درجة إنغلر
وحدة خارج النظام الدولي للزوجة الاصطلاحية · المقدار: مقاومة السائل للجريان
لوحة مضخة تروس قديمة كثيرًا ما تطلب زيتًا «ليس أغلظ من 8 °E عند 50 °م»، ومن اعتاد السنتي ستوكس يقرأ هذا السطر بحيرة، إذ لا يقف خلف الرقم أي معنى فيزيائي. درجة إنغلر نسبة زمنين: كم ثانية تتدفّق مئتا مليلتر من السائل من وعاء نحاسي عبر فوهة معايَرة، وكم ثانية تستغرق الشحنة نفسها من الماء من الوعاء نفسه. ولهذا يساوي الماء واحدًا بالتعريف، والزيت الذي يجري أبطأ ثماني مرات ينال ثماني درجات.
الوحدة مبنية بحيث يكون الجهاز معيارًا لنفسه، وهذا يفسّر دفعة واحدة راحتها وشقاءها معًا: كان القمع يُصنع في أي مختبر مصنع، لكنه في ألمانيا كان يُصنع على طريقة إنغلر، وفي بريطانيا على طريقة ردوود، وفي أمريكا على طريقة سيبولت، فكان النفط الواحد نفسه ينال ثلاثة أرقام لا تُقارن. ولم تنتقل الثلاثة إلى السنتي ستوكس إلا في النصف الثاني من القرن العشرين، بينما بقيت لوحات المضخات والمخفّضات ومنشآت المازوت مكتوبة على النحو القديم، ولا بد من تحويلها حتى اليوم.
01 · التعريف
درجة إنغلر هي نسبة زمن تدفّق مئتي مليلتر من السائل المختبَر إلى زمن تدفّق الشحنة نفسها من الماء المقطّر عند عشرين درجة مئوية، والقياسان يجريان على جهاز واحد بعينه. زمن الماء يُسمّى القيمة المائية؛ وفي مقياس لزوجة سليم يقع عند إحدى وخمسين ثانية بتفاوت ثانية واحدة.
ثمة صلة باللزوجة الحركية، لكنها ليست خطية، والسبب فيزيائي بحت: السائل يغادر الفوهة لا بالاحتكاك اللزج وحده بل بالقصور الذاتي أيضًا، فيذهب جزء من الضغط إلى طاقة حركة النفّاث. وما دام السائل غليظًا أمكن إهمال تصحيح القصور الذاتي، وتحوّلت الدرجة إلى سنتي ستوكس تحوّلًا شبه تناسبي، أما عند السوائل الرقيقة فيصير التصحيح مقارنًا للقياس نفسه. ولهذا السبب لا تُطبَّق صيغة أوبِلوده دون 1,35 °E، ولا يُؤخذ قمع إنغلر البتة لسوائل أرقّ من خمسة مليمترات مربعة في الثانية.
تُذكر حرارة القياس دائمًا وتدخل في السجل على قدم المساواة مع الرقم، لأن لزوجة الزيت تنخفض إلى النصف مع كل عشرين درجة تسخين. الممارسة الألمانية كانت تختبر عند عشرين وخمسين ومئة درجة؛ أما السوفييتية، التي ورثت الجهاز نفسه باسم اللزوجة الاصطلاحية، فكانت تلتزم أكثر بخمسين وثمانين — وهذه الحرارة الأخيرة بالذات دخلت حتى في أصناف المازوت، حيث الرقم في M-40 أو M-100 آتٍ من اللزوجة عند ثمانين درجة.
المقدار المحدَّد بجهازه الخاص ليس له معيار بالمعنى المعتاد للكلمة: القابل للتكرار ليس اللزوجة، بل الزوج «وعاء مع فوهة»، معايَرًا بالماء. ومن هنا يأتي اشتراط التحقق من القيمة المائية قبل كل سلسلة، ومنع تحويل درجات غريبة حين لا يُعرف على أي جهاز وعند أي حرارة أُخذت.
سخّن العينة بالمنزلق، فينساب النفّاث من الفوهة أسرع: ساعة الإيقاف، ومعها درجة إنغلر، تستجيب للحرارة استجابة أحدّ بكثير مما قد يُتوقّع. العمود على اليمين يبيّن كم من الوقت تستغرقه مئتا مليلتر، والأسطر على اليسار كيف تقرأ أربعة سلالم مختلفة الحالة الواحدة نفسها.
الخط المتصل هو التبعية الحقيقية للسنتي ستوكس على الدرجات، والمتقطّع هو التناسب البسيط بمعامل 7,31. عند الزيوت الغليظة، على يمين العمود، ينطبق الخطان تقريبًا؛ وعلى اليسار، حيث يجري السائل بسهولة، يبالغ التناسب في اللزوجة، لأن النفّاث يغادر الفوهة بالقصور الذاتي. والعلامة الحمراء تشير إلى المجال دون 1,35 °E الذي لا يُعدّ فيه القياس موثوقًا ببساطة.
02 · التحويل
أدخل ما هو مكتوب على اللوحة
جميع السلالم الاصطلاحية تُردّ إلى لزوجة حركية واحدة، فالتحويل بينها آليّ؛ غير أن دقته ليست مطلقة: ثواني سيبولت وردوود ترتبط بالسنتي ستوكس بصيغ تقريبية مثلها مثل الصيغة التي اشتقّها أوبِلوده لجهازه.
القيمة المائية للجهاز موضوعة في الضبط الدقيق للبطاقة، لأن زمن التدفّق يتوقف عليها مباشرة: فرق ثانية واحدة في المعايرة يعطي نحو اثنين بالمئة في النتيجة.
لا يمكن تحويل رقم بلا حرارة، وليس هذا تنطّعًا: الزيت الواحد نفسه يعطي نحو اثنتي عشرة درجة عند خمسين درجة مئوية وأقل من ثلاث عند مئة. وإن لم تُكتب الحرارة على لوحة المضخة، تُقرأ افتراضًا خمسون درجة للزيوت الصناعية وثمانون للمازوت — والأفضل مع ذلك أن يُعثر على طبعة المعيار التي حُرّرت اللوحة بحسبها.
| القيمة | ملاحظة | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · مراتب العِظَم
سلّم لوغاريتمي: من الماء إلى البيتومين04 · أدوات القياس
بماذا تُقاس اللزوجة
وعاء نحاسي في حمّام ماء أو زيت، وفي أسفله فوهة مخروطية وسدادة خشبية تُنتزع في اللحظة نفسها التي تُشغَّل فيها ساعة الإيقاف. تُجمع مئتا مليلتر في دورق معياري، ويُعاير الجهاز نفسه بالماء قبل السلسلة، لأن الفوهة والحجم يبتعدان مع الزمن عن قيمهما المعتمدة.
القريب الأمريكي للقمع نفسه: فوهة بعيار آخر، وشحنة ستين مليلترًا، والنتيجة تُسمّى ثواني ببساطة. يخرج الرقم أكبر نحو ثلاثين مرة من رقم إنغلر، ولا يزال يُصادَف في التقارير النفطية بالإنجليزية حتى اليوم، وإن كانت ASTM قد قدّمت السنتي ستوكس منذ زمن بعيد.
أنبوب زجاجي بعلامتين يمرّ الهلال بينهما: يُضرب زمن السقوط في ثابت الشعري فيعطي سنتي ستوكس مباشرة، بلا أي سلالم اصطلاحية. الطريقة موصوفة في ISO 3104 وASTM D445، وهي التي أزاحت الأقماع، لأنها تحتاج إلى كشتبان من العينة ولا تتوقف على يد من تمسك ساعة الإيقاف.
يُدار محور في العينة ويُقاس العزم على العمود، فلا يتوقف زمن التجربة على الغلظة ويكون واحدًا للزيت وللبيتومين. الدوّار يقدر على ما لا يقدر عليه القمع: يفرض سرعة القص، وعليه وحده يظهر أن المزلّق ذا المضافات يرقّ عند القص السريع.
05 · قواعد الكتابة
درجة بلا حرارة لا تعني شيئًا
توضع علامة الدرجة ملاصقة للحرف اللاتيني الكبير، وتُفصل القيمة بمسافة، وتُذكر حرارة القياس دائمًا، لأن الرقم بدونها لا يمكن التحقق منه ولا تحويله. أما الرمز السوفييتي للزوجة الاصطلاحية فيُكتب بالحروف السيريلية ومع الحرارة كذلك؛ وأما وضع علامة المساواة بين الدرجات والسنتي ستوكس فغير جائز ولو في مسوّدة: الصلة تقريبية وباتجاه واحد.
الكتابة الثانية تخلط المقدار بالجهاز، إذ لا وجود لدرجات لزوجة — بل توجد نسبة أزمنة، مأخوذة على قمع بعينه. والثالثة تضع علامة المساواة حيث موضع التقريب، فتعطي في التقرير دقة زائفة. والرابعة مستحيلة ببساطة: دون 1,35 °E لا تعمل الطريقة، والرقم المأخوذ لسائل بهذه الرقة لا يعكس اللزوجة بل قصور النفّاث الذاتي.
06 · الوحدات المجاورة
أقرب الأقارب هي بقية السلالم الاصطلاحية، مبنية على النحو نفسه تمامًا: زمن تدفّق شحنة عبر فوهة معايَرة، إلا أن الفوهة في كل بلد خاصة به. وكلها تلتقي عند اللزوجة الحركية، وهذه ترتبط بالكثافة باللزوجة الديناميكية — وهذا الزوج وحده هو الذي له بعد حقيقي ومعيار حقيقي.
الماء يساوي واحدًا
النتيجة مباشرة بالثواني
ثانية ردوود رقم 1
من بطاقات Simetrium يجاورها رتب لزوجة الزيوت ISO VG وSAE، التي تشكّل هذه البطاقة قرينًا لها، بواز و ستوكس من نظام CGS، وكذلك الكثافة بوحدة kg/m³، التي بدونها لا يُنتقل من اللزوجة الحركية إلى الديناميكية.
07 · القسم التاريخي
ثلاثة أقماع من ثلاث بلدان
كان كارل إنغلر يشتغل بتكرير النفط ويحتاج إلى رقم تُقارَن به الشحنات الواردة من باكو وبنسلفانيا. ركّب الجهاز مما كان في المختبر، واتخذ الماء مقياسًا، لأنه كان في متناول كل زميل ولا يطلب أي جداول.
الخبير البريطاني بوفرتون ردوود والمهندس الأمريكي جورج سيبولت صنع كلٌّ منهما قمعه، ولم يقسم أيٌّ منهما الزمن على زمن الماء: كانا يعطيان النتيجة مباشرة بالثواني. فكرة الأجهزة الثلاثة واحدة، وأعيرة الفوهات مختلفة، وفي الخلافات بين المورّد والمشتري كان يخرج من ذلك ثلاثة أرقام مختلفة لصهريج واحد.
لما صارت التجارة دولية، صار عدم قابلية السلالم للمقارنة أغلى من راحتها، وانتقلت المعايير إلى اللزوجة الحركية المقيسة بالشعري. سُحبت DIN 51560 الألمانية، وأبقت ASTM ثواني سيبولت مجرّد تحويل استرشادي، أما اللزوجة الاصطلاحية بحسب GOST 6258 فظلّت في الممارسة المحلية عقودًا أخرى.
تُقاس اللزوجة اليوم بالشعري أو بالدوّار، لكن المضخات والمخفّضات ومنشآت المازوت التي نُصبت قبل الانتقال تواصل العمل بحسب لوحاتها. والفنّي الذي يقرأ «ليس أغلظ من 8 °E عند 50 °م» يحوّل ذلك إلى ستين مليمترًا مربعًا في الثانية، ثم يختار الزيت برتبة ISO VG — فالوحدة إذن لا تعيش في المختبر بل في الأوراق.
جهاز يكون معيارًا لنفسه
ليس لدرجة إنغلر معيار بالمعنى المعتاد ولا يمكن أن يكون، لأن التعريف لا يحيل إلى ثابت طبيعي بل إلى تركيب: وعاء بهذا الحجم، وفوهة بهذا العيار، وشحنة من مئتي مليلتر. فالمعتمَد إذن ليس الوحدة بل الجهاز، ويجري اعتماده بالماء — السائل الوحيد الذي يُعدّ زمن تدفّقه معلومًا. ومن هنا يأتي الجانب الطقسي كله في القياس: قيمة مائية حديثة قبل السلسلة، وثلاث قراءات متوافقة، وحرارة حمّام مدوّنة.
ضعف هذا التركيب ظهر في الموضع نفسه الذي كانت راحته فيه أعظم. فما دام المصنع يقارن شحناته على قمعه، كانت الأرقام تتوافق على أحسن وجه؛ لكن ما إن لزم مقارنة شحنات بلدين، تبيّن أنه ليس لهما مقدار مشترك — بل ثلاثة محاضر فحسب، لا يمكن بينها أفضل من تحويل تقريبي. وقد حلّ مقياس اللزوجة الشعري المسألة بأن أعاد إلى القياس بعده: فهو يعطي مليمترات مربعة في الثانية، وثابت الشعري يُتحقّق منه بسوائل مرجعية، لا بماضيه هو.
الفهرس · وحدات القياس
جواز لكل كمية
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون مشتقة لها أسماؤها، ومقادير خارج النظام لا تقوم بدونها لا التقنية ولا التقويم.