Calcolatore della Viscosità dell'Acqua

Questo calcolatore della viscosità dell'acqua ti aiuterà a determinare la viscosità dell'acqua a temperatura ambiente o a qualsiasi temperatura, anche superiore a $300\ \mathrm{\degree C}$! In questo calcolatore imparerai a conoscere la viscosità assoluta dell'acqua (comunemente nota come viscosità dinamica) e a convertirla in viscosità cinematica. Imparerai anche a calcolare la viscosità dell'acqua e l'effetto della temperatura sulla viscosità dell'acqua utilizzando vari metodi.

Questo calcolatore della viscosità dell'acqua ti fornisce un grafico della viscosità dell'acqua in base alla temperatura e una tabella in modo che tu possa fare riferimento agli effetti che la temperatura ha sulla viscosità dell'acqua e sulla densità dell'acqua. Sebbene i nostri grafici e le nostre tabelle siano in unità SI, questo calcolatore ti permette anche di usare altre unità. Continua a leggere per saperne di più!

La viscosità è la misura della resistenza di un fluido al flusso. Più alta è la viscosità di un fluido (liquido o gas), più lento è il suo passaggio su una superficie. Immagina di far gocciolare il miele sulle fette biscottate per la tua colazione. Il miele, un fluido molto viscoso, si verserà più lentamente di quando si versa il latte sui cereali, poiché la viscosità del latte è molto più bassa. Possiamo anche esprimere la viscosità come l'attrito interno di un fluido in movimento. L'attrazione tra le molecole di un fluido viscoso è molto più alta di quella di un fluido meno viscoso.

Tuttavia, quando applichiamo calore o ulteriore energia termica ai nostri fluidi, le loro molecole iniziano a muoversi più velocemente. Di conseguenza, nei gas, le molecole sperimentano un maggiore attrito l'una contro l'altra, rendendo il loro flusso più lento e viscoso. Nei liquidi, quando le molecole iniziano a muoversi più velocemente, la loro attrazione reciproca si indebolisce. Questo indebolimento fa sì che le molecole del liquido si muovano più liberamente e, quindi, con una viscosità inferiore.

In questo articolo ci concentreremo sulla viscosità dei liquidi, nello specifico sulla viscosità cinematica e sulla viscosità dinamica dell'acqua. Quando si parla di viscosità, si intende in realtà la viscosità dinamica. La viscosità dinamica, o la viscosità assoluta dell'acqua o di qualsiasi altro fluido, è proporzionale allo sforzo di taglio tangenziale per unità di superficie necessario per spostare un piano a velocità costante su un altro piano con uno spessore di fluido mantenuto tra questi due piani. Questo fenomeno accade, per esempio, nel flusso alla Couette, come mostrato di seguito:

Più grande è la forza o lo sforzo necessario per muovere il piano, più viscoso è il fluido. Quando si sceglie tra le due viscosità, vale la pena notare che la viscosità dinamica ci parla della forza necessaria per spostare il fluido a una certa velocità. D'altra parte, la viscosità cinematica indica la velocità che il fluido raggiunge quando gli viene applicata una particolare forza.

Possiamo misurare la viscosità dinamica in millipascal-secondo ($\mathrm{mPa\cdot s}$) o con un equivalente più sofisticato chiamato centipoise. D'altra parte, possiamo esprimere la viscosità cinematica in millimetri quadrati al secondo ($\mathrm{mm^2/s}$), che ha anche un'unità equivalente chiamata centistokes. Per semplicità, in questo testo utilizzeremo solo i millipascal-secondo e i millimetri quadrati al secondo per la viscosità dinamica e la viscosità cinematica, rispettivamente.

Tuttavia, se hai bisogno di esprimere la viscosità dell'acqua in altre unità, puoi sempre selezionarli dai menu a tendina nel calcolatore. Per facilitare questo compito puoi utilizzare il nostro convertitore di pressione 🇺🇸 e il calcolatore per la conversione dell'area 🇺🇸, soprattutto se hai molti valori da convertire.

L'acqua, essendo il liquido più studiato, è il fluido migliore per iniziare a conoscere la viscosità. La viscosità dinamica dell'acqua a temperatura ambiente ha un valore di circa $1,\!0\ \mathrm{mPa\cdot s}$, e diminuisce con l'aumentare della temperatura. Questo valore è la viscosità dell'acqua a $20\ \mathrm{\degree C}$. Di seguito è riportato un grafico della viscosità dell'acqua in base alla temperatura che mostra l'effetto della temperatura sulla viscosità dinamica e sulla viscosità cinematica dell'acqua.

Il grafico della viscosità dell'acqua in funzione della temperatura è una rappresentazione visiva dei dati registrati qui sotto. Per ottenere questi dati sono stati effettuati esperimenti a diverse temperature. Nella tabella sottostante abbiamo incluso anche la densità dell'acqua, poiché ha un ruolo cruciale nella conversione della viscosità dinamica in viscosità cinematica (cosa che abbiamo imparato a fare con il convertitore da viscosità cinematica a viscosità dinamica 🇺🇸), come vedrai nella prossima sezione di questo testo.

Per utilizzare il nostro calcolatore, inserisci la temperatura per la quale vuoi conoscere la viscosità dell'acqua. Puoi anche usare il mouse (per i computer) o un dito (per i cellulari) per esplorare i valori di viscosità a qualsiasi temperatura sul grafico del nostro calcolatore.

Abbiamo incluso nel nostro calcolatore della viscosità dell'acqua anche i valori della densità dell'acqua a qualsiasi temperatura come bonus.

Per determinare la viscosità dell'acqua a qualsiasi temperatura, possiamo utilizzare la tabella o il grafico della viscosità dell'acqua in base alla temperatura fornito nella sezione "Che cos'è la viscosità dell'acqua?" di quest'articolo e utilizzare il metodo dell'interpolazione (ad esempio quello che abbiamo visto nel calcolatore di interpolazione lineare 🇺🇸) per altre temperature non riportate nella tabella. Utilizzando il grafico, possiamo approssimare la temperatura desiderata e poi (1) tracciare una linea verticale dall'asse x fino a intersecare la curva. Tracciando (2) una linea orizzontale da questa intersezione, possiamo ora vedere la viscosità approssimativa dell'acqua a una particolare temperatura, come quella mostrata qui sotto per $125\ \mathrm{\degree C}$:

A seconda del metodo che sceglierai (il metodo dell'interpolazione o quello di tracciare due linee), potrai ottenere i valori della viscosità dell'acqua (dinamica e cinematica).

Tuttavia, è buona norma scegliere un solo metodo quando si confrontano più valori di viscosità a temperature diverse. In questo modo, i concetti alla base dei valori ottenuti saranno coerenti e appropriati per il confronto. In ogni caso, sceglieremo il primo metodo (quello dell'interpolazione) perché è più preciso rispetto a quello delle linee verticali e orizzontali su un grafico.

Oltre a calcolare la viscosità dinamica dell'acqua, potrebbe essere necessario determinare la viscosità cinematica dell'acqua a qualsiasi temperatura. Possiamo semplicemente utilizzare il grafico o la tabella della viscosità dell'acqua alla temperatura fornita in questo testo e seguire le stesse istruzioni riportate sopra. Tuttavia, è anche possibile calcolare la viscosità cinematica dell'acqua a partire dalla viscosità dinamica dividendo la viscosità dinamica per la densità dell'acqua, come mostrato di seguito:

dove:

• $\nu_T$ — Viscosità cinematica alla temperatura $T$;
• $\eta_T$ — Viscosità dinamica alla temperatura $T$; e
• $\rho_T$ — Densità dell'acqua alla temperatura $T$.

Tieni presente che la temperatura influisce anche sulla densità dell'acqua e che tutte le interpolazioni lineari necessarie devono essere effettuate prima del calcolo. Supponiamo di aver calcolato in precedenza che la densità dell'acqua a $78\ \mathrm{\degree C}$ sia approssimativamente uguale a $0,\!973\ \mathrm{g/cm^3}$. Inoltre, utilizzando il metodo dell'interpolazione, abbiamo scoperto che la viscosità dinamica dell'acqua a $78\ \mathrm{\degree C}$è di circa $0,\!36336\ \mathrm{mPa \cdot s}$. Convertiamo quindi questo valore di viscosità dinamica in viscosità cinematica come segue:

Utilizzando il metodo di conversione mostrato sopra, possiamo dire che la viscosità cinematica dell'acqua a $78\ \mathrm{\degree C}$ è approssimativamente $0,\!37344\ \mathrm{mm^2/s}$.

La viscosità è la misura della resistenza al flusso di un fluido. Più alta è la viscosità di un fluido, più lento è il suo scorrimento su una superficie. Ad esempio, lo sciroppo d'acero e il miele sono liquidi ad alta viscosità e scorrono lentamente. In confronto, liquidi come l'acqua e l'alcol hanno una bassa viscosità e scorrono molto liberamente.

Possiamo esprimere la viscosità dinamica in millipascal-secondo (mPa⋅s) o centipoise (cP) dove 1 mPa·s = 1 cP. D'altra parte, possiamo esprimere la viscosità cinematica in millimetri quadrati al secondo (mm²/s) o centistokes (cSt) dove 1 mm²/s = 1 cSt.

La viscosità dell'acqua è di 1,0016 mPa·s a 20 °C. Si tratta della sua viscosità dinamica. La viscosità dell'acqua varia in base alla sua temperatura, e più questa è alta, meno l'acqua è viscosa. La viscosità dell'acqua a, diciamo, 80 °C è di 0,354 mPa·s.

Sì, la viscosità dell'acqua cambia in base alla temperatura. L'acqua tende ad avere una viscosità maggiore a temperature più basse, e una viscosità minore a temperature più alte. Pensa di mettere l'acqua in un congelatore. Le molecole d'acqua a una temperatura più bassa iniziano a perdere energia, si attraggono maggiormente l'una con l'altra e scorrono piuttosto lentamente fino a quando l'acqua si trasforma in ghiaccio.

Puoi determinare la viscosità dell'acqua a una determinata temperatura utilizzando il grafico della viscosità dell'acqua in base alla temperatura, o con il metodo dell'interpolazione utilizzando la tabella della viscosità dell'acqua in base alla temperatura. Utilizzando la tabella, è sufficiente:

1. Trovare la temperatura di cui hai bisogno sull'asse x;
2. Disegnare una linea verticale dall'asse x fino a raggiungere la linea del grafico della viscosità dell'acqua; e
3. Disegnare una linea orizzontale all'intersezione verso l'asse y per trovare la viscosità che stai cercando.

Sì, anche i gas hanno una viscosità. Tuttavia, la temperatura influisce sulla viscosità dei gas al contrario in confronto ai liquidi — a temperature più elevate anche la viscosità dei gas aumenta. In altre parole, quando fa più caldo, abbiamo l'impressione che l'aria si incolla alla nostra pelle, rispetto a quando fa più freddo.

Basta moltiplicare la viscosità cinematica del liquido a una particolare temperatura per la sua densità alla stessa temperatura. Ad esempio, la viscosità cinematica e la densità dell'acqua a 78 °C sono rispettivamente di 0,37344 mm² al secondo e 0,973 grammi per cm³. Moltiplicandoli insieme, otteniamo 0,37344 mm²/s × 0,973 g/cm³= 0,36336 mPa·s, che è la viscosità dinamica dell'acqua a 78 °C.

Abbassa la temperatura dell'acqua per aumentarne la viscosità. A temperature più basse, le molecole d'acqua tendono a perdere energia e si ammassano l'una sull'altra. Questo ammassamento fa sì che le molecole d'acqua facciano più attrito l'una contro l'altra, rendendole più lente, ovvero più viscose.

Circa 1 mm² al secondo. A 20 °C, la viscosità cinematica dell'acqua è di circa 1 mm² al secondo e aumenta a temperature più basse. A 10 °C, la viscosità cinematica dell'acqua è di circa 1,3 mm² al secondo, mentre a 30 °C è di circa 0,8 mm² al secondo. Aumentando la temperatura, la viscosità dell'acqua diminuisce.

Dato che l'acqua scorre abbastanza facilmente, la sua viscosità è bassa. D'altra parte, i fluidi che scorrono più lentamente, come il miele e il glicerolo, hanno una viscosità elevata. Vale la pena notare che anche la temperatura influisce sulla viscosità dei fluidi. Il miele freddo scorre più lentamente di quello a temperatura ambiente. Al contrario, il miele caldo scorrerà più velocemente. Questo vale anche per l'acqua.

L'aggiunta di sostanze che rendono l'acqua densa, come lo zucchero, aumenta la viscosità dell'acqua. Più zucchero viene aggiunto, più l'acqua diventa viscosa e densa. L'aggiunta di calore al composto aiuterà a mescolare più zucchero nell'acqua. Una volta che il composto si sarà raffreddato a temperatura ambiente, sarà più viscoso di quando è caldo.

Sì, l'aggiunta di sale all'acqua ne aumenta la viscosità. Poiché l'aggiunta di sale all'acqua rende la soluzione più densa, aumenta anche la sua viscosità. Anche se questo fenomeno potrebbe non essere immediatamente percepito quando si confronta l'acqua salata con l'acqua naturale, sarà già evidente con concentrazioni di sale più elevate.

Puoi usare un viscosimetro. Esistono molti tipi di viscosimetro, ma uno dei più semplici e facili da usare è il viscosimetro di Ostwald.

Il viscosimetro di Ostwald è un tubo di vetro a forma di U con due bulbi e due marcature attraverso cui deve passare il liquido da testare. Durante l'osservazione, il tempo che il livello del liquido impiega a passare attraverso i due segni rappresenterà la viscosità cinematica del liquido. Questa procedura deve essere eseguita a temperatura nota.