای خارجی
نیروهای خارجی، تغییر شدت جاذبه، نیروی الکترواستاتیک و غیره نیز می توانند بر گرانروی مواد تأثیرگذار باشند. این نیروها می توانند ساختار مولکولی مواد را تغییر داده و در نتیجه گرانروی را کم یا زیاد کنند.
ترکیب و تأثیر این عوامل در هر ماده، متفاوت است و برای درک و بررسی گرانروی ماده، باید با توجه به ویژگی های آن ها، مورد بررسی قرار گیرند. همچنین، ممکن است تأثیر این عوامل تغییر کند. به طور مثال، برخی از این عوامل تأثیر گذار بر گرانروی، بیشتر بوده و در برخی دیگر کمتر باشند. علاوه بر این، برای برخی مواد، ممکن است گرانروی تحت شرایط خاصی تغییر کند؛ مانند تغییرات دما و فشار که در شرایط مختلف، اثرات گوناگونی دارند.
