Ć W I C Z E N I E Nr 96

OZNACZANIE LEPKOŚCI CIECZY

Cel ćwiczenia: wyznaczenie wpływu stężenia na lepkość roztworów ciekłych.

Oddziaływania pomiędzy cząsteczkami płynu, gazu lub cieczy, powodują tarcie wewnętrzne, którego skutki najłatwiej można zaobserwować podczas laminarnego ruchu płynu. W ruchu laminarnym, równoległe warstwy płynu poruszają się z różną prędkością. Siła tarcia wewnętrznego, F_η która powoduje, iż warstwy odległe o dr wykazują różne prędkości liniowe, różniące się o dv, od powierzchni warstw A oraz od właściwości cieczy η, którą nazywamy współczynnikiem tarcia wewnętrznego lub współczynnikiem lepkości dynamicznej albo lepkością.

(1)

Lepkość jest właściwością płynu, zależną od temperatury. Lepkość silnie zależy od oddziaływań międzycząsteczkowych i dla układów wieloskładnikowych silnie zależy od ich składu.

Pomiar lepkości za pomocą wiskozymetru Ubbelhoda wykorzystuje równanie Poiseuille’a opisujące przepływ cieczy prze rurkę o promieniu R. W przepływie stacjonarnym siła tarcia F_η, działająca na warstwę, wyrażona równaniem (1), jest zrównoważona przez siłę działającą na warstwę wskutek różnicy ciśnień Δp na końcach rurki o długości l:

(2)

Zależność (2) pozwala obliczyć liniową prędkość v, z jaką porusza się warstwa odległa o r od osi rurki o promieniu R, jeżeli warstwa przylegająca do ściany rurki jest nieruchoma:

(3)

(4)

Objętość cieczy V przepływająca przez rurkę w czasie t zależy od prędkości liniowej v każdej cylindrycznej warstwy o grubości dr i można ją obliczyć
z zależności:

(5)

W wiskozymetrze Ubbelhoda różnicą ciśnień Δp, wywołującą wypływ cieczy ze zbiornika o objętości V_zb, przez rurkę kapilarną o długości l_r, jest ciśnienie hydrostatyczne, , które zależy od gęstości cieczy d. Lepkość cieczy η_c, której gęstość wynosi d_c, można łatwo wyznaczyć mierząc czasy wypływu (opróżnienia zbiornika) dla badanej cieczy t_c i cieczy wzorcowej t_w, której gęstość wynosi d_w:

(6)

Wykonanie ćwiczenia

1. Przygotować roztwory o stężeniach podanych przez asystenta

2. Napełnić wiskozymetr wodą, termostatować przez 10 minut, a następnie trzykrotnie zmierzy czas jej wypływu.

3. Zmierzyć czasy wypływu przygotowanych roztworów zaczynając od roztworu o najmniejszym stężeniu. Przed napełnieniem wiskozymetru do pomiaru czasu wypływu przepłukać wiskozymetr badanym roztworem, napełnić tym roztworem i termostatować przez 10 minut. Dla każdego roztworu pomiar czasu wypływu powtarzać trzykrotnie.

4. Dla wskazanego roztworu zmierzyć czasy wypływu w innych temperaturach, wskazanych przez asystenta.

5. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli. Obliczyć lepkość roztworów.

	Czas
Stężenie	t1	t2

1. Na podstawie wyników zestawionych w tabeli sporządzić wykresy zależności lepkości od stężenia i temperatury.