Dziechciowski Krzysztof 21.10.2008

GR 4 Bud

Temat: Wyznaczenie współczynnika lepkości wody wodociągowej za pomocą wiskozymetru Hőpplera

Lepkość, tarcie wewnętrzne, wiskoza, cecha płynów, pojawienie się siły tarcia pomiędzy warstwami cieczy lub gazu, poruszającymi się równolegle względem siebie z różnymi co do wartości prędkościami. Warstwa poruszająca się szybciej działa przyspieszająco na warstwę poruszającą się wolniej i odwrotnie. Pojawiające się wtedy siły tarcia wewnętrznego skierowane są stycznie do powierzchni styku tych warstw.

Do wyznaczania, w sposób doświadczalny współczynnika lepkości, skonstruowano przyrząd o nazwie wiskozymetr Hőpplera. Jest to naczynie szklane wypełnione wodą, która w odpowiednich temperaturach posiada odpowiednią gęstość. Wewnątrz naczynia z kolei znajduje się rurka, do której wrzucono kulkę z pewnego materiału o znanych parametrach (stała kulki). Posiadając takie dane i gęstość cieczy badanej można łatwo policzyć współczynnik lepkości dla danej cieczy.

Wiskozymetr wykorzystuje prawo Stokesa, które mówi o swobodnym opadaniu ciała w cieczy, według tego prawa siła oporu działającego na to ciało jest równa:

Oprócz tej siły działają jeszcze:

- siła ciężkości

- siła wyporu hydrostatycznego

Dla takiego ciała spełniony jest warunek G - W - T = 0

μ - dynamiczny współczynnik lepkości

ρ_k - gęstość kulki

ρ_c - gęstość cieczy w danej temperaturze

υ - prędkość opadania kulki

l - odległość pomiarowa

t - czas jaki zajmuje kulce pokonanie odległości pomiarowej

V_k - objetość kulki

R - promień kulki

Istnieją dwie miary współczynnika lepkości:

- dynamiczny współczynnik lepkości [Pa s]

gdzie: t - czas przebycia przez kulkę odległości pomiarowej [s]

ρ_k - gęstość kulki [g/cm²]

ρ_c - gęstość badanej cieczy w odpowiadającej jej temperaturze [g/cm²]

-kinematyczny współczynnik lepkości [m²/s]

gdzie: ρ - gęstość cieczy w tej samej temperaturze, w której liczono μ

Przebieg ćwiczenia:

Przyrząd przygotowano do doświadczenia, rurkę pomiarową napełniono wodą i wrzucono do niego kulkę o znanych parametrach. Termostat napełniono wodą i podłączono do wiskozymetru, włączono pompkę doprowadzającą wodę do niego.

Zmierzono temperaturę wody w przyrządzie oraz zmierzono 6 czasów przebycia przez kulkę drogi „na dół” oraz 6 „do góry”. To samo wykonano dla 5 różnych temperatur. Do obliczeń wzięto wartości średnie.

Wnioski:

Patrząc na wyniki pomiaru jak i na wyniki tablicowe można stwierdzić, ze lepkość wody maleje wraz ze wzrostem temperatury. Problem należy rozpatrywać biorąc pod uwagę większą ilość pomiarów, gdyż może się zdarzyć sytuacja taka jak miała miejsce podczas naszego doświadczenia - wynik 5 pomiaru jest wyższy niż dla pomiary dla niższej temperatury. Taki błąd może być spowodowany małą różnica temperatur ale przede wszystkim niedoskonałością ludzkiego oka. Człowiek nie jest w stanie dokładnie określić w którym momencie należy zacząć i skończyć mierzyć czas opadania kulki. Przy tak krótkich czasach liczonych w sekundach pomyłka o 0,1 sekundy powoduje już duży błąd. Jednak należy zwrócić uwagę, że błędy wszystkich pomiarów są do siebie bardzo zbliżone i wahają się w granicach 15-17%. Tak mały rozrzut błędów świadczy o konsekwencji w działaniu, gdzie powinien rozpocząć się pomiar a gdzie zakończyć.

Ćwiczenie można ocenić jako wykonane poprawnie biorąc pod uwagę warunki i dokładność przyrządów i ludzkiego oka.

---