Fizyka - lab.
	Temat: Wiskozymetr Höpplera	Ocena

1. Cel ćwiczenia.

Wyznaczenie zależności współczynnika lepkości cieczy od temperatury w zakresie temperatury pokojowej przy użyciu przyrządów: wiskozymetr, termometr Hopplera, sekundomierz, termometr kontaktowy.

2. Wstęp do tematu.

Lepkość zwana inaczej tarciem wewnętrznym to właściwość płynów (cieczy, gazów) polegająca na występowaniu w nich naprężeń zależnych od szybkości odkształcania. Wykonywana przy tym praca odbywa się kosztem energii kinetycznej poruszającego się płynu przekształcającej się częściowo w energię kinetyczną bezładnego ruchu cząstek tj. powodującej ogrzewanie się płynu. 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. W hydrodynamice za podstawową metodę opisu ruchu płynu jest metoda Eulera, polegająca na podaniu zależności wartości wektora ν prędkości przepływu płynu w różnych punktach przestrzeni, od współrzędnych tych punktów i czasu v=f(r,t).

Prawo określające siłę oddziaływania występującą pomiędzy dwoma warstwami cieczy podał Newton i wyraża je wzór:

_T = η S

_T - siła tarcia

x - współrzędna osi prostopadłej do kierunku ruchu

- gradient prędkości w tym ruchu

S - powierzchnia przylegania dwóch sąsiadujących warstw

η - współczynnik proporcjonalności pełniący tu rolę współczynnika lepkości dynamicznej

Wartość siły
_T, jaką wywierają na siebie wzajemnie sąsiadujące warstwy płynu, jest proporcjonalna do iloczynu powierzchni styku S i gradientu prędkości
.

W cieczach wzajemnemu przesuwaniu się sąsiednich warstw przeciwdziałają siły spójności jest to możliwe głównie dzięki ruchliwości cząsteczek przenikających z jednej warstwy do drugiej. Nasilenie ruchliwości cząstek wraz ze wzrostem temperatury powoduje malenie lepkości . W zjawiskach lepkości dzięki oddziaływaniom międzycząsteczkowym, mamy do czynienia z transportem pędu między warstwami poruszającymi się z różną prędkością co sprzyja wyrównaniu się prędkości w całym strumieniu przepływającej cieczy.

Jednostką współczynnika lepkości w układzie SI jest :

[ ɳ ] = Ns / m²

Rys. Wiskozymetr Höpplera:

1 - uszczelka, 2 - termometr, 3 - rurka szklana pomiarowa, 4 - rurka dla cieczy termostatującej, 5 - nakrętka, 6 - górny element rurki pomiarowej, 7 - pierścień, 8 - poziomnica, 9 - dolny element rurki pomiarow

Źródła :

Słownik Fizyczny - Wiedza Powszechna - Warszawa 1984

Ch. D. Hodgman, Handbook of Chemistry and Physics, 40th edition, Chemical Rubber Publishing Co., Cleveland, Ohio 1959.

Internet - http://pl.wikipedia.org/wiki/Wiskozymetr_Höpplera.

3. Wykonanie.

Wiskozymetr Höpplera osuszono i oczyszczono, a przy użyciu kulki przemyto alkoholem i wypoziomowano przyrząd. Rurkę zakręcono od spodu korkiem i zalano gliceryną 10%. Usunięto występujące pęcherzyki powietrza, umieszczono w rurce kulkę o wadze 4,9502 gr. i zamknięto rurkę korkiem. Obrócono przyrząd wokół własnej osi ustawiono go tak, aby kulka znalazła się powyżej linii pomiarowej nr 1. Zmierzono czas opadania kulki pomiędzy liniami nr 1 i 2 i powtórzono pomiar 4 razy. Wykonano te same czynności dla gliceryny 30 i 50%.

4. Wyniki doświadczeń i obliczenia.

Doświadczenie wykonano w temperaturze pokojowej ok. 20°C

Tabele pomiarowe.

Gliceryna 10%.

Lp.	t[s]
1.	111,61
2.	110,48
3.	110,39
4.	110.23
średnia	110.68

Gliceryna 30%.

Lp.	t[s]
1.	248,72
2.	252,09
3.	254,01
4.	256.01
średnia	252,70

Gliceryna 50%.

Lp.	t[s]
1.	537,93
2.	545,35
średnia	541,64

Dane potrzebne do obliczeń:

ρk - 2,396 kg/m3

ρc10% - 0,00102370 kg/m3

ρc30% - 0,00107395 kg/m3

ρc50% - 0,00112720 kg/m3

K - 0,010552 [ Nm/kg ]

Obliczenia lepkości cieczy.

Wzór: ɳ = K(ρk - ρc)t

ɳ - lepkość cieczy,

K - stała kulki (Nm/kg),

ρk - gęstość kulki wg certyfikatu, kg/m3,

ρc - gęstość badanej cieczy kg/m3 ,

t - wyznaczany czas opadania s.

ɳ dla gliceryny 10% :

ɳ = 0,010552 Nm/kg *(2,396 kg/m3 - ,00102370 kg/m3) *110.68s

ɳ = 2,786321538 Ns / m².

ɳ dla gliceryny 30% :

ɳ = 0,010552 Nm/kg *(2,396 kg/m3 - 0,00107395 kg/m3)* 252,70s

ɳ = 6.386047321 Ns / m².

ɳ dla gliceryny 50% :

ɳ = 0,010552 Nm/kg *(2,396 kg/m3 -0,00112720 kg/m3)* 541,64s

ɳ = 13.62963931 Ns / m².

5. Analiza uzyskanych wyników.

Współczynnik lepkości η	Temperatura T	Logarytm współczynnika lepkości lnη	Temperatura 1/T
2,786321538	293	1,024722281	3,41E-03
6,386047321	293	1,854115504	3,41E-03
13,62963931	293	2,612246782	3,41E-03

Wykres zależności lepkości od czasu

Logarytmiczna zależność współczynnika lepkości od temperatury

6. Wnioski.

Z przeprowadzonego doświadczenia wynika, że współczynnik lepkości będzie malał wraz ze wzrostem temperatury. Błędy pomiarowe wynikają z niedoskonałości ludzkiego oka a także z niedoskonałości przyrządów pomiarowych.

1

---