PK WIiTCh GR. 24 Zespół nr 1	Ćwiczenie: 1 Tytuł: Lepkość	Data: 6.06.2003
	Temat: Pomiar lepkości cieczy metodą Höplera. Wpływ temperatury na lepkość cieczy.	Ocena:

1. Część teoretyczna

1.1 Wstęp

Lepkość dynamiczna- siła potrzebna do utrzymania stałego gradientu prędkości
dwóch sąsiednich warstw cieczy oddalonych od siebie o dx i powierzchni jednostkowej A.

(1)

Gdzie: - F- siła [N]

-η- współczynnik lepkości dynamicznej [kg/m·s] inna jednostka [P]- Puaz

-A- powierzchnia [m²]

-
- gradient prędkości

Lepkość jest właściwością materii. W cieczy na skutek istnienia sił kohezji przesuwanie się względem siebie sąsiednich warstw płynu wymaga pokonania pewnej siły wynikającej z oddziaływań międzycząsteczkowch- Van der Waalsa, dla gazów natomiast zjawisko to jest skutkiem zderzeń swobodnych atomów. Wynika z tego, iż lepkość cieczy maleje wraz ze wzrostem temperatury- siły międzycząsteczkowe słabną, lepkość gazów natomiast rośnie proporcjonalnie do zmian temperatury- im większa energia cząsteczek tym silniejsze i częstsze są zderzenia między nimi, a więc opory związane ze zderzeniami są większe.

Lepkość przy założeniu t= const cieczy zależy przede wszystkim od rodzaju i właściwości tej cieczy- wpływ innych czynników jest do pominięcia.

Odnosząc współczynnik lepkości dyanmicznej do gęstości, otrzymujemy współczynnik lepkości kinematycznej- ν [m²/s] inna jednostka [St]- Stokes

Wyróżniamy lepkość:

- bezwzględną

- względną- mierzoną względem cieczy wzorcowej o znanej lepkości.

Energia aktywacji lepkości jest to maksymalna energia , jaką musi osiągnąć cząsteczka aby wejść w przepływ pomiędzy sąsiednie cząsteczki cieczy.

Energię aktywacji lepkości można wyliczyć z zależności

(2)

gdzie : -E - energia aktywacji lepkości [J/mol].

-A- stała charakterystyczna dla danej cieczy odczytujemy ją z wykresu

-R- stała 8314 [J/mol·K]

Równanie wyrażające zależność lepkości od temperatury:

(3)

lub

1.2 Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie zależności lepkości od temperatury,

1.3 Metoda pomiaru

Pomiaru dokonujemy metodą Höplera, która polega na mierzeniu czasu opadania kulki o znanych parametrach w badanej cieczy (w wiskozymetrze H*pplera - rys. 1.). Na kulkę poruszającą się jednostajnie w badanej cieczy działa siła wyporu A, siła ciężkości G oraz siła oporu wynikającego z rodzaju ośrodka R:

(4)

Rys. 1. Wiskozymetr H*pplera:

Ar - śruba aretująca; K₁, K₂ - zakrętki; R - rura pomiarowa z nacięciami A, B, C; P - płaszcz zewnętrzy szklany do termostatowania; G - wlot i  wylot wody z ultratermostatu; O - oś obrotu prostopadła do rury pomiarowej

Wychodząc z równowagi sił (4) otrzymujemy w wyniku przekształceń wyrażenie na lepkość dynamiczną cieczy stosowane w metodzie Höplera:

η=K·(d_k-d_c)·t (5)

Gdzie: -K- stała kulki

-t- czas jej opadania [s]

-d_k, d_c- gęstość kulki i cieczy [kg/m³]

2. Wykonanie pomiaru i opracowanie wyników

Dokonany został pomiar lepkości dwóch wodnych roztworów gliceryny:

-pierwszy I) 50%

-drugi II) 25%

Gęstość cieczy którą potrzebujemy do obliczeń wyznaczamy metodą piknometryczną, według zależności:

(6)

Gdzie: -d_c, d_w- gęstość cieczy i wody [g/cm³]

-m_ps- masa suchego piknometru [g]

-m_pw- masa piknometru wypełnionego wodą [g]

-m_pbc- masa piknometru wypełnionego badaną cieczą [g]

2.1 Pomiar dla 50% roztworu

Objętość użytego piknometru: v=25cm³

Temperatura pomiaru: t=25^oC

Pozostałe dane dotyczące pomiaru piknometrycznego roztworu 50% gliceryny:

m_ps=13,2178 [g]

m_pw=37,7818 [g]

m_pbc=40,5154 [g]

Obliczona gęstość: d=1,11 [g/cm³]

Tabela z wynikami:

Temp. T [K]	Czas opadania kulki t[s]			tśr [s]	Lepkość cieczy [g/cms]
295,5	47	44,5	45,3	45,6	4,325
303	36,8	37,2	38,3	37,6	3,566
309	30,9	30,4	29,5	30,3	2,872
313,5	26,7	26,5	27,0	26,7	2,531
321	23	22,9	22	22,6	2,142
328	20,3	18,9	19	19,4	1,839

Lepkość została obliczona ze wzoru (5).

Kulka która została użyta w obliczeniach ma następujące parametry:

R=15,5340±0,002 [mm]

K= 0,073356 [Nm/kg]

d=2,403 [g/cm³]

m=4,3040 [g]

2.2 Pomiar dla 25% roztworu

m_pbc=39,4552 [g]

pozostałe parametry jak w przypadku 2.1

Obliczona gęstość roztworu: d=1,07 [g/cm³]

Tabela z wynikami:

Temp. T [K]	Czas opadania kulki t[s]			tśr [s]	Lepkość cieczy [kg/ms]
298	20,4	20,9	21,0	20,8	2,034
305	18,2	18,3	18,2	18,2	1,780
312	15,4	15,5	15,4	15,4	1,506
317	14,3	14,3	14,5	14,4	1,408
323	13,0	12,9	12,8	12,9	1,262
329	12,1	12,0	12,0	12,0	1,174

2.3 Graficzne przedstawienie wyników

2.4 Obliczenie energii aktywacji zgodnie z równaniem (2)

- 50% roztwór gliceryny: A=1128,4

E=9381,52 [J/mol]

- 25% roztwór gliceryny: A=766,32

E=6371,18 [J/mol]

3. Wnioski

Wyniki, które otrzymaliśmy świadczą o tym, że lepkość obydwu roztworów maleje wraz z temperaturą. Jednak, mimo możliwie najdokładniejszego pomiaru, uzyskane wyniki różnią się od tych tablicowych, co spowodowane jest nieprecyzyjnym pomiarem czasu(trudność w wyłapaniu początku i końca opadania), trudnością w pionowym ułożeniu wiskozymetru podczas pomiaru, czy lekką niestabilnością temperatury w aparacie.

---