Imię i nazwisko	Numer albumu	Rok studiów	Politechnika Wrocławska Wydział Chemiczny Kierunek: biotechnologia		Prowadzący
Hanna Kwias	168587	pierwszy					dr Emilia Pieciul
Ćwiczenie Nr 8				Temat: Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy na podstawie prawa Stokesa
Piątek, 13 marca 2009 godz.13.15

Wstęp:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika lepkości cieczy dla dwóch wybranych kulek metodą Stokesa oraz za pomocą wiskozymetru Höpplera, a także obserwacja ruchu ciał spadających w ośrodku ciekłym.

Lepkość to właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakeryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Zjawisko to powstaje na skutek ruchów cieplnych cząsteczek oraz sił międzycząsteczkowych. W wyniku działania siły tarcia wewnętrznego występującego między warstwami cieczy, poruszająca się warstwa pociąga za sobą warstwy sąsiadujące z nią z prędkością tym bardziej zbliżoną do prędkości własniej, im ciecz jest bardziej lepka. Ze względu na to, że wszystkie ciecze rzeczywiste są lepkie, zjawisko lepkości odgrywa istotną rolę podczas przepływu cieczy oraz podczas ruchu ciała stałego w ośrodku ciekłym. Wielkość lepkości danej cieczy charakteryzuje współczynnik lepkości.

Prawo Stokesa:

Ciało stałe, poruszające się w ośrodku ciekłym, napotyka na opór. Mechanizm tego zjawiska jest następujący: warstwa cieczy przylegająca do powierzchni poruszającego się ciałą, wprawia w ruch pozostałe warstwy cieczy. Tak więc istotną rolę odgrywa tu lepkość cieczy. Wypadkowa siła oporu działa przeciwnie do kierunku ruchu ciała. Doświadczalnie stwierdzono, że dla małych prędkości siłą oporu F_t jest wprost proporcjonalna do prędkości v, zależy od charakterystycznego wymiaru liniowego ciała l oraz od współczynnika lepkości cieczy η. Równanie określające siłę oporu ma postać

R = K l η v; K - stała zależna od kształtu ciała ( osiowo symetrycznego );

l - wymiar liniowy ciała;

v - prędkość opadania ciała;

Dla małej kulki, spadającej swobodnie w cieczy lepkiej, na którą działają następujące siły: ciężar ciała, siła wyporu i siła oporu, gdzie K = 6π , l = r równanie przyjmuje postać:

R = 6π
η v.

Metoda pomiaru:

Mierzymy lepkość cieczy metodą Stokesa przy użyciu szerokiego cylindrycznego naczynia szklanego;

Za pomocą śruby mikrometrycznej dokonujemy pomiarów średnicy kulek. Następnie ważymy kulki na wadze półautomatycznej. Z wykorzystaniem linijki z podziałką milimetrową wyznaczamy odległość pomiędzy pierścieniami nałożonymi na naczynie. Wykorzystując stoper mierzymy czas ruchu kulek na drodze między pierścieniami (górnym i dolnym).Za pomocą areometru wyznaczamy gęstość badanej cieczy.

Dokonujemy pomiaru współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa przy użyciu wiskozymetru Höpplera;

Mierzymy stoperem czas spadania kulki na drodze między skrajnymi kreskami znaczącymi.

Wnioski:

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika lepkości zadanych cieczy z wykorzystaniem naczynia cylindrycznego oraz przy użyciu wiskozymetru.

Podczas pomiaru współczynnika lepkości metodą Stokesa, występuje możliwość popełnienia większej ilości błędów, niż podczas użycia wiskozymetru Hopplera. Kształt kulek nie był idealnie kulisty, a różnice wartości promienia tej samej kulki w kilkakrotnym jego pomiarze były duże. Czas opadania kulek zależy odległości kulki od ścianek naczynia, gdyż prędkość przemieszczania się cieczy jest różna, w różnych jej warstwach i tak kulka opadająca blisko ścianki, będzie opadać wolniej. Wpływ na dokładność wyniku ma również dokładność zatrzymywania czasomierzy, czy błędy przy pomiarze odległości pierścieni . Większość tych błędów można częściowo wyeliminować, powtarzając niektóre pomiary kilkakrotnie, możnaby było użyć również fotokomórek do zatrzymywania czasomierzy i zwiększyć promień naczynia.

---