Lepkość

Lepkość jest właściwością gazów, cieczy i ciał stałych charakteryzującą ich opór przeciw płynięciu pod działaniem sił zewnętrznych. Ilościowo lepkość określona jest wielkością siły stycznej, która powinna być przyłożona do jednostki powierzchni przesuwanej warstwy, aby utrzymać w tej warstwie przepływ laminarny ze stałą prędkością odkształcenia postaciowego równą jedności.

Lepkość gazów zgodne z teorią kinetyczną spowodowana jest przekazywaniem pędu przez cząsteczki warstwy szybszej cząsteczkom warstwy poruszającej się wolniej, podczas przemieszczania się cząsteczek warstw sąsiednich.

Współczynnik lepkości definiujemy jako:

natomiast natężenie przepływu:

Przepływ przez rurki o małych przekrojach i przy małych prędkościach nazywamy laminarnym, a przepływ z dużą prędkością i przez duże przekroje burzliwym - ze względu na powstawanie zaburzeń w płynięciu wewnątrz rurki. Typ przepływu w danych warunkach charakteryzowany jest wielkością bezwymiarową tzw. liczbą Reynoldsa

W układzie SI lepkość jest to niutonosekunda na metr kwadratowy.

Ze wzrostem temperatury lepkość maleje, natomiast przy obniżaniu temperatury lepkość cieczy wzrasta o ok. 2% na stopień. W pewnych przypadkach przed osiągnięciem temperatury krzepnięcia lepkość może wzrosnąć tak znacznie, iż może powstać tzw. ciało szkliste - czyli stan materii o nieuporządkowanej strukturze wewnętrznej. Zależność lepkości od temperatury określa równanie:

; A, B - stałe empiryczne

Ciśnienie, jeżeli jest niewielkie praktycznie nie ma wpływu na lepkość, ale w zakresie wielkich ciśnień lepkość może wzrosnąć dosyć znacznie. Krzywe zależności lepkości od ciśnienia wyrażają się wzorem:

η_p = η_o * a^p gdzie:

p- ciśnienie

1. stała

η_o- lepkość przy p = 1 ata

Metody pomiaru lepkości - można je podzielić na trzy zasadnicze grupy:

1. pomiar na podstawie pomiaru szybkości przepływu cieczy pod określonym ciśnieniem przez rurkę kapilarną - np. wiskozymetrem Ostwalda

2. pomiar na zasadzie prędkości opadania kulki w badanym ośrodku - wynika z praw Stokesa.

3. mechaniczne metody pomiaru lepkości oparte na zdolności przenoszenia ruchu - np. wiskozymetrem Hatschek-Coutte'a.

ĆWICZENIE 1

Wyznaczanie lepkości metodą przepływu przez rurki kapilarne.

Ćwiczenie składało się z dwóch części: w pierwszej badaliśmy ciecz wzorcową - wodę a następnie to samo ćwiczenie było przeprowadzone z roztworem badanym - gliceryną.

Za urządzenie pomiarowe służył nam wiskozymetr kapilarny Oswalda.

Pomiar wiskozymetrem polega na pomiarze czasu wypływu cieczy przez kapilarę. W tym celu należało:

• odmierzyć określoną obj. roztworu i przenieść do umieszczonego w statywie wiskozymetru

• stoperem zmierzyć czas opadania menisku cieczy w wiskozymetrze - próbę powtórzyć trzykrotnie

Pomiar należało przeprowadzić dla wody i gliceryny. Następnie należało wyznaczyć

gęstości cieczy przy pomocy piknometru.

Podstawowe wyniki zostały ujęte w tabeli:

Pomiar czasu przepływu w trzech próbach
woda	9 s.	9 s.		8 s.
gliceryna	33 s.	31 s.		32 s.
Waga piknometru			14,0150 g
Objętość piknometru			27,551 cm^3
Waga gliceryny w piknometrze			45,0565 g
Waga wody w piknometrze			42,0353 g
Waga gliceryny			31,0415 g
Waga wody			28,0203 g
Temperatura			22 ^oC

Stąd gęstość wody wynosić będzie - 1,0170 g/cm³

a gliceryny - 1,1266 g/cm³

Następnie należało obliczyć lepkość badanej cieczy (gliceryny) na podstawie wzoru:

d - gęstości roztworów

t - czasy wypływu

za 1 rozumiemy ciecz badaną a za 2 ciecz wzorcową

η₂ - lepkość cieczy wzorcowej (wody) - odczytano z tabeli - η₂=1,005 N*s/m²

[ N*s/m² ]

1

---