Độ nhớt khác khối lượng riêng: mật ong, dầu nhớt sánh mà nặng nhẹ ra sao

Đặc sánh và nặng nhẹ là hai chuyện khác nhau. Độ sánh, gọi đúng là độ nhớt, cho biết chất lỏng chảy chậm hay nhanh; khối lượng riêng cho biết một mililít chất lỏng nặng bao nhiêu. Dầu ăn sánh hơn nước vài chục lần nhưng vẫn nhẹ hơn nước nên nổi lên trên; mật ong thì vừa sánh vừa nặng, và chính điều đó khiến nhiều người gộp hai khái niệm làm một.

Độ nhớt là gì, khác khối lượng riêng ở chỗ nào?

Độ nhớt là "ma sát bên trong" của chất lỏng. Khi một lớp chất lỏng trượt qua lớp bên cạnh, các phân tử níu kéo nhau. Níu càng mạnh, chất lỏng càng khó chảy, ta thấy nó sánh, đặc, chảy thành dòng chậm như mật. Níu yếu thì chất lỏng chảy tràn, bắn tung toé như nước.

Khối lượng riêng thì không quan tâm chất lỏng chảy nhanh hay chậm. Nó chỉ hỏi: trong một mililít có bao nhiêu gam. Một chất lỏng có thể:

• Nhẹ mà sánh: dầu ăn, dầu nhớt động cơ.
• Nặng mà loãng: nước muối đặc, nước biển. Nước muối bão hoà nặng khoảng 1,2 g/ml nhưng chảy gần như nước thường.
• Vừa nặng vừa sánh: mật ong, siro ngô, sữa đặc có đường.
• Vừa nhẹ vừa loãng: xăng, cồn.

Thuỷ ngân là ví dụ cực đoan của "nặng mà loãng": nặng gấp khoảng 13,6 lần nước nhưng độ nhớt chỉ cao hơn nước chút ít, nên nó chảy lăn tăn như những hạt bi.

Bảng so sánh độ nhớt và khối lượng riêng các chất quen

Độ nhớt thường đo bằng đơn vị mPa·s (mili pascal giây). Nước ở khoảng 20 °C có độ nhớt khoảng 1 mPa·s, nên có thể đọc các số dưới đây như "sánh gấp bao nhiêu lần nước". Số liệu là khoảng giá trị ở nhiệt độ phòng, thay đổi nhiều theo loại và nhiệt độ.

Hàng dầu ăn và hàng mật ong cho thấy rõ nhất ý chính: độ nhớt có thể chênh nhau hàng nghìn lần trong khi khối lượng riêng chỉ chênh vài chục phần trăm. Hai con số không đi cùng nhau.

Vì sao dầu ăn sánh mà vẫn nổi trên nước?

Vị trí lớp trên hay lớp dưới chỉ do khối lượng riêng quyết định, không do độ nhớt. Dầu ăn nhẹ hơn nước khoảng 8%, vì vậy trọng lực kéo nước xuống mạnh hơn, đẩy dầu lên trên.

Độ nhớt chỉ quyết định tốc độ của việc tách lớp. Lắc mạnh một chai dầu và nước, dầu vỡ thành những giọt nhỏ trong nước. Giọt dầu nổi lên chậm hay nhanh tuỳ cỡ giọt và độ nhớt của nước xung quanh. Đổi nước bằng một chất lỏng sánh hơn, các giọt sẽ nổi chậm hơn hẳn, nhưng cuối cùng vẫn lên trên.

Một ví dụ dễ thấy: thả một hòn bi nhỏ vào cốc nước và cốc mật ong. Bi chìm xuống đáy ở cả hai cốc, vì bi nặng hơn cả hai. Nhưng trong nước bi rơi gần như tức thì, trong mật ong bi trôi xuống từ từ mất vài giây tới vài chục giây. Kết quả cuối giống nhau, đường đi khác nhau.

Nhiệt độ làm chất lỏng loãng ra bao nhiêu?

Đây là chỗ độ nhớt và khối lượng riêng khác nhau rõ nhất. Hâm nóng mật ong lên vài chục độ, khối lượng riêng chỉ giảm chừng một hai phần trăm, nhưng độ nhớt có thể giảm đi nhiều lần. Mật ong vừa lấy từ chỗ lạnh ra thì múc không nổi, ngâm lọ vào nồi nước ấm vài phút là rót được.

Nước cũng vậy, chỉ là ít người để ý: nước ở khoảng 80 °C có độ nhớt chỉ khoảng một phần ba so với nước 20 °C. Đó là một lý do nước nóng thấm vào vải, len vào khe chén bát nhanh hơn nước lạnh.

Mỡ đông, dầu dừa đông có phải do độ nhớt?

Không hẳn. Mỡ lợn hay dầu dừa đông trắng khi trời lạnh là do chất béo chuyển từ lỏng sang rắn, một sự đổi pha chứ không chỉ là "sánh hơn". Dầu dừa đông lại ở khoảng dưới 24 °C, nên sáng mùa đông ở Bắc Bộ hay gặp chai dầu dừa đục trắng, còn ở Nam Bộ thì hầu như quanh năm vẫn lỏng.

Dầu nhớt xe ghi 10W-40 là nói về cái gì?

Con số trên can dầu nhớt động cơ chính là cấp độ nhớt theo hệ phân loại SAE, không phải khối lượng riêng. Phần trước chữ W (W là winter, mùa đông) cho biết dầu chảy tốt cỡ nào khi máy còn nguội và trời lạnh; số càng nhỏ càng dễ chảy lúc nguội. Phần sau cho biết độ nhớt ở nhiệt độ máy đang chạy, quanh 100 °C; số càng lớn thì màng dầu càng dày khi nóng.

Dầu nhớt cần đủ sánh để giữ một màng ngăn giữa các chi tiết kim loại, nhưng không quá sánh để còn bơm đi khắp máy ngay khi vừa khởi động. Đó là lý do người ta pha thêm phụ gia để độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ. Chọn cấp nhớt nào cho xe thì theo sổ hướng dẫn của xe, không phải theo cảm giác sánh hay loãng.

Có chất lỏng nào lúc sánh lúc loãng không?

Có, và trong bếp có sẵn hai ví dụ trái ngược nhau:

• Tương cà, sốt mayonnaise: để yên thì đặc, lắc hay bóp mạnh thì loãng ra và chảy. Đây là chất lỏng "loãng đi khi bị khuấy". Vỗ đáy chai tương cà chính là để làm nó loãng tạm thời.
• Bột năng trộn ít nước: khuấy chậm thì sệt như sữa đặc, đấm mạnh hay bóp nhanh thì cứng lại như đất sét, thả tay ra lại chảy. Đây là chất lỏng "đặc lại khi bị ép nhanh".

Nước, dầu ăn, mật ong thì thuộc loại "bình thường": độ nhớt không đổi dù khuấy nhanh hay chậm, chỉ đổi theo nhiệt độ. Với bột năng, tỷ lệ dễ làm là khoảng hai phần bột với một phần nước, làm trong khay, xong để khô rồi bỏ rác chứ không đổ xuống cống.

Tự so độ nhớt ở nhà bằng cách nào?

Không cần máy đo. Cách đơn giản nhất là cuộc đua của những hòn bi:

1. Lấy ba bốn chai nhựa trong giống nhau, đổ cùng một độ cao: nước, dầu ăn, nước rửa chén, mật ong.
2. Thả cùng lúc vào mỗi chai một viên bi ve giống nhau, sát mặt chất lỏng.
3. Bấm giờ từ lúc thả tới lúc bi chạm đáy.

Thời gian rơi tỷ lệ gần đúng với độ nhớt, trừ phần chênh nhỏ do khối lượng riêng khác nhau. Lặp lại với chai mật ong ngâm nước ấm sẽ thấy ngay nhiệt độ làm mật loãng đi bao nhiêu. Một cách khác là nghiêng một chiếc khay sạch, nhỏ cùng lúc một thìa mỗi chất ở mép trên và xem vệt nào về đích trước. Làm xong gom dầu và mật vào chai bỏ rác, rửa khay bằng nước ấm.