Wydział Matematyki Fizyki i Chemii Uniwersytetu Śląskiego

Instytut Fizyki

Ćwiczenie nr 25

I pracownia fizyczna

Wyznaczanie temperaturowej zależności

współczynnika lepkości cieczy za pomocą

wiskozymetru H¨

opplera.

Opracował: mgr B. Gardas

Katowice 2011

1. Zagadnienia do kolokwium wstępnego

Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy zapoznać się z następującymi

zagadnieniami fizycznymi:

?

Ciecz rzeczywista a idealna, prawo

Archimedesa

;

?

tarcie wewnętrzne cieczy, współczynnik lepkości cieczy.

?

Zasady dynamiki Newtona

i prawo

Stokesa

, ruch ciała w cieczy lepkiej;

?

ruch laminarny i burzliwy, liczba

Reynoldsa

;

?

zasada działania wiskozymetru

H¨

opplera

;

?

zależność współczynnika lepkości cieczy od temperatury.

2. Aparatura

Do wykonania ćwiczenia niezbędne będą następujące przyrządy (Rys. 25.1):

?

Wiskozymetr H¨

opplera (wypełniony wodą), ultratermostat;

?

stoper

.

3. Wzory

Wzory matematyczne wyrażające zależności między mierzonymi wielkościami fizycz-

nymi zebrane zostały poniżej.

?

Lepkość wody η:

η = K (%

k

− %

c

) τ,

(25.1)

gdzie %

k

= 2, 40 · 10

3

[kg/m

3

] jest gęstością kuki (można uważać za wielkość stałą w

badanym zakresie temperatur), %

c

− gęstość wody (w danej temperaturze), τ − czas

opadania kulki. Ponadto

K = 0, 077 · 10

−6

"

kg

m · s

#

,

(25.2)

jest stałą aparaturową.

?

Zależność temperaturowa współczynnika lepkości wody:

η(T ) = Ae

B/T

lub

ln(η) = B

1

T

+ ln(A),

(25.3)

gdzie A, B są stałymi charakterystycznymi dla wody, T − temperatura bezwzględna.

2

ultratermostat

termometr

węże do przepływu wody

stoper

wiskozymetr Höpplera

Rysunek 25.1. Stanowisko do pomiaru temperaturowej zależności współ. lepkości wody.

4. Wykonanie ćwiczenia

4.1. Zapoznać się z obsługą ultratermostatu i wiskozymetru H¨

opplera. Wypoziomować

wiskozymetr.

4.2. Odczytać temperaturę początkową t

p

. Obrócić wiskozymetr o 180

◦

aż do zaskocze-

nia zatrzasku. Zmierzyć czas spadania kuki między kreskami na rurce wewnętrznej

wiskozymetru. Pomiar należy powtórzyć wielokrotnie.

4.3. Włączyć ultratermostat, nastawić na termometrze kontaktowym temperaturę 5

◦

wyż-

szą od początkowej. Pomiar należy wykonać po ustabilizowaniu się temperatury (po

ok 10min).

4.4. Odczytać ustabilizowaną temperature t. Wykonać wielokrotnie pomiar czasu spada-

nia kulki.

4.5. Przeprowadzić pomiar dla następnych ustabilizowanych temperatur, aż do 80

◦

.

4.6. Przeprowadzić pomiary dla temperatur malejących (od 80

◦

do pokojowej) co 5

◦

.

UWAGI:

?

Ilość pomiarów w pkt. 4.1 − 4.3 ustalić z asystentem.

?

Nie dolewać zimnej wody do zbiornika ultratermostatu.

3

5. Opracowanie wyników

5.1. Dla danej, ustabilizowanej temperatury t oszacować niepewność pomiarową ∆t. Ob-

liczyć T , ∆T .

5.2. Obliczyć dla ustalonej t, średni czas spadania kulki τ . Niepewność ∆t oszacować

metodą statystyczna (błąd średni kwadratowy) lub Studenta-Fishera.

5.3. Korzystając ze wzoru (

25.1

) obliczyć η oraz ln(η). Oszacować ∆η.

5.4. Zależność η = η(T ) przedstawić na wykresie. Zaznaczyć niepewności ∆η i ∆T . Wy-

różnić pomiary dla temperatur rosnących i malejących.

5.5. Przedstawić na wykresie zależność ln(η(T )) = f (1/T ). Analizując otrzymaną prostą

wyznaczyć A i B oraz ich niepewności ∆A i ∆B. Można posłużyć się metodą graficzną

lub metodą regresji liniowej.

6. Przydatne strony internetowe

?

Ciśnienie atmosferyczne i hydrostatyczne

?

MIT OpenCourseWare (wykład 27)

?

MIT OpenCourseWare (wykład 28)

Dla zainteresowanych:

?

MIT OpenCourseWare (cały kurs)

?

Fluids Lecture

Literatura

[1] D. Halliday R. Resnick. Fizyka tom 1. PWN, Warszawa 1999.

[2] H. Szydłowski. Pracownia Fizyczna tom 1. PWN, Warszawa 1999.

[3] H. Szydłowski. Pracownia fizyczna wspomagana komputerem. PWN, Warszawa 2003.

[4] T. Drynski. Ćwiczenia Laboratoryjne z Fizyki. WSP, Warszawa 1992.

4