I. Wyznaczenie współczynnika lepkości dynamicznej i kinematycznej badanej cieczy (wody).

Doświadczenie przeprowadzono z wykorzystaniem wiskozymetru Höpplera

Opis aparatury:

Wiskozymetr Höppera z opadającą kulką służy do dokładnych pomiarów lepkości gazów i cieczy przeźroczystych. Składa się z cylindra zawierającego szklaną rurkę pomiarową, której oba końce zamknięte są korkami i w której znajduje się ciecz- woda. Całość zamocowana jest w obrotowym statywie, zawierającym zacisk sprężynowy, który służy do unieruchomienia cylindra podczas pomiarów. W rurce znajduje się kulka pomiarowa, którą za pomocą stopera, mierzy się czas opadania między dwiema kreskami pomiarowymi zaznaczonymi na rurce. Odległość pomiędzy tymi kreskami wynosi 10 cm. Całość jest nachylona pod kątem ok. 10° do pionu, aby ustabilizować pozycję kulki względem rurki.

Wykonanie ćwiczenia:

Po odpowiednim ustawieniu urządzenia, obracamy cylinder, aby sprowadzić kulkę

do górnego korka rury pomiarowej, następnie ustawiamy cylinder w pozycji pomiarowej, unieruchamiamy go za pomocą zacisku sprężynowego w dolnej części statywu

i stoperem mierzymy czas opadania kulki między skrajnymi kreskami pomiarowymi.

Pomiary wykonujemy czterokrotnie (Tabela 1).

Tabela 1. Wyniki pomiarów z wykorzystaniem wiskozymetru.

Lp.	τ [s]
1	35,21
2	35,87
3	33,38
4	33,83
5	32,40

Obliczenia:

Dane:

średnica kulki: d = 1,33 [cm]

masa kulki: G_kulki = 9,73 [g]

długość odcinka między kreskami: s = 10 [cm]

masa cylindra: G₁ = 82,96 [g]

masa cylindra z cieczą: G₂ = 126 [g]

objętość cylindra: V =44 [ml]

temperatura wody: t= 21 [C]

d = 1,33cm = 0,0133 [m]

s = 10 cm = 0,1 [m]

g ≈ 9,81 [m/s²]

G_kulki = 9,73 g = 0,00973 [kg]

r = 0,5·d = 0,5·0,0133 = 0,00665 [m]

V_kulki= 4/3 pi r³= 4/3 * 3,14 * (0,00665)³ = 0,000001231 [m³]

Ro_kulki (ro)= G_kulki/ V _kulki = 0,00973/ 0,000001231 = 7904, 14 [kg/ m³]

Średni czas opadania kulki:

τ = (35,21 + 35,87 + 33,38 +33,83+32,40):5= 34,138 [s]

Prędkość opadania kulki:

c = s/ τ = 0,1/ 34,138 = 0,00293 [m/s]

G₁ = 82,96 [g]

G₂ = 126 [g]

V= 44 ml = 0,044 [dm³]

Ro (ro)_c= G₂- G₁ / V = 978, 18 [g/dm³]

Współczynnik lepkości dynamicznej:

µ_c= d²*g*(ro_kulki - ro_c)/18*c

µ_c= (0,0133)²*9,81*(7904, 14-978, 18)/18* 0,00293= 227,883 [Pa*s]

Współczynnik lepkości kinematycznej:

ν_c= µ_c/ro_cieczy= 227,883 / 978,18 = 0,233 [m2/s]

Błąd bezwzględny i błąd względny pomiaru współczynnika lepkości dynamicznej i kinematycznej badanej cieczy:

Tabela 2. Wartości zmierzone i wartości teoretyczne dla badanych współczynników. Wartość teoretyczna uwzględniona dla temperatury wody 20 C

Badany współczynnik	Wartość zmierzona	Wartość teoretyczna
lepkość dynamiczna	0,00192965	0,00100400
lepkość kinematyczna	0,0000019720	0,0000010060

Tabela 3. Błąd względny i błąd bezwzględny pomiaru współczynników lepkości dynamicznej i kinematycznej.

Badany współczynnik	Błąd względny	Błąd bezwzględny
lepkość dynamiczna	0,921958001	0,00092565
lepkość kinematyczna	0,960268079	0,0000009660

Wnioski:

Błędy mogą wynikać z następujących powodów:

1. nieutrzymywana podczas pomiaru stała temperatura cieczy równa 20 C- podczas mierzenia temperatury cieczy termometrem stwierdzono, że jest 21 C,

2. niedokładny pomiar czasu opadania kulki- włączenie i wyłączenie stopera nie nastąpiło równocześnie z momentem przekraczania przez kulkę granicznych kresek.,

3. niedokładne oznaczenie gęstości cieczy- objętość cieczy była mierzona „na oko”,

4. niedokładny pomiar średnicy kulki.

---