Độ nhớt của một hệ thống được xác định bằng cách các phân tử cấu thành hệ thống tương tác như thế nào. Không có biểu thức đơn giản nhưng chính xác cho độ nhớt của chất lỏng. Các biểu thức chính xác đơn giản nhất là mối quan hệ giữa Green-Kubo với độ nhớt cắt tuyến tính hoặc các Chức năng Tương quan Thời gian Chuyển đổi được Evans và Morriss đưa ra vào năm 1985. Mặc dù các biểu thức này là chính xác, để tính độ nhớt của một chất lỏng dày đặc sử dụng các mối quan hệ này hiện nay đòi hỏi phải sử dụng máy tính mô phỏng động lực học phân tử.
Khí
Độ nhớt trong khí phát sinh chủ yếu từ sự khuếch tán phân tử vận chuyển đà giữa các lớp dòng chảy. Lý thuyết động học của khí cho phép dự đoán chính xác hành vi của độ nhớt khí.
Trong khuôn khổ áp dụng lý thuyết:
- Độ nhớt không phụ thuộc vào áp lực và
- Độ nhớt tăng khi nhiệt độ gia tăng.
James Clerk Maxwell xuất bản một bài báo nổi tiếng năm 1866 sử dụng lý thuyết động học của khí để nghiên cứu độ nhớt khí . Để hiểu được tại sao độ nhớt độc lập với áp lực, hãy xem xét hai lớp ranh giới liền nhau (A và B) di chuyển với nhau. Độ ma sát nội tại (độ nhớt) của khí được xác định bởi xác suất của một hạt của lớp A đi vào lớp B với một chuyển tương ứng của đà. Tính toán của Maxwell cho thấy hệ số độ nhớt tỷ lệ thuận với mật độ, đường dẫn không có nghĩa là trung bình và vận tốc trung bình của các nguyên tử. Mặt khác, con đường tự do trung bình có tỷ lệ nghịch với mật độ. Do đó sự gia tăng mật độ do sự gia tăng áp suất không dẫn đến sự thay đổi độ nhớt.
Liên quan đến đường dẫn miễn phí có nghĩa là các hạt khuếch tán.
Liên quan đến sự khuếch tán, độ nhớt động học giúp hiểu rõ hơn về hành vi vận chuyển hàng loạt của một loài. Độ nhớt liên quan đến ứng suất cắt và tốc độ cắt trong chất lỏng, cho thấy sự phụ thuộc của nó vào đường dẫn không có nghĩa là, λ, của các hạt khuếch tán.
Từ cơ học chất lỏng, đối với chất lỏng Newton, áp suất cắt, τ, trên một đơn vị di chuyển song song với chính nó, được tìm thấy tỷ lệ với tốc độ thay đổi vận tốc với vuông góc với diện tích đơn vị:
| Gas | C (K) | T0 (K) | μ0 (μPa·s) | λ (μPa·s·K− 1⁄2) |
|---|---|---|---|---|
| air | 120 | 291.15 | 18.27 | 1.512041288 |
| nitrogen | 111 | 300.55 | 17.81 | 1.406732195 |
| oxygen | 127 | 292.25 | 20.18 | 1.693411300 |
| carbon dioxide | 240 | 293.15 | 14.8 | 1.572085931 |
| carbon monoxide | 118 | 288.15 | 17.2 | 1.428193225 |
| hydrogen | 72 | 293.85 | 8.76 | 0.636236562 |
| ammonia | 370 | 293.15 | 9.82 | 1.297443379 |
| sulfur dioxide | 416 | 293.65 | 12.54 | 1.768466086 |
| helium | 79.4[24] | 273 | 19[25] | 1.484381490 |