विस्कोसिटी (श्यानता) मापने के तरीके: एक विस्तृत गाइड

विस्कोसिटी, जिसे श्यानता भी कहा जाता है, किसी तरल पदार्थ के प्रवाह के प्रतिरोध का माप है। यह एक महत्वपूर्ण गुण है जो विभिन्न उद्योगों जैसे खाद्य प्रसंस्करण, फार्मास्यूटिकल्स, पेट्रोलियम और सौंदर्य प्रसाधन में उत्पादों की गुणवत्ता, स्थिरता और प्रदर्शन को प्रभावित करता है। इस लेख में, हम विस्कोसिटी को मापने के विभिन्न तरीकों का पता लगाएंगे, जिसमें सरल विधियों से लेकर अधिक परिष्कृत तकनीकों तक शामिल हैं। हम प्रत्येक विधि के सिद्धांतों, उपकरणों, चरणों और अनुप्रयोगों पर विस्तार से चर्चा करेंगे।

विस्कोसिटी क्या है?

विस्कोसिटी को समझने के लिए, कल्पना करें कि आप शहद और पानी को एक चम्मच से हिला रहे हैं। शहद पानी की तुलना में अधिक धीरे-धीरे बहता है क्योंकि इसकी विस्कोसिटी अधिक होती है। विस्कोसिटी आंतरिक घर्षण का परिणाम है जो तरल के अणुओं के बीच मौजूद होता है क्योंकि वे एक दूसरे के ऊपर से गुजरते हैं। अधिक विस्कोसिटी वाले तरल पदार्थों को अधिक बल की आवश्यकता होती है ताकि वे बह सकें।

विस्कोसिटी को आमतौर पर दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है:

• गतिशील विस्कोसिटी (Dynamic Viscosity): इसे पूर्ण विस्कोसिटी भी कहा जाता है, यह एक तरल पदार्थ के परतों के बीच प्रतिरोध का माप है जब उस पर एक बाहरी बल लगाया जाता है। इसकी इकाई पास्कल-सेकंड (Pa·s) या पॉइज (P) है (1 Pa·s = 10 P)।
• काइनेमेटिक विस्कोसिटी (Kinematic Viscosity): यह गतिशील विस्कोसिटी और घनत्व का अनुपात है। यह दर्शाता है कि गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में तरल पदार्थ कितनी आसानी से बहता है। इसकी इकाई वर्ग मीटर प्रति सेकंड (m²/s) या स्टोक (St) है (1 m²/s = 10⁴ St)।

विस्कोसिटी मापने के तरीके

विस्कोसिटी मापने के कई तरीके उपलब्ध हैं, प्रत्येक की अपनी विशिष्ट सीमाएं और अनुप्रयोग हैं। यहां कुछ सबसे सामान्य तरीके दिए गए हैं:

1. ऊष्मायन विधि (Falling Sphere Viscometer)

यह विधि एक ज्ञात घनत्व और आकार की गेंद को एक तरल पदार्थ में गिरने की गति को मापकर विस्कोसिटी निर्धारित करती है। गेंद जितनी धीरे-धीरे गिरती है, तरल पदार्थ की विस्कोसिटी उतनी ही अधिक होती है।

सिद्धांत:

स्टोक्स का नियम इस विधि का आधार है। स्टोक्स का नियम बताता है कि एक गोलाकार वस्तु पर लगने वाला ड्रैग बल (घसीटने वाला बल) वस्तु की गति, तरल पदार्थ की विस्कोसिटी और वस्तु के आकार के सीधे आनुपातिक होता है।

उपकरण:

• ऊष्मायन विस्कोमीटर (Falling sphere viscometer): इसमें एक बेलनाकार ट्यूब होती है जिसमें तरल पदार्थ होता है और गेंद को छोड़ने के लिए तंत्र होता है।
• गेंदें: विभिन्न आकारों और घनत्वों की गेंदें।
• स्टॉपवॉच: गेंद के गिरने का समय मापने के लिए।
• थर्मामीटर: तरल पदार्थ के तापमान को मापने के लिए।

चरण:

1. विस्कोमीटर ट्यूब को तरल पदार्थ से भरें जिसका विस्कोसिटी मापना है।
2. सुनिश्चित करें कि तरल पदार्थ का तापमान स्थिर है।
3. एक उपयुक्त आकार और घनत्व की गेंद का चयन करें।
4. गेंद को तरल पदार्थ की सतह पर छोड़ें।
5. गेंद को दो चिह्नित बिंदुओं के बीच गिरने में लगने वाले समय को मापें।
6. स्टोक्स के नियम का उपयोग करके विस्कोसिटी की गणना करें।

अनुप्रयोग:

यह विधि पेट्रोलियम उत्पादों, तेलों और पॉलिमर जैसे न्यूटोनियन तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त है।

लाभ:

• सरल और उपयोग में आसान।
• अपेक्षाकृत सस्ता।

कमियां:

• केवल न्यूटोनियन तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त।
• गेंद की गति को सटीक रूप से मापना मुश्किल हो सकता है।
• यह विधि अपारदर्शी तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि गेंद को देखना मुश्किल होता है।

2. केशिका विस्कोमीटर (Capillary Viscometer)

यह विधि एक केशिका ट्यूब के माध्यम से एक तरल पदार्थ को प्रवाहित करने में लगने वाले समय को मापकर विस्कोसिटी निर्धारित करती है। तरल पदार्थ जितनी धीरे-धीरे बहता है, उसकी विस्कोसिटी उतनी ही अधिक होती है।

सिद्धांत:

पॉइजुइल का नियम इस विधि का आधार है। पॉइजुइल का नियम बताता है कि एक केशिका ट्यूब के माध्यम से तरल पदार्थ का प्रवाह दर दबाव अंतर, ट्यूब की त्रिज्या और तरल पदार्थ की विस्कोसिटी के सीधे आनुपातिक होता है।

उपकरण:

• केशिका विस्कोमीटर: इसमें एक यू-आकार की ट्यूब होती है जिसमें एक केशिका खंड होता है।
• वैक्यूम पंप (Vacuum pump): तरल पदार्थ को ट्यूब के माध्यम से खींचने के लिए।
• स्टॉपवॉच: तरल पदार्थ के प्रवाह का समय मापने के लिए।
• थर्मामीटर: तरल पदार्थ के तापमान को मापने के लिए।

चरण:

1. विस्कोमीटर को तरल पदार्थ से भरें।
2. एक वैक्यूम पंप का उपयोग करके तरल पदार्थ को केशिका ट्यूब के माध्यम से खींचें।
3. तरल पदार्थ को दो चिह्नित बिंदुओं के बीच प्रवाहित होने में लगने वाले समय को मापें।
4. पॉइजुइल के नियम का उपयोग करके विस्कोसिटी की गणना करें।

अनुप्रयोग:

यह विधि न्यूटोनियन तरल पदार्थों जैसे तेल, पॉलिमर और सॉल्वैंट्स के लिए उपयुक्त है।

लाभ:

• उच्च परिशुद्धता।
• विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त।

कमियां:

• अधिक महंगा।
• साफ करने में मुश्किल हो सकता है।
• नॉन-न्यूटोनियन तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त नहीं।

3. रोटेशनल विस्कोमीटर (Rotational Viscometer)

यह विधि एक तरल पदार्थ में एक स्पिंडल को घुमाने के लिए आवश्यक बल को मापकर विस्कोसिटी निर्धारित करती है। स्पिंडल को घुमाने के लिए जितना अधिक बल की आवश्यकता होती है, तरल पदार्थ की विस्कोसिटी उतनी ही अधिक होती है।

सिद्धांत:

घूर्णन विस्कोमीटर एक मोटर द्वारा संचालित एक स्पिंडल का उपयोग करते हैं जो एक तरल पदार्थ में डूबा होता है। स्पिंडल को घुमाने के लिए आवश्यक टोक तरल पदार्थ की विस्कोसिटी के सीधे आनुपातिक होता है।

उपकरण:

• रोटेशनल विस्कोमीटर: इसमें एक मोटर, एक स्पिंडल और एक टोक सेंसर होता है।
• स्पिंडल: विभिन्न आकारों और आकृतियों के स्पिंडल।
• थर्मामीटर: तरल पदार्थ के तापमान को मापने के लिए।

चरण:

1. विस्कोमीटर कप को तरल पदार्थ से भरें।
2. एक उपयुक्त स्पिंडल का चयन करें और इसे विस्कोमीटर से जोड़ें।
3. स्पिंडल को तरल पदार्थ में डुबोएं।
4. स्पिंडल को एक विशिष्ट गति से घुमाएं।
5. टोक सेंसर द्वारा मापे गए टोक को रिकॉर्ड करें।
6. अंशांकन वक्र का उपयोग करके विस्कोसिटी की गणना करें।

अनुप्रयोग:

यह विधि न्यूटोनियन और नॉन-न्यूटोनियन दोनों तरह के तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त है, जैसे पेंट, स्याही, भोजन, सौंदर्य प्रसाधन और फार्मास्यूटिकल्स।

लाभ:

• विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त।
• विभिन्न कतरनी दरों पर विस्कोसिटी को माप सकता है।
• स्वचालित माप के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

कमियां:

• अधिक महंगा।
• अंशांकन की आवश्यकता होती है।
• परिणाम स्पिंडल के आकार और गति से प्रभावित हो सकते हैं।

4. कंपन विस्कोमीटर (Vibrational Viscometer)

यह विधि एक तरल पदार्थ में एक कंपन वस्तु को डुबोकर और कंपन को बनाए रखने के लिए आवश्यक शक्ति को मापकर विस्कोसिटी निर्धारित करती है। कंपन को बनाए रखने के लिए जितनी अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है, तरल पदार्थ की विस्कोसिटी उतनी ही अधिक होती है।

सिद्धांत:

कंपन विस्कोमीटर एक निश्चित आवृत्ति पर कंपन करने वाली एक वस्तु का उपयोग करते हैं। तरल पदार्थ के माध्यम से वस्तु की गति का प्रतिरोध तरल पदार्थ की विस्कोसिटी के सीधे आनुपातिक होता है।

उपकरण:

• कंपन विस्कोमीटर: इसमें एक कंपन वस्तु, एक सेंसर और एक नियंत्रण इकाई होती है।
• थर्मामीटर: तरल पदार्थ के तापमान को मापने के लिए।

चरण:

1. विस्कोमीटर कप को तरल पदार्थ से भरें।
2. कंपन वस्तु को तरल पदार्थ में डुबोएं।
3. कंपन वस्तु को एक विशिष्ट आवृत्ति पर कंपन करें।
4. सेंसर द्वारा मापी गई शक्ति को रिकॉर्ड करें।
5. अंशांकन वक्र का उपयोग करके विस्कोसिटी की गणना करें।

अनुप्रयोग:

यह विधि न्यूटोनियन और नॉन-न्यूटोनियन दोनों तरह के तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त है, खासकर उन अनुप्रयोगों के लिए जहां निरंतर निगरानी की आवश्यकता होती है, जैसे कि प्रक्रिया नियंत्रण।

लाभ:

• ऑनलाइन माप के लिए उपयुक्त।
• छोटे नमूना आकार के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

कमियां:

• अधिक महंगा।
• परिणाम कंपन आवृत्ति और वस्तु के आकार से प्रभावित हो सकते हैं।

विस्कोसिटी को प्रभावित करने वाले कारक

विस्कोसिटी कई कारकों से प्रभावित हो सकती है, जिनमें शामिल हैं:

• तापमान: आमतौर पर, तापमान बढ़ने पर तरल पदार्थों की विस्कोसिटी कम हो जाती है, क्योंकि अणुओं के बीच का आंतरिक घर्षण कम हो जाता है। गैसों के मामले में, तापमान बढ़ने पर विस्कोसिटी बढ़ सकती है।
• दबाव: दबाव बढ़ने पर तरल पदार्थों की विस्कोसिटी आमतौर पर थोड़ी बढ़ जाती है।
• कतरनी दर: नॉन-न्यूटोनियन तरल पदार्थों की विस्कोसिटी कतरनी दर पर निर्भर करती है। कतरनी पतले तरल पदार्थ कतरनी दर बढ़ने पर विस्कोसिटी में कमी दर्शाते हैं, जबकि कतरनी गाढ़े तरल पदार्थ कतरनी दर बढ़ने पर विस्कोसिटी में वृद्धि दर्शाते हैं।
• घोल संरचना: घोल में मौजूद ठोस कणों या अन्य तरल पदार्थों की सांद्रता विस्कोसिटी को प्रभावित कर सकती है।

विस्कोसिटी के अनुप्रयोग

विस्कोसिटी विभिन्न उद्योगों में एक महत्वपूर्ण गुण है। इसके कुछ अनुप्रयोग यहां दिए गए हैं:

• खाद्य प्रसंस्करण: खाद्य उत्पादों की स्थिरता, बनावट और प्रवाह गुणों को नियंत्रित करने के लिए।
• फार्मास्यूटिकल्स: दवाओं की स्थिरता और रिलीज दर को नियंत्रित करने के लिए।
• पेट्रोलियम: तेल और गैस की पाइपलाइन में प्रवाह को अनुकूलित करने के लिए।
• सौंदर्य प्रसाधन: उत्पादों की बनावट, फैलाव और स्थिरता को नियंत्रित करने के लिए।
• पेंट और कोटिंग्स: पेंट और कोटिंग्स के प्रवाह, फैलाव और आसंजन को नियंत्रित करने के लिए।

निष्कर्ष

विस्कोसिटी को मापना उत्पादों की गुणवत्ता, स्थिरता और प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए कई उद्योगों में महत्वपूर्ण है। इस लेख में, हमने विस्कोसिटी को मापने के विभिन्न तरीकों पर चर्चा की, जिनमें ऊष्मायन विधि, केशिका विधि, घूर्णन विधि और कंपन विधि शामिल हैं। प्रत्येक विधि की अपनी सीमाएं और अनुप्रयोग हैं, इसलिए विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर सही विधि का चयन करना महत्वपूर्ण है। विस्कोसिटी को प्रभावित करने वाले कारकों को समझकर और सटीक माप तकनीकों का उपयोग करके, निर्माता अपने उत्पादों के गुणों को अनुकूलित कर सकते हैं और लगातार गुणवत्ता सुनिश्चित कर सकते हैं।