Inżynieria Ochrony Środowiska
PWSZ w Kaliszu
Labolatorium z Techniki Cieplnej
SPRAWOZDANIE
Ćw. 2 Lepkość Cieczy
2a) Pomiar lepkości cieczy Newton′nowskiej.
2b) Wyznaczanie lepkości względnej cieczy.
Studia dzienne
Grupa IVb
Sprawozdanie opracowali:
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest pomiar lepkości cieczy oraz wyznaczenie lepości względnej i bezwzględnej badanej mieszaniny.
Leokość względna: jest to stosunek lepkości danej cieczy do lepkości
cieczy wzorcowej w odpowiedniej temperaturze.
Lepkość bezwzględna η: inaczej współczynnik η jest to siła , która
powoduje, że dwie warstwy o powierzchni
S = 1m2, odległe od siebie o dz = 1m,
poruszają się z różnicą szybkości dw=1m/s.
2. Wykonanie ćwiczenia.
Pierwszym etapem ćwiczenia był pomiar lepkości cieczy przy użyciu wiskozymetru Ubbelhda.
Wyniki uzyskane w czasie pomiarów przedstawiono w tabeli poniżej:
Tabela 1.
L.P. |
Ciecz |
Pomiar I [s] |
Pomiar II [s] |
Pomiar III [s] |
Średnia [s] |
∗ |
Ciecz wzorcowa (woda) |
5,22 |
5,18 |
5,19 |
5,19666 |
1. |
25cm3 (mydła) + 2cm3 (wody) |
106,15 |
116,43 |
129,6 |
117,393 |
2. |
20cm3 (mydła) + 5cm3 (wody) |
41,31 |
40,44 |
40,81 |
40,85 |
3. |
10cm3 (mydła) + 15cm3 (wody) |
5,39 |
5,91 |
5,85 |
5,71666 |
3. Określenie lepkości cieczy wzorcowej.
Cieczą wzorcową w doświadczeniu była woda, która w temperaturze 20°C = 293K, posida lepkość równą ηw = 1,00 • 10-3kg/ms.
Podczas wykonywania doświadczenia woda jak i również roztwór mydła miły temperaturę równą tw = 20,4°C.
Żeby w dalszym etapie wyznaczyć lepkości badanych mieszanin musimy określic dokładną wartość lepkości cieczy wzorcowej (ηwt) w temperaturze 20,4°C.
ηw ------- t0
ηwt ------- tw
gdzie:
ηw - doświadczalnie wyznaczona lepkość wody w temperaturze 20°C
ηwt - lepkość wody w temperaturze 20,4°C
t0 - temperatura równa 20°C
tw - temperatura badanych cieczy, równa 20,4°C
1,00 • 10-3Pa•s ----- 20°C
ηwt ----- 20,4°C
ηwt = 1,00 • 10-3Pas ∗ 20,4°C/20°C
ηwt = 1,02 • 10-3kgm-2s-1
4. Obliczenie stężeń procentowych badanych cieczy.
Stężenie procentowe roztworu Cp: jest określane liczbą jednostek wagowych substancji rozpuszczonej zawartych w 100 jednostkach wagowych roztworu.
Cp = Vs / Vs + Vcw
gdzie:
Vs - objętość substancji (mydła)
Vcw - objętość cieczy wzorcowej (wody)
∗ Określenie Cp dla roztworu 1:
Cp1 = Vs / Vs + Vcw
Cp1 = 25cm3 / 25cm3 + 2cm3 • 100%
Cp1 = 92,6%
∗ Określenie Cp dla roztworu 2:
Cp2 = Vs / Vs + Vcw
Cp2 = 20cm3 / 20cm3 + 5cm3 • 100%
Cp2 = 80,0%
∗ Określenie Cp dla roztworu 3:
Cp3 = Vs / Vs + Vcw
Cp3 = 10cm3 / 10cm3 + 15cm3 • 100%
Cp3 = 40,0%
5. Obliczenie lepkości względnej roztworu.
Lepkość cieczy obliczamy z poniższej zależności:
η/ηwt = tρ/twρw
gdzie:
η... - szukana lepkość roztworu
ηwt - lepkość wody w temperaturze 20,4°C
t - średni czas wypływu cieczy
ρ - gęstość cieczy, przyjęta na ρ = 1kg/m3
tw - średni czas wypływu cieczy wzorcowej
ρw - gęstość cieczy wzorcowej, równa ρw = 1000kg/m3
∗ Obliczenie gęstości dla roztworu 1:
η1/ηwt = tρ/twρw
η1 = tρηwt/twρw
η1 = 117,393s•1kgm-3•1,02•10-3Pas/5,19s•1000kgm-3
η1 = 0,023071 • 10-3Pas
∗ Obliczenie gęstości dla roztworu 2:
η2/ηwt = tρ/twρw
η2 = tρηwt/twρw
η2 = 40,85s•1kgm-3•1,02•10-3Pas/5,19s•1000kgm-3
η2 = 0,008028 • 10-3Pas
∗ Obliczenie gęstości dla roztworu 3:
η3/ηwt = tρ/twρw
η3 = tρηwt/twρw
η3 = 5,716s•1kgm-3•1,02•10-3Pas/5,19s•1000kgm-3
η3 = 0,001123 • 10-3Pas
6. WNIOSKI.
Celem ćwiczenia było ustalenie lepkości badanych cieczy. Lepkość ta była okreslana z następującej zależności: η/ηwt = tρ/twρw. Ćwiczenie rozpoczeło się od od ustalenia średniego czasu przepływu cieczy wzorcowej (wody) przez rurke wiskozymetru Ubbelhoda.
Po określeniu tego czasu tak samo postąpiono z trzema badanymi cieczami o różnych stężeniach podanych przez prowadzącego. Wszystkie wyniki i średnie czasy zapisano w tabeli 1.
Aby obliczyć kolejno lepkości cieczy w tych trzech przypadkach konieczne było dokładne okreslenie lepkości cieczy wzorcowej, której lepkość w temperaturze 20°C wynosi η = 1,00 • 10-3Pas. Temperatura otoczenia i badanych cieczy wynosiła tw = 20,4°C, po przeliczeniu określono lepkość cieczy wzorcowej na ηwt = 1,02 • 10-3kgm-2s-1. Do dalszych obliczeń przyjęto gęstość mieszanin podanych przez prowadzącego zajęcia na ρ = 1kg/m3.
Następnie wyliczono lepkości względne i stężenia procentowe badanych cieczy. Sporządzono wykres lepkości względnej jako funkcji stężenia η = f(Cp). Z wykresu można odczytać iż wraz ze wzrostem stężenia substancji wzrasta jej lepkość i na odwrót tzn im więcej dodamy do rzotworu cieczy wzorcowej tym lepkość powstałego roztworu będzie mniejsza.
7