Viscosité
La substance du dessus a une viscosité moindre que celle du dessous.
La viscosité (du latin viscum, gui, glu) peut être définie comme l'ensemble des phénomènes de résistance à l'écoulement se produisant dans la masse d'une matière, pour un écoulement uniforme et sans turbulence. Plus la viscosité augmente, et plus la capacité du fluide à s'écouler facilement diminue, plus l'énergie dissipée par l'écoulement sera importante.
Plusieurs grandeurs physiques caractérisent la viscosité : la viscosité dynamique (celle utilisée le plus généralement), la viscosité cinématique, la seconde viscosité et la viscosité de volume.
Pour un liquide (au contraire d'un gaz), la viscosité tend généralement à diminuer lorsque la température augmente. On pourrait croire que la viscosité d'un fluide s'accroît avec sa densité mais ce n'est pas nécessairement le cas : l'huile est moins dense que l'eau (huile de colza : 0,92 à 20 °C, contre 1 pour l'eau) cependant elle est nettement plus visqueuse.
On classe notamment les huiles mécaniques selon leur viscosité, en fonction des besoins de lubrification du moteur et des températures auxquelles l'huile sera soumise lors du fonctionnement du moteur[1].
Sommaire
1 Différentes grandeurs physiques
1.1 Présentation
1.2 Viscosité dynamique
1.3 Fluidité
1.4 Viscosité cinématique
1.5 Seconde viscosité
1.6 Viscosité de volume
1.7 Viscosité élongationnelle
2 Évolution suivant la température
3 Quelques valeurs
4 Voir aussi
4.1 Articles connexes
4.2 Liens externes
4.3 Bibliographie
5 Références
Différentes grandeurs physiques |
Présentation |
La viscosité (de cisaillement) peut être vue comme la résistance à l'écoulement des différentes couches d'un fluide les unes sur les autres.
Plusieurs grandeurs physiques caractérisent la viscosité:
- la viscosité dynamique est la principale grandeur, et c'est généralement à elle qu'on se réfère quand on parle de viscosité sans autre précision. Elle traduit le lien entre la contrainte de cisaillement et le gradient transversal de la vitesse d'écoulement dans la matière (d'où l'origine du qualificatif de « dynamique ») ;
- la viscosité cinématique se déduit de la précédente ;
- la seconde viscosité caractérise la résistance du fluide à des variations de volume ;
- la viscosité de volume est une combinaison de la viscosité dynamique et de la seconde viscosité.
La viscosité est en fait une quantité tensorielle mais il est possible, dans certains cas, de l'exprimer sous la forme d'une grandeur scalaire.
Viscosité dynamique |
Force de viscosité agissant dans un fluide.
La viscosité dynamique peut être définie en considérant deux couches d'un fluide notées abcd et a’b’c’d’, la couche abcd étant animée d'une vitesse relative à a’b’c’d’ notée dv{displaystyle mathrm {d} v}
F=ηSdvdz{displaystyle F=eta ,S,{frac {mathrm {d} v}{mathrm {d} z}}}
La dimension physique de la viscosité dynamique est :
[η]=[M]⋅[L]−1⋅[T]−1{displaystyle [eta ]=[M]cdot [L]^{-1}cdot [T]^{-1}}.
Dans le Système international d'unités (SI), la viscosité dynamique η{displaystyle eta }
On trouve encore parfois l'ancienne unité[4] du système CGS, la poise (Po) : 1 Pa·s = 10 Po.
La viscosité de l'eau à 20 °C est de 1 cPo (centipoise) soit 1 mPa·s.
Fluidité |
La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.
Viscosité cinématique |
La viscosité cinématique ν{displaystyle nu }
ν=ηρ{displaystyle {nu }={frac {eta }{rho }}}
. Elle s'exprime en mètre carré par seconde (m2/s)[3]. Dans le système CGS, la viscosité cinématique était exprimée en stokes (St) ou en centistokes (cSt).
La conversion est immédiate, puisque 1 St = 1 cm2/s = 10−4 m2/s et 1 cSt = 1 mm2/s = 10–6 m2/s.
Seconde viscosité |
La seconde viscosité est le second paramètre scalaire qui caractérise complètement un fluide newtonien.
Elle est souvent omise dans la littérature, faute de caractérisation pour la plupart des fluides usuels, dans leur approximation newtonienne.
Viscosité de volume |
La viscosité de volume est une fonction linéaire des viscosités principale et seconde viscosité.
- 3K= 3λ + 2µ
Viscosité élongationnelle |
La viscosité élongationnelle est la viscosité apparaissant lorsqu’une contrainte élongationnelle est appliquée au fluide.
Évolution suivant la température |
La viscosité d'un fluide varie en fonction de sa température et des actions mécaniques auxquelles il est soumis. Voir par exemple à ce propos le phénomène de thixotropie. Pour déterminer l'importance de l'effet de la température sur la viscosité d'un fluide, on utilise un indice de viscosité. Plus ce dernier est grand, moins la température a d'influence sur la viscosité du fluide.
Concernant un gaz, il est courant d'utiliser la loi de Sutherland définie de la façon suivante :
η(T)η0≈(TT0)3/2T0+ST+S{displaystyle {frac {eta (T)}{eta _{0}}}approx left({frac {T}{T_{0}}}right)^{3/2}{frac {T_{0}+S}{T+S}}}
,où :
η0=η(T0){displaystyle eta _{0}=eta (T_{0})}est la viscosité à la température T0{displaystyle T_{0}}
;
S{displaystyle S}
Pour l'air par exemple, on prend habituellement les valeurs suivantes : η0{displaystyle eta _{0}}
Quelques valeurs |
| Corps | Température (°C) | Viscosité (Pa·s) |
|---|---|---|
| Fluide parfaitement défini | ||
| dihydrogène | 0 | 8,4 × 10−6 |
| 50 | 9,3 × 10−6 | |
| 100 | 10,3 × 10−6 | |
| air | 0 | 1,71 × 10−5 |
| 50 | 1,94 × 10−5 | |
| 100 | 2,20 × 10−5 | |
| xénon | 0 | 2,12 × 10−5 |
| eau | 0 | 1,793 × 10−3 |
| 20 | 1,002 × 10−3 | |
| 50 | 0,5470 × 10−3 | |
| 100 | 0,2818 × 10−3 | |
| glace | −13 | 15 × 1012 |
| mercure | 20 | 1,526 × 10−3 |
| acétone | 0,326 × 10−3 | |
| éthanol | 1,20 × 10−3 | |
| méthanol | 0,59 × 10−3 | |
| benzène | 0,64 × 10−3 | |
| nitrobenzène | 2,0 × 10−3 | |
| glycérine | 1,49 | |
dioxygène | 0 | 1,9143 × 10−5 |
diazote | 0 | 1,6629 × 10−5 |
| Fluide de la vie courante | ||
| bitume | 20 | 108 |
| mélasse | 20 | 102 |
| miel | 20 | 101 |
| huile de ricin | 20 | 0,95 |
| huile d'olive | 20 | de 0,081 à 0,1 |
| café crème | 20 | 10−2 |
| sang | 37 | de 4 à 25 (généralement 6) × 10−3 |
| jus de raisin | 20 | de 2 à 5 × 10−3 |
| pétrole | 20 | 0,65 × 10−3 |
| Viscosité de corps à la pression atmosphérique | ||
| Corps | Température (°C) | Viscosité (cSt) |
|---|---|---|
| huile | 40 | de 20 à 60 |
Voir aussi |
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Articles connexes |
- Viscosimètre
- Piézoviscosité
- Rhéologie
- Cohésion
- Viscoélasticité
- Viscosité des solutions polymères
- Expérience de la goutte de poix
- Modèle cross
Liens externes |
- Viscosités de divers liquides en fonction de la température
Bibliographie |
É. Guyon, J.-P. Hulin et L. Petit, Hydrodynamique physique, EDP Sciences, CNRS Éd., 674 p., 2001 (ISBN 2-868-83502-3).
Références |
Le grand dictionnaire terminologique, Viscosité.
(en) « dynamic viscosity », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne : (2006-), 2e éd.
Le système SI d'unités de mesure, IV - Unités mécaniques, ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie.
Textes officiels, 28 février 1982, Direction générale de la compétitivité, de l'industrie et des services.
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