POLITECHNIKA ŚLĄSKA

W GLIWICACH

WYDZIAŁ CHEMICZNY

KIERUNEK TECHNOLOGIA

Ćwiczenie 1:

Badanie temperaturowej zależności współczynnika lepkości cieczy.

Wiadomości wstępne:

Lepkość jest właściwością gazów i cieczy która charakteryzuje ich opór podczas płynięcia wywołanego siłami zewnętrznymi. Niekiedy zjawisko to nazywa się tarciem wewnętrznym. W ciałach stałych tarcie wewnętrzne jest oporem przeciwko powstawaniu odkształceń stycznych. Właściwość ta mierzona jest współczynnikiem lepkości.

Pomiar współczynnika lepkości cieczy wykonywany jest za pomocą przyrządu będącego modyfikacją wiskozymetry Höpplera. Modyfikacja polega na tym, że cylindryczna rurka wychylona jest do poziomu pod dużo mniejszym kątem.

Rurka z badaną cieczą stanowi równię pochyła o kącie nachylenia ok. 30°, w której stacza się swobodnie kulka stalowa o średnicy mniejszej od średnicy rurki. Toczenie się kulki w cieczy ulega znacznemu zwolnieniu, gdy średnica wewnętrzna rurki różni się nieznacznie od średnicy kulki. Rurka powinna być ukośna, gdyż przy pionowym ustawieniu ruch kulki nie jest jednostajny. Przy ustawieniu ukośnym rurki, kulka toczy się po jej ściance.

Do omawianego przypadku stosuje się wzór:

gdzie:

- dynamiczny współczynnik lepkości

k- stała przyrządu

- gęstość kulki

- gęstość płynu

t- czas opadania kulki

Współczynnik lepkości zależy w dużym stopniu od temperatury. Zależność tą opisuje równanie:

T – temperatura w skali Kelvina

A, – stałe charakteryzujące ciecz

W – Energia aktywacji

K – stała Boltzmana

Budowa wiskozymetru:

Rurka z badaną cieczą (olej parafinowy) jest zakończona bańką szklaną częściowo wypełnioną powietrzem. Duża ściśliwość powietrza zamkniętego amortyzuje termiczne zmiany objętości cieczy w rurce. Rurka ta umieszczona jest w naczyniu stanowiącym płaszcz włączony w obieg ultratermostatu. Dzięki czemu istnieje możliwość zmiany i utrzymania stałej wartości temperatury badanej cieczy. Naczynie ma możliwość zmiany położenia poprzez obrót o kąt 180° wokół osi przy zachowaniu stałego nachylenia rurki pomiarowej. Pozwala to mierzyć czas opadania kulki w obydwu kierunkach. Czas opadania kulki, na odległości stanowiącą odcinek odmierzony dwoma rysami przebywanej przez kulkę ruchem jednostajnym, mierzony jest stoperem.

Przebieg ćwiczenia:

• Sprawdzamy ustawienie wiskozymetru za pomocą poziomicy i śrub regulacyjnych.

• Zmieniając temperaturę cieczy za pomocą ultratermostatu z termometrem kontaktowym w granicach od temperatury pokojowej do ok. 50ºC co 3 deg mierzymy czas opadania kulki między skrajnymi poziomami obserwacyjnymi.

• Dla każdej temperatury pomiary powtarzamy trzykrotnie.

• Tabela pomiarowa

• Dokładność pomiaru temperatury DT = .....ºC
  Dokładność stopera Dt = ........... s

• Dla każdej temperatury obliczamy współczynnik lepkości oleju parafinowego stosując wzór empiryczny

• gdzie K jest stałą aparaturową (dla wiskozymetrów stosowanych w laboratorium wynosi ona K = 1,2018ˇ10-6 m2/s2), natomiast gęstość stalowej kulki rk = 8150 kg/m3.

• Obliczamy błędy maksymalne współczynnika lepkości dla każdej temperatury.

• Rysujemy wykres zależności temperaturowej współczynnika lepkości oleju (w skali liniowej oraz w skali logarytmiczno-hiperbolicznej).

• Metodą regresji liniowej obliczamy współczynniki A i W/k wzoru określającego temperaturową zależność współczynnika lepkości a następnie samą energię aktywacji i błąd jej wyznaczania.

Tabela Pomiarowa

Obliczenia

LP	Temperatura [º]	Czas opadania kulki t [s]
		1
1	31,5	130,47
2	35	103,30
3	40	82,03
4	43,5	64,62
5	47	54,00
6	50	45,44

Obliczam czas średni dla poszczególnych temperatur:

Obliczam lepkość dla poszczególnych temperatur wg. wzoru:

Obliczam błąd pomiaru lepkości dla poszczególnych temperatur

Współczynnik lepkości:

Współczynnik lepkości η	Temperatura T
1,127	304,5
0,899	308
0,696	313
0,558	316,5
0,47	320
0,395	323

Logarytm współczynnika lepkości lnη	Temperatura 1/T
0,199	3,28E-03
-0,106	3,25E-03
-0,362	3,19E-03
-0,583	3,16E-03
-0,755	3,13E-03
-0,928	3,10E-03

Obliczam energie aktywacji:

k – stała Boltzmana =

Wnioski:

Z przeprowadzonego doświadczenia wynika, że współczynnik lepkości maleje wraz ze wzrostem temperatury. Błędy powstały z niedokładności oka ludzkiego i z błędów wynikających z niedokładności przyrządów pomiarowych.