Defina viscosidade e explique como a temperatura afeta a viscosidade da água.
Passo 1
O enunciado pede para definir o que é viscosidade e mostrar como a temperatura altera a viscosidade da água. Aqui vamos usar conceitos de mecânica dos fluidos (viscosidade dinâmica) e química física (interações moleculares e dependência Arrhenius-like).
Passo 2
Viscosidade é a medida da resistência interna de um fluido ao escoamento. Em outras palavras, é o atrito interno que faz com que camadas adjacentes do fluido deslizem com dificuldade. Para um fluido newtoniano, a relação entre a tensão de cisalhamento
e o gradiente de velocidade
é
onde
é a viscosidade dinâmica (unidade SI: pascal × segundo, P
).
Passo 3
A viscosidade depende fortemente da temperatura porque a energia térmica afeta as forças intermoleculares. Experimentalmente observa-se que, à medida que a temperatura
aumenta, a viscosidade
da água diminui. Uma forma empírica de modelar essa variação é
onde
e
são constantes,
é a constante universal dos gases e
a temperatura absoluta. Por exemplo, em temperatura ambiente
a água tem
P
, enquanto a
(
K) cai para cerca de
P
.
Passo 4
No nível molecular, o aumento de
acelera as moléculas de água, reduzindo o tempo de formação de ligações de hidrogênio e, consequentemente, a coerência do fluido. Com forças intermoleculares mais fracas, fica mais fácil uma camada “escorregar” sobre a outra, diminuindo a viscosidade.
Resposta
Viscosidade é a resistência interna de um fluido ao escoamento, quantificada pela relação
. Na água, aumentar a temperatura reduz a viscosidade porque a energia térmica enfraquece as ligações de hidrogênio entre moléculas, favorecendo o deslizamento das camadas.