Wydział Metali Nieżelaznych

Metalurgia II

Grupa 2

Nr zespołu 4

Ćwiczenie nr: 1

Temat: Lepkość

Janik Michał

1.Wiadomości teoretyczne:

Tarciem wewnętrznym cieczy nazywany opór na jaki napotykają dwie warstwy cieczy przesuwające się wzglądem siebie. Siła styczna K, potrzebna do utrzymania stałej różnicy prędkości dwu warstw cieczy, jest proporcjonalna do różnicy szybkości przesuwania się warstw i odwrotnie proporcjonalna do odległości miedzy warstwami.

W doświadczeniu wyznaczamy lepkość gliceryny względem lepkości wody. Wykorzystujemy przy tym metodę przepływów oraz przekształcony wzór Poiseuille'a :

n₁ / n₂ = d₁ t₁ / d₂ t₂

n₁,n₂ - lepkości bezwzględne

d₁,d₂ - gęstości badanych cieczy

t₁,t₂ - czasy przepływów

Należy przesączyć przez wiskozymetr Ostwalda ciecz wzorcową oraz ciesz badaną. Następnie znając gęstości obu cieczy oraz czasy przepływu obliczany lepkość względną cieczy badanej. W naszym przypadku cieczą wzorcową będzie woda.

2. Cel ćwiczenia:

• pomiar lepkości wodnego roztworu gliceryny w różnych temperaturach

• stwierdzenie w oparciu o dane tablicowe i wyniki pomiarów, czy wzór Arrheniusa opisuje zadowalająco zależność lepkości gliceryny w funkcji temperatury.

3. Pomiary i obliczenia:

Pomiar:

Masa pustego piknometru - 9,5530 g

Masa pikn. Z wodą - 19,6057 g

Masa pikn. Z gliceryną - 21,1838 g

Temperatura pom. - 20°C

Wartości z tablic:

Ciężar wody - 0,9982 g/cm

Wyniki obliczeń:

Masa wody w pikn. - 10,0527 g

Masa gliceryny w pikn. - 11,6308 g

Objętość pikn. - 10,0708 cm

Gęstość gliceryny - 1,1549 g/cm

% wag gliceryny w roztw. - ok. 60 %

Pomiary czasu przepływu dla wody:

1. Temperatura - 20°C

Gęstość - 0,9882 g/cm

Pomiar 1 - 63 s

Pomiar 2 - 65 s

Pomiar 3 - 64 s

Pomiar średni - 64 s

2. Temperatura - 40°C

Gęstość - 0,9922 g/cm

Pomiar 1 - 41,5 s

Pomiar 2 - 41,8 s

Pomiar 3 - 41,3 s

Pomiar średni - 41,5 s

3. Temperatura - 60°C

Gęstość - 0,9832 g/cm

Pomiar 1 - 31,5 s

Pomiar 2 - 31,1 s

Pomiar 3 - 31,2 s

Pomiar średni - 31,3 s

4. Temperatura - 80°C

Gęstość - 0,9712 g/cm

Pomiar 1 - 23,5 s

Pomiar 2 - 24,0 s

Pomiar 3 - 23,9 s

Pomiar średni - 23,8 s

Pomiary czasu przepływu dla Gliceryny:

1. Temperatura - 20°C

Gęstość - 1,1549 g/cm

Pomiar 1 - 585 s

Pomiar 2 - 578 s

Pomiar 3 - 581 s

Pomiar średni - 581 s

2. Temperatura - 40°C

Gęstość - 1,1480 g/cm

Pomiar 1 - 299 s

Pomiar 2 - 300 s

Pomiar 3 - 301 s

Pomiar średni - 300 s

3. Temperatura - 60°C

Gęstość - 1,1375 g/cm

Pomiar 1 - 165 s

Pomiar 2 - 167 s

Pomiar 3 - 166 s

Pomiar średni - 166 s

4. Temperatura - 80°C

Gęstość - 1,1237 g/cm

Pomiar 1 - 108 s

Pomiar 2 - 112 s

Pomiar 3 - 107 s

Pomiar średni - 109 s

Obliczenia lepkości gliceryny względem wody:

η_względna= d_xt_x / d_ot_o

η - lepkość względna

d_x - gęstość gliceryny

t_x - czas przepływu gliceryny

d_o - gęstość wody

t_o - czas przepływu wody

1. Temperatura - 20°C

Lepkość wzgl. - 10,6095

2. Temperatura - 40°C

Lepkość wzgl. - 8,3640

3. Temperatura - 60°C

Lepkość wzgl. - 6,1358

4. Temperatura - 80°C

Lepkość wzgl. - 5,2989

Obliczenia lepkości bezwzględnej gliceryny:

η_bezwzgl = η_względna x η_wody

1. Temperatura - 20°C

Lepkość bezwzgl. - 106,3

2. Temperatura - 40°C

Lepkość bezwzgl. - 54,6

3. Temperatura - 60°C

Lepkość bezwzgl. - 28,6

4. Temperatura - 80°C

Lepkość bezwzgl. - 18,8

Obliczanie energii aktywacji E i współczynnika A dla gliceryny:

η = A*e^E/RT - wzór przekształcony do postaci logarytmicznej

log η = log A + E/2,3*R*T

R - stała gazowa = 8,314 J/mol*K

tgα = (log η₂ - log η₁) / (1/T₁ - 1/T₂)

tgα = 1298,03

E = tgα * 2,3 * R

E = 24821.18 J/mol

Wnioski i spostrzeżenia:

Wartość η zależy od rodzaju cieczy oraz jej temperatury. Ze wzrostem temperatury z reguły maleje.

Jak widać na przeprowadzonych pomiarach lepkość wodnego roztworu gliceryny jest dużo większa od lepkości wody. Również mierzona wartość lepkości dla obu cieczy maleje wraz ze wzrostem temperatury. Spadek lepkości w funkcji temperatury jest proporcjonalny do stosunku przyrostu temperatury do jej wartości (przyrost logarytmiczny).

Ze wzoru Arrheniusa-Guzmana widać, że cząstki gliceryny mają w tej samej temperaturze większą energię aktywacji od cząsteczek wody. Energia ta spada wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ spada również lepkość.

7

---