Inżynieria Materiałowa Grupa I |
2002/2003: 14 października 2002 |
ZESPÓŁ I
ĆWICZENIE NR 1:
LEPKOŚĆ
Konrad Wilk
I. WSTĘP
Podczas przesuwania się względem siebie warstw cieczy można zaobserwować jak napotykają one na pewien opór. Jest to tarcie wewnętrzne cieczy. Można stwierdzić doświadczalnie, że siła 
potrzebna do utrzymania stałej różnicy prędkości dwóch warstw cieczy jest proporcjonalna do różnicy szybkości 
i do wielkości powierzchni 
warstw, a odwrotnie proporcjonalna do odległości pomiędzy warstwami 
:
- współczynnik lepkości bezwzględnej; jest równy, co do wartości liczbowej sile potrzebnej do utrzymania jednostkowej różnicy prędkości dwóch odległych od siebie warstw.
Jednostka lepkości bezwzględnej: 
, zwana puazem.
Zależność lepkości cieczy od temperatury w postaci funkcji wykładniczej przedstawia wzór
Arrheniusa i Guzmana, któremu odpowiada poniższe równanie:
- współczynnik charakterystyczny dla danej cieczy, 
- energia aktywacji, 
- stała gazowa, 
- temperatura bezwzględna.
Lepkość można zmierzyć, badając czas przepływu równych objętości dwóch różnych cieczy pod działaniem własnego ciężaru przez tę samą rurkę kapilarną. W przypadku, gdy ciecz wypływa pod działaniem własnego ciężaru istnieje zależność:
Gdzie: 
to różnica poziomów, 
- gęstość cieczy, a 
- przyspieszenie ziemskie.
Wówczas z prawa Poiseuille'a po uwzględnieniu w/w wzoru otrzymujemy:
Gdzie: 
i 
są lepkościami bezwzględnymi, 
i 
- gęstościami badanych cieczy,
a 
i 
to czasy przepływów.
Znając lepkość jednej cieczy w prosty sposób można policzyć lepkość drugiej. Wystarczy pewną ciecz o znanej lepkości przyjąć za wzorzec i wtedy:
, 
, 
- odpowiadają cieczy wzorcowej.
II. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest pomiar lepkości wodnego roztworu gliceryny w różnych temperaturach oraz stwierdzenie w oparciu o dane tablicowe i wyniki pomiarów własnych, czy wzór Arrheniusa opisuje zadowalająco zależności lepkości wody i gliceryny od temperatury.
III. METODA POMIARU
Lepkość cieczy mierzymy przyrządem, który nazywa się wiskozymetr Ostwalda. Posiada on dwie komory; pod jedną umieszczona jest rurka kapilarna. Działa na zasadzie naczyń połączonych. Pomiaru dokonujemy mierząc czas przepływu cieczy przez jedną komorę (tę, pod którą znajduje się kapilara).
IV. WYNIKI POMIAROWE
1. Wyniki pomiarów dla wody:
Numer pomiaru: |
t [st. C]: |
T [st. K]: |
1/T: |
Czas wypływu - t [s]: |
Średni czas wypływu - t [s]: |
Lepkość względna [milipuaz]: |
Lepkość bezwzlędna [milipuaz]: |
log n: |
1 |
20 |
293 |
0,0034 |
44 |
44,33 |
12,7582 |
10,05 |
1,0022 |
2 |
20 |
293 |
0,0034 |
46 |
44,33 |
12,7582 |
10,05 |
1,0022 |
3 |
20 |
293 |
0,0034 |
43 |
44,33 |
12,7582 |
10,05 |
1,0022 |
4 |
40 |
313 |
0,0032 |
28 |
27,33 |
9,3811 |
6,56 |
0,8169 |
5 |
40 |
313 |
0,0032 |
27 |
27,33 |
9,3811 |
6,56 |
0,8169 |
6 |
40 |
313 |
0,0032 |
27 |
27,33 |
9,3811 |
6,56 |
0,8169 |
7 |
60 |
333 |
0,0030 |
21 |
21,00 |
10,3957 |
4,70 |
0,6721 |
8 |
60 |
333 |
0,0030 |
22 |
21,00 |
10,3957 |
4,70 |
0,6721 |
9 |
60 |
333 |
0,0030 |
20 |
21,00 |
10,3957 |
4,70 |
0,6721 |
10 |
80 |
353 |
0,0028 |
19 |
19,67 |
0,6438 |
3,56 |
0,5514 |
11 |
80 |
353 |
0,0028 |
21 |
19,67 |
0,6438 |
3,56 |
0,5514 |
12 |
80 |
353 |
0,0028 |
19 |
19,67 |
0,6438 |
3,56 |
0,5514 |
2. Wyniki pomiarów dla gliceryny:
Numer pomiaru: |
t [st. C]: |
T [st. K]: |
1/T: |
Czas wypływu - t [s]: |
Średni czas wypływu - t [s]: |
Lepkość względna [milipuaz]: |
Lepkość bezwzlędna [milipuaz]: |
log n: |
1 |
20 |
293 |
0,0034 |
490 |
485,33 |
12,7582 |
128,22 |
2,1080 |
2 |
20 |
293 |
0,0034 |
482 |
485,33 |
12,7582 |
128,22 |
2,1080 |
3 |
20 |
293 |
0,0034 |
484 |
485,33 |
12,7582 |
128,22 |
2,1080 |
4 |
40 |
313 |
0,0032 |
210 |
220,00 |
9,3811 |
61,54 |
1,7892 |
5 |
40 |
313 |
0,0032 |
222 |
220,00 |
9,3811 |
61,54 |
1,7892 |
6 |
40 |
313 |
0,0032 |
228 |
220,00 |
9,3811 |
61,54 |
1,7892 |
7 |
60 |
333 |
0,0030 |
187 |
187,33 |
10,3957 |
48,86 |
1,6890 |
8 |
60 |
333 |
0,0030 |
189 |
187,33 |
10,3957 |
48,86 |
1,6890 |
9 |
60 |
333 |
0,0030 |
186 |
187,33 |
10,3957 |
48,86 |
1,6890 |
10 |
80 |
353 |
0,0028 |
80 |
79,33 |
0,6438 |
16,74 |
1,2238 |
11 |
80 |
353 |
0,0028 |
79 |
79,33 |
0,6438 |
16,74 |
1,2238 |
12 |
80 |
353 |
0,0028 |
79 |
79,33 |
0,6438 |
16,74 |
1,2238 |
3. Zależność gęstości gliceryny od stężenia:
% wagowy gliceryny: |
Gęstość roztworu: |
|
10 |
1,022 |
|
20 |
1,047 |
|
30 |
1,072 |
|
40 |
1,099 |
|
50 |
1,126 |
|
60 |
1,153 |
|
64 |
1,163 |
Nasz roztwór gliceryny |
70 |
1,180 |
|
80 |
1,208 |
|
90 |
1,235 |
|
100 |
1,261 |
|
4. Zależność lepkości od temperatury:
Temperatura [st. C] |
Lepkość bezwzględna wody |
20 |
10,05 |
40 |
6,56 |
60 |
4,70 |
80 |
3,56 |
Temperatura [st. C] |
Lepkość bezwzględna gliceryny |
20 |
128,22 |
40 |
61,54 |
60 |
48,86 |
80 |
16,74 |
V. PRZYKŁAD OBLICZEŃ
1. Obliczanie lepkości bezwzględnej dla gliceryny w 20 st. C:
- gęstość naszego roztworu gliceryny wyznaczona doświadczalnie, za pomocą metody piknometrycznej
- korzystamy z tego wzoru
2. Obliczanie energii aktywacji 
i współczynnika 
dla gliceryny:
|
|
VI. WNIOSKI
Jak widać z przeprowadzonych pomiarów lepkość wodnego roztworu gliceryny jest dużo większa niż lepkość wody. Również należy zauważyć, że mierzona lepkość zarówno dla wody jak i dla wodnego roztworu gliceryny maleje wraz ze wzrostem temperatury (co przedstawiają wykresy).
Ze wzoru Arrheniusa i Guzmana widać, że cząstki gliceryny w tej samej temperaturze mają większą energię aktywacji 
od cząsteczek wody. Energia spada wraz ze spadkiem temperatury, ponieważ spada również lepkość.
VII. ZAŁĄCZNIKI
1. Wykres zależności lepkości bezwzględnej wody i gliceryny od temperatury.
2. Wykres: Badanie funkcji: f(1/T) = log n (dla wody).
3. Wykres: Badanie funkcji: f(1/T) = log n (dla gliceryny).
4. Wykres zależności gęstości gliceryny od stężenia.
4
Wyszukiwarka