Część teoretyczna

Lepkość cieczy.

Każde ciało poruszające się w cieczy czy gazie doznaje pewnej hamującej siły wskutek tego, że warstewki cieczy przylegające do ciała będącego w ruchu pociągają za sobą coraz dalsze warstewki sąsiednie. Podobnie jak w przypadku przepływu cieczy przez rurki kapilarne mamy tu do czynienia z przesuwaniem się jednych warstewek cieczy względem drugich. Istnieje spad prędkości cząsteczek cieczy w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu.

Siła która wywołuje ten spad prędkości, ma swe źródło w przyciąganiu międzycząsteczkowym. Jest ona czynnikiem hamującym ruch, przypisujemy jej zatem zwrot przeciwny kierunkowi ruchu i nazywamy ją tarciem wewnętrznym cieczy albo lepkością - w odróżnieniu od tarcia zewnętrznego, z którym mamy do czynienia wówczas, gdy dwie powierzchnie różnych ciał poruszają się względem siebie.

Siła popru ze strony cieczy jest proporcjonalna do prędkości toczenia się kulki :

T=krvη . Wielkość η jest niezależna od materiału, zktórego wykonano kulke, zależy natomiast od rodzaju cieczy i bardzo silnie od jej temperatury. Ruchy termiczne cząstek mają wpływ na siły oddziaływania międzycząsteczkowego. W cieczach wzrost prędkości ruchów termicznych siły te osłabia (h maleje).

Wielkość h, stała dla danej cieczy i temperatury, nosi nazwę współczynnika lepkości lub tarcia wewnętrznego cieczy. Jeżeli kulka wykonana jest z materiału o gęstości r większej od gęstości rp płynu, to ruch może następować na skutek działania siły ciężkości .

Jednak kulka spada, w ośrodku płynnym działa na nią dodatkowo siła wyporu Fw, która zgodnie z prawem Archimedesa wyraża się wzorem: .

Wizkozymetr Höplera składa się z rurki, w której mierzymy czas spadku kulki, otoczonej płaszczem wodnym. Temperaturę wody regulujemy ultratermostatem. Jeden z korków zamykających rurkę jest wydrążony i zaopatrzony w wentyl. W temperaturze pokojowej wydrążenie to pozostaje puste. W miarę podgrzewania objętość cieczy wzrośnie i wydrążenie wypełnia sie, a ciśnienie wzrasta tylko nieznacznie. Pomiar czasu opadania kulki można powtarzać wielokrotnie. Wystarczy każdorazowo obrócić przyrząd o kąt p wokół osi. Śruba znajdująca się z tyłu przyrządu służy do unieruchomienia rurki. Poziomica służy do kontroli ustawienia przyrządu.

Przebieg ćwiczenia.

Sprawdzamy ustawienie wiskozymetru przy pomocy poziomicy. Zmieniając temperaturę cieczy przy pomocy ultratermostatu z termometrem kontaktowym w granicach od ok 45[°C] do temperatury pokojowej co ok 5[°C] mierzymy czas opadania kulki między skrajnymi położeniami obserwacyjnymi. Dla każdej temperatury pomiry powtarzamy trzykrotnie. Czas spadku kulki mierzymy stoperem ,w naszym przypadku dokonujemy pięciokrotnego pomiaru czasu w tej samej temperaturze .

OPRACOWANIE WYNIKÓW

Wyznaczanie współczynnika lepkość oleju parafinowego dla temperatury 20 ^oC ze wzoru :

η = K ( ρ_k − ρ_o ) t gdzie K = ( k Π r² ρ cosα )/ ( 3 k l )

K = 1,2018 ∗ 10 ^-6 stała aparaturow

temp czas

20 C 236,16

20 C 232,25

20 C 230,25

20 C 230,03

20 C 228,81

1) η = 2,063

2) η = 2,029

3) η = 2,012

4) η = 2,010

5) η = 1,999

Błąd maksymalny współczynnika cieczy :

δ = t ∗ ( ρ_o − ρ_k )  ∗ δ_k + kt ∗  δ_ρk + kt ∗δ_ρo +k∗(ρ_o−ρ_k)∗δ 

δ _k = 0,0001 ∗ 10^-6

δ _ρk = 1

δ_ρo = 0,1

δ = 1

ρ_k = 8150 [kg/ m³]

ρ_o = 878,8 [ kg/m³]

k = 1,38 ∗ 10^-23 [ J/K]