Albert Makowski Data wykonania ćwiczenia: 25.03.2010r.
Piotr Billing
Malwina Galina
Wydział: W-3
Kierunek: Technologia chemiczna
Rok studiów: 1
Ćwiczenie numer 8
Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy na podstawie prawa Stokesa.
Prowadzący: mgr inż. Paweł Potasz
I. Zestaw przyrządów
1. Naczynie cylindryczne z badaną cieczą
2. Areometr
3. Zestaw kulek
4. Waga
5. Śruba mikrometryczna
6. Stoper
7. Wiskozymetr Höpplera
II. Cel ćwiczenia:
1. Obserwacja ruchu ciał spadających w ośrodku ciągłym;
2. Wyznaczenie współczynnika lepkości cieczy.
III. Schemat układu pomiarowego.
IV. Tabele.
Wszystkie pomiary były wykonane w temperaturze pokojowej tj. 297K
Pomiary czasu opadania obu badanych kulek w cieczy.
Rodzaj kulki i czas spadania[s] Pomiar |
Przezroczysta (szklana) | Biała (z tworzywa sztucznego) |
|---|---|---|
| 1 | 6.19 | 25.54 |
| 2 | 5.94 | 25.18 |
| 3 | 6.12 | 25.07 |
| 4 | 6.08 | 24.79 |
| 5 | 5.96 | 24.77 |
| 6 | 6.04 | 24.64 |
| 7 | 5.98 | 25.12 |
| 8 | 5.89 | 24.55 |
| 9 | 5.93 | 24.44 |
| 10 | 5.95 | 24.42 |
Pomiary z wykorzystaniem wiskozymetru.
| Pomiar | Czas spadania kulki w wiskozymetrze [s] |
|---|---|
| 1 | 250.10 |
| 2 | 248.11 |
| 3 | 244.20 |
| 4 | 244.87 |
| 5 | 246.33 |
Obliczenia związane błędem względnym
a) przeźroczysta kulka
| t [s] | δt [%] |
|---|---|
| 6,19 | 0,16 |
| 5,94 | 0,17 |
| 6,12 | 0,16 |
| 6,08 | 0,16 |
| 5,96 | 0,17 |
| 6,04 | 0,16 |
| 5,98 | 0,17 |
| 5,89 | 0,17 |
| 5,93 | 0,17 |
| 5,95 | 0,17 |
b) biała kulka
| t [s] | δt [%] |
|---|---|
| 25,57 | 0,04 |
| 25,18 | 0,04 |
| 25,07 | 0,04 |
| 24,79 | 0,04 |
| 24,77 | 0,04 |
| 24,64 | 0,04 |
| 25,12 | 0,04 |
| 24,55 | 0,04 |
| 24,44 | 0,04 |
| 24,42 | 0,04 |
Dla wiskozymetru:
| t [s] | δt [%] |
|---|---|
| 250,1 | 0,004 |
| 248,11 | 0,004 |
| 244,2 | 0,004 |
| 248,7 | 0,004 |
| 246,33 | 0,004 |
V. Obliczenia i użyte wzory.
Doświadczenie z opadającymi kulkami w cieczy.
Odległość między pierścieniami
Średnica:
a) przezroczysta kulka
b) biała kulka
Gęstość:
Gęstość przeźroczystej kulki:
Gęstość białej kulki:
Współczynnik lepkości cieczy dla przeźroczystej kulki:
Współczynnik lepkości cieczy dla białej kulki:
Wiskozymetr:
tśr = 246,722s
VI. Wnioski.
Na błędy w doświadczeniu z naczyniem cylindrycznym mogło wpłynąć to, że kulka szklana poruszała się bardzo szybko, co utrudniało dokładny pomiar czasu. Istotny jest też wpływ ścianek bocznych oraz wysokości słupa cieczy na współczynnik lepkości, który jest spowodowany zasadą powstawania zjawiska lepkości (przekazywanie sobie pędu przez sąsiadujące ze sobą warstwy cieczy). Im bliżej ścianki znajduje się poruszająca się powierzchnia kulki (warstwa cieczy przy powierzchni kulki), tym bardziej jest hamowana przez nieruchomą ściankę naczynia (warstwę cieczy przy powierzchni ścianki naczynia).
W doświadczeniu z wiskozymetrem Höpplera duży wpływ na wyniki miała bańka powietrza, której nie powinno być w cylindrze. Trudne do wypatrzenia linie na cylindrze także wpływają na niedokładność wyników. Metoda pomiaru lepkości cieczy wiskozymetrem jest dużo bardziej dokładniejsza. Gęstość cieczy i kulki jest podana ze stosunkowo duża dokładnością, czas pomiaru jest duży, co zmniejsza wpływ błędu pomiarowego stopera.
Podsumowując w obu doświadczeniach największymi przyczynami błędów pomiarowych był ludzki czas reakcji czyli refleks oraz duża niedokładność niektórych przyrządów do mierzenia. Aby zapobiec takim niepewnością można było wykonać większą ilość pomiarów, uniezależnić mechanizm pomiarowy od czasu reakcji człowieka lub użyć po prostu dokładniejszego sprzętu.