background image

ĆWICZENIE NR 41 

 

I. 

Wyznaczanie bezwzględnego współczynnika lepkości cieczy metodą Stokes’a 

 

Wyznaczanie  bezwzględnego  współczynnika  lepkości  cieczy  metodą  opadania  kulek  opiera  się  na 

prawie Stokes’a wyrażającym opór (F) jaki napotyka kulka opadająca w cieczy ruchem jednostajnym z 

prędkością (v

v

r

F

6

 

(1) 

gdzie: 

   - współczynnik lepkości cieczy 

r  

- promień kulki 

v  

- prędkość kulki 

 

Opadanie kulki odbywa się ruchem jednostajnym od chwili zrównoważenia siły ciężkości (P) z siłami 

oporu (F) i wyporu cieczy (W

W

F

P

 

 (2) 

Ciężar kulki możemy wyrazić w postaci: 

g

d

r

P

1

3

3

4

 

(3) 

A siłę wyporu: 

g

d

r

W

2

3

3

4

 

(4) 

gdzie: 

d

1

  - gęstość kulki 

d

2

   - gęstość cieczy (d

2

=1230 kg/m

3

g  

- przyspieszenie ziemskie [N/kg] 

 

Podstawiając wyrażenie (1), (3), (4) do równania (2) otrzymujemy: 

v

d

d

r

g

9

)

(

2

2

1

2

 

(5) 

 

PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA: 

1.  Wyznaczyć  średnicę  (

k

)  10  kulek  za  pomocą  śruby  mikrometrycznej,  a  następnie  obliczyć 

średnią wartość średnicy (

), średnią wartość promienia (r) i średnią objętość kulki (V

background image

3

3

4

r

V

 

(6) 

2.  Wyznaczyć masę naczynia wagowego (m

n

) z dokładnością 0.001g. 

3.  Wyznaczyć masę 10 kulek razem z naczyniem wagowym (m

n

+m

10

). 

4.  Obliczyć masę 10 kulek (m

10

) oraz średnią masę jednej kulki (m). 

5.  Obliczyć srednią gęstość kulki 

V

m

d

1

 

(7) 

6.  Wyznaczyć czas (t

k

) opadania kulek w cieczy na drodze s (s=0,6m). Obliczyć średni czas opadania 

kulek (t), a następnie średnią prędkość kulki (v

t

s

v

 

(8) 

7.  Obliczyć bezwzględny współczynnik lepkości cieczy ze wzoru (5) 

8.  Wyniki pomiarów zamieścić w tabelach: 

 

 

 

Lp. 

k

 

[mm] 

 

 [m] 

[m] 

[m

3

m

n

 

[g] 

m

n

+m

10

 

[g] 

m

10

 

[g] 

[g] 

[kg] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

Lp. 

d

1

 

[kg/m

3

d

2

 

[kg/m

3

t

k

 

[s] 

[s] 

[m] 

[m/s] 

 

[N

.

s/m

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

 

II. 

Pomiar względnego współczynnika lepkości cieczy. 

 

Wiskozymetr  Ostwalda  składa  się  z  dwóch  baniek  szklanych  połączonych 

kapilarą  w  kształcie  litery  U  (rysunek).  Istota  pomiaru  polega  na 

porównaniu  tej  samej  objętości  cieczy  badanej  i  wzorcowej.  Zgodnie  z 

prawem  Poiseuille’a  objętość  badanej  cieczy  V

c

  przepływającej  przez 

kapilarę wyraża się wzorem: 

l

t

r

p

V

c

c

c

8

4

 

(9) 

 

 

gdzie: 

– różnica ciśnień na końcach kapilary 

r  

– promień kapilary 

t

c

  

– czas przepływu cieczy 

l  

– długość kapilary 

c

  

– współczynnik lepkości cieczy 

 

background image

Różnica ciśnień jest równa ciśnieniu hydrostatycznemu słupa cieczy o wysokości h: 

g

d

h

p

c

 

(10) 

gdzie: 

h   – różnica poziomów cieczy 

d

c

   – gęstość cieczy 

g  

– przyspieszenie ziemskie [N/kg] 

 

Współczynnik lepkości cieczy badanej po uwzględnieniu zależności (10) wyraża się wzorem: 

c

c

c

c

V

l

t

r

g

d

h

8

4

 

(11) 

 

 

 

Dla cieczy wzorcowej mamy odpowiednio: 

w

w

w

w

V

l

t

r

g

d

h

8

4

 

(12) 

 

Względny współczynnik lepkości cieczy obliczamy dzieląc równanie (11) przez (12) 

w

w

c

c

w

c

wzg

t

d

t

d

 

(13) 

 

PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA: 

1. Napełnić bańkę A wiskozymetru Ostwalda cieczą wzorcową (woda destylowana) 

2. Wyznaczyć czas przepływu wody od kreski 1 do kreski 2

3. Powtórzyć pomiar dla badanej cieczy (alkoholu). 

4. Obliczyć względny współczynnik lepkości (

wzg

) dla cieczy badanej ze wzoru (13) 

d

w

=1000 kg/m

3

d

c

=780 kg/m

3

 

5. Znając bezwzględny współczynnik lepkości dla wody 

001

,

0

w

    

2

m

s

N

 

(14) 

Obliczyć bezwzględny współczynnik lepkości dla badanej cieczy (użyć wartości otrzymanych z wzorów 

13 i 14) 

wzg

w

c

 

(15) 

 

background image

 

6. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli: 

t

w

 

[s] 

t

c

 

[s] 

d

w

 

[kg/m

3

d

c

 

[kg/m

3

wzg 

c

 

[N

.

s/m

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sprawozdanie powinno zawierać: 

1.  Tabele pomiarów. 

2.  Wzory, podstawienia do wzorów, wyniki obliczeń. 

3.  Wyniki zapisane w jednostkach SI