この計算ツールでできること
このツールは、温度の関数として液体の水の粘度(絶対粘度)を計算します。水温を摂氏、華氏、またはケルビンで入力すると、ミリパスカル秒(mPa·s、センチポアズと同じ)、パスカル秒(Pa·s、SI単位)、ポアズ(P)で粘度を返します。水は温まると目に見えてさらさらになります。0 °C付近では、体温のときのおよそ2倍の粘度があります。
使い方
入力欄に水温を入力し、対応する単位(°C、°F、K)を選びます。計算ツールはその値を絶対温度に変換し、粘度の相関式を適用して結果を表示します。この相関式はおよそ0 °Cから370 °C(加圧下)までの液体の水を対象としているため、その範囲を大きく外れた入力は受け付けられません。
数式の説明
粘度は、水について広く使われているフォーゲル型の経験的相関式で計算されます:
$$ \mu(T) = A \cdot 10^{ \frac{B}{\,T - C\,} } $$ここでTはケルビンで表した絶対温度で、フィッティングされた定数は A = 2.414×10-5 Pa·s、B = 247.8 K、C = 140 K です。結果 μ はパスカル秒で得られます。mPa·s(センチポアズ)にするには1000を掛け、ポアズにするには10を掛けます。この近似は0~100 °Cの間で約1%の精度があり、氷点のごく近くでは誤差がやや大きくなります。
計算例
20 °Cの水の場合、まずケルビンに変換します: T = 20 + 273.15 = 293.15 K。次に指数を計算すると、247.8 / (293.15 − 140) = 1.618 となるので:
$$ \mu = 2.414 \times 10^{-5} \cdot 10^{ \frac{247.8}{\,293.15 - 140\,} } = 1.002 \times 10^{-3}\ \text{Pa s} $$これは1.002 mPa·s(または1.002 cP)に等しく、室温の水の教科書的な値と一致します。
よくある質問
温度が上がると水の粘度が下がるのはなぜですか? 水が温まると分子が持つ熱エネルギーが増え、流れに逆らう水素結合ネットワークが弱まるため、液体はさらさらになり、より流れやすくなります。
室温での水の粘度はどのくらいですか? 20 °Cでは水の粘度(絶対粘度)は約1.00 mPa·sで、25 °Cではおよそ0.89 mPa·sまで下がります。
粘度(絶対粘度)はセンチポアズと同じですか? センチポアズは単位であり、別の量ではありません。1 mPa·sはちょうど1 cPに等しいので、cPで表した粘度はmPa·sで示される数値と同じです。