ما هي اللزوجة
اللزوجة هي عبارةٌ عن مقاومة المائع (سائل أو غاز) لتغيير شكله، أو حركة الأجزاء المتجاورة بالنسبة لبعضها البعض، إذ تشير لزوجة مادّة ما إلى مقاومة التدفق، وعكس مفهوم اللّزوجة هو السيولة وهي مقياسٌ لسهولة التدفق، فعلى سبيل المثال؛ إنّ للمربَّيات لزوجة أكبر من الماء.
يمكن اعتبار لزوجة المادّة بمثابة احتكاكٍ داخليٍّ بين الجزيئات، وهذا الاحتكاك يقاوم اختلاف السرعة داخل السائل، إذ تعد اللزوجة عاملًا مهمًّا في تحديد القوى الواجب التغلب عليها عند استخدام سائلٍ ما في التزييت أو نقله في خطوط الأنابيب حيث أنّها تتحكم في تدفق السائل في بعض العمليات مثل البخ وملء أو حشو القوالب وطلاء الأسطح.
بالنسبة للعديد من السوائل فإنّ الضغط الحاصل أو الناجم عن التماس مع الوسط أو أي إجراءٍ لتقطيع أو تشويه شكل السائل سيتسبب في حدوث جريان أو تدفّق موضعي لمادّته، وهو يتناسب طردًا مع العمل الناجم عن الاحتكاك أو قوى التشويه التي أنتجته، وبعبارةٍ أخرى فإنّ ضغط القص أو التشويه مقسومًا على معدل التشوّه أو التغيير هو ثابتٌ لسائل معينٍ عند درجة حرارةٍ ثابتةٍ، ويطلق على هذا الثابت اللزوجة الديناميكية أو المطلقة وتسمى السوائل التي تتصرف بهذه الطريقة بالسوائل النيوتونية تكريمًا للعالم إسحق نيوتن الذي كان أول من قام بصياغة هذا التوصيف الرياضي للزوجة.
الفرق بين اللزوجة الديناميكية والحركية
اللزوجة الديناميكية
هي مقياسٌ لكيفية مقاومة السائل للتدفق عند تطبيق قوةٍ خارجيةٍ، إذ أننا نقوم بتقدير اللزوجة الديناميكية عندما نريد أن نفهم كيفية تعامل المادة مع التشوه. يمكن قياس اللزوجة الديناميكية من خلال مقياس Brookfield واختبار الريومتر، إذ إنّ إختبار Brookfield يسمح بتقييم ما إذا كان المنتج يلبي مواصفات التصنيع أو الاستخدام، ومعرفة ما إذا كانت هذه المنتجات مناسبة اعتمادًا على نوع المادة التي يتم اختبارها، إذ يتم اختبار المواد الهلامية والمستحضرات والمواد اللاصقة بانتظامٍ باستخدام هذا الاختبار، أما المواد الأقل لزوجة فيتم اختبارها من خلال تقنياتٍ أخرى.
اللزوجة الحركية
تختلف اللزوجة الحركية عن الديناميكية في كونها تقيس فقط كيفية تأثير الجاذبية على مقاومة المادة للتدفق، فاللزوجة الحركية تفترض أن لا قوى خارجية تؤثر على المادة، وبسبب العلاقة المعتمدة على الكثافة ما بين اللزوجة الحركية والديناميكية يمكن أن يكون لمادتين لهما نفس اللزوجة الديناميكية لزوجة حركية مختلفة.
طرق قياس لزوجة مادّة ما
- باستخدام أنبوب بشكل حرف U: غالبًا ما يستخدم هذا النوع من الأجهزة في المختبرات؛ إذ يمكن للمستخدم الحصول على اللّزوجة الديناميكية عن طريق قياس المدة التي يستغرقها السائل للتدفق بين نقطتين من أنبوبٍ شعريٍّ نصف قطره معلوم، ومن الضروري معرفة كثافة السائل لحساب لزوجته بهذه الطريقة.
- قياس هبوط جسم كروي: هذا الجهاز يستعين بآلية هبوط جسمٍ كرويٍّ لقياس لزوجته؛ إذ يتم قياس الوقت الذي تستغرقه كرة ساقطة معروفة الكثافة ونصف القطر للانتقال بين علامتين محددتين ومن ثم يمكن للمستخدم حساب لزوجة المادّة على أساس ذلك، وعادة توجد هذه المقاييس في المختبرات وتعمل على مبادىء مستمدة من قانون ستوكس Stockes.
- قياس هبوط المكبس: وتعمل مقاييس اللزوجة هذه على مبادئ مماثلة للمقياس السابق باستثناء أنها تقيس مقاومة المكبس المتحرك عبر السائل، وهذه الأجهزة بسيطة التشغبل وتتطلب القليل من الصيانة ولهذا السبب تحظى بشعبيةٍ كبيرةٍ.
- مقياس اللزوجة الدوراني: لمقياس مقاومة السوائل للعزم، وهناك عدة أنواعٍ من مقاييس اللزوجة هذه.
- مقاييس اللزوجة الفقاعية: تقوم مقاييس اللزوجة هذه بقياس الوقت الذي تستغرقه الفقاعات للارتفاع خلال السائل، وغالبًا ما تستخدم هذه المقاييس من أجل المواد الصمغية والطلاءات إذ أنها تعتبر مقاييس سريعة ومفيدة جدًا في مثل هذه الحالات.
- المقياس الغلفاني: وهي مقاييسٌ أكثر فائدةً بالنسبة للسوائل غير النيوتونية (وهي السوائل التي لا يمكن توصيف لزوجتها من خلال قيمةٍ واحدةٍ)، إذ أنّ الضغط الأكبر عادةً يُحدث لزوجة أكبر في هذا النوع من السوائل، وهناك العديد من أنواع أجهزة المقاييس الغلفانية في الأسواق.
فوائد قياس لزوجة السوائل
- تحديد اللزوجة للسوائل غير النيوتونية يساعد في محاكاة ظروف المعالجة والاستخدام.
- في البصمات اللزجة للمواد لتحديد مدى السلوك شبه الصلب أو شبه السائل.
- تحسين وتقييم ثبات التبدد.
- تحديد انسيابية الدهانات.
- في صناعة المنتجات الغذائية ومنتجات العناية الشخصية من حيث عمليات الضخ والتمدد.
- فحص ما قبل التشكيل فيما يخص المواد العلاجية، وخصوصًا المستحضرات الصيدلانية البيولوجية.