Mario Sedlak
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Maßeinheiten für Viskosität

Viskosität ist die "Zähigkeit" einer Flüssigkeit oder eines Gases. Sie wird definiert durch die Kraft, mit der zwei benachbarte Schichten aneinander reiben. Zur Messung kann eine Schicht durch eine dünne Platte ersetzt werden. Die nötige Kraft, um diese Platte durch das Medium zu ziehen,

Die Viskosität η ist der Faktor, der Fläche, Geschwindigkeit und Abstand in die Kraft F umrechnet:

F = ηAv/x
η = F/(Av/x)

Die Maßeinheit der Viskosität ergibt sich damit zu

N/(m2·(m/s)/m) = N/(m2/s) = Ns/m2 = Pas = Pascalsekunden

Eine anschauliche Vorstellung dieser Pascalsekunden ist mir nicht bekannt. Sie entsprechen Druck mal Zeit, aber ich glaube, für das Verständnis ist es am besten, wenn man gedanklich bei der ursprünglichen Formel "Newton pro Quadratmeter usw." bleibt, die lediglich rechnerisch zu Pascalsekunden abgekürzt wird.

Gebräuchliche Vorsätze

1 µPas = 1 Mikropascalsekunde = 1 Millionstel Pascalsekunde = 10−6 Pas
1 mPas = 1 Millipascalsekunde = 1 Tausendstel Pascalsekunde = 10−3 Pas

Weitere Größe

Die Viskosität η kann durch die Dichte ρ des Mediums dividiert werden. Die so erhaltene Größe heißt kinematische Viskosität und hat die Einheit

Pas/(kg/m3) = (Ns/m2)/(kg/m3) = ((kgm/s2)s/m2)/(kg/m3) = (kg/sm)/(kg/m3) = kgm3/smkg = m2/s = Quadratmeter pro Sekunde

Die kinematische Viskosität ist z. B. für Mineralöle die übliche Angabe. Sie kann einfach gemessen werden, indem man die Zeit stoppt, die die Flüssigkeit braucht, um durch ein Loch genormter Größe zu fließen.

Zur Unterscheidung wird die zuerst definierte Viskosität η dynamische Viskosität genannt.

Gebräuchliche Vorsätze

1 mm2/s = 1 Quadratmillimeter pro Sekunde = 1 Millionstel Quadratmeter pro Sekunde = 10−6 m2/s
1 cm2/s = 1 Quadratzentimeter pro Sekunde = 1 Zehntausendstel Quadratmeter pro Sekunde = 10−4 m2/s

Größenordnungen

dynamische Viskosität kinematische Viskosität Stoff Zustand
0 0 Helium-3 unter 2,6 mK Suprafluid
Helium-4 unter 2,17 K
Lithium-6 bei 400 nK
9 µPas 107 mm2/s Wasserstoff Gas alles bei 20°C und 1 bar
11 µPas 16 mm2/s Erdgas[1]
18 µPas 15 mm2/s Luft[2]
32 µPas 41 mm2/s Neon
0,22 mPas 0,35 mm2/s Pentan Flüssigkeit
0,60 mPas 0,85 mm2/s Benzin
1 mPas 1 mm2/s Wasser
2–5 mPas 1,9–4,7 mm2/s Traubensaft
100 mPas 110 mm2/s Olivenöl
0,1–1,2 Pas 1–13 cm2/s Schmieröl[3]
10 Pas 71 cm2/s Honig
108 Pas 88 000 m2/s Pech scheinbarer Festkörper
10191021 Pas 4·1015–4·1017 m2/s Glas
1021 Pas 3·1017 m2/s Erdmantel, ca. 100–400 km unter der Oberfläche
1025 Pas 3,4·1021 m2/s Erdkruste

Bei Gasen steigt die Viskosität mit zunehmender Temperatur. Z. B.:

Bei Flüssigkeiten sinkt die Viskosität mit zunehmender Temperatur. Z. B.:

Außerdem ist die Viskosität vom Druck abhängig, aber nur relativ geringfügig, weshalb das meist vernachlässigt wird.

Bei manchen Stoffen (z. B. Ketchup, Zahnpasta, Stärkebrei, ...) ist die Viskosität von weiteren Umständen abhängig, sodass eine Angabe in Pascalsekunden oder Quadratmetern pro Sekunde auch bei fixer Temperatur und fixem Druck nicht ausreicht, um ihr Verhalten zu beschreiben.

Schreibweise

Üblicherweise wird die Abkürzung Pa·s (normgerecht) mit Malpunkt oder Abstand (Pa s) geschrieben. Ich verwende einheitlich die kompakte Schreibweise (wie bei Nm und kWh), wenn keine Verwechslung mit Vorsätzen möglich ist.

Andere Einheiten

Abk. Definition Verwendung
  • Newtonsekunden pro Quadratmeter
Ns/m2 1 Pas = 1 (N/m2)s = 1 Ns/m2
  • Kilogramm pro Sekunde und Meter
kg/sm 1 Pas = 1 Ns/m2 = 1 (kgm/s2)s/m2 = 1 kg/sm

1 mPas = 1 g/sm

  • Poise
P 1 P = 0,1 Pas = 1 g/scm

1 cP = 1 Zentipoise = 0,01 P = 1 mPas

veraltet
  • Stokes
St 1 St = 1 cm2/s

1 cSt = 1 Zentistokes = 1 mm2/s

veraltet
°M 1°M = 1/34 Pas Schokoladenindustrie in den USA
FE Die Viskosität wird über die Leistung, die eine Maschine zum Kneten benötigt, gemessen. Teige aus Weizenmehl

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Maßeinheiten der Energie

Quellen

[1] TU Dresden: Gasversorgung (PDF), S. 3
[2] Klaus Gersten: Einführung in die Strömungsmechanik, Vieweg+Teubner Verlag, 1981, Tabelle 3.1, S. 75 (im PDF S. 94)
[3] Josef Schreiner: Angewandte Physik, Teil 1: Mechanik, Thermodynamik, Optik, Wien: ÖBV & HPT, 1. Auflage 2001 (ISBN 3-209-00765-9), S. 80
[4] Klaus Gersten: Einführung in die Strömungsmechanik, Vieweg+Teubner Verlag, 1981, Tabelle 3.1, S. 75 (im PDF S. 94)