Warszawa, dn.

Ćw. 2.2a : Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy za pomocą wiskozymetru Ostwalda .

Cel Ćwiczenia:

Zapoznanie się metodą wyznaczania współczynnika lepkości oraz wyznaczenie zależności miedzy lepkością a stężeniem procentowym roztworów gliceryny.

Wstęp:

Ciecze są stanem skupienia podobnie jak gazy i ciała stałe. Przy niskich temperaturach ciecze mają zbliżoną budowę do ciał krystalicznych , a przy wysokich temperaturach bliskie gazom.

Parametrami za pomocą których możemy opisać ciecze to :gęstość, lepkość, napięcie powierzchniowe. Ciecze zbudowane Są z warstw , które się wzajemnie miedzy sobą przemieszczają , gdy jedna warstwa porusza się szybciej , to działa na wolniejsza siłą przyśpieszającą, a ta wolniejsza siłą spowalniającą, oddziaływanie tych dwóch sił nazywamy siłami tarcia wewnętrznego. Siła tarcia wewnętrznego jest proporcjonalna do powierzchni warstwy cieczy q i gradientu prędkości cieczy ∆w i odległości warstw o ∆l.

Wyznaczone ze wzoru η jest współczynnikiem lepkości cieczy lub lepkością bezwzględną, podawaną w [Pa*s]=[N*s*m^-2].

Drugim rodzajem lepkości jest lepkość względna , opisywana jako stosunek współczynnika lepkości cieczy badanej do wsp. Lepkości cieczy wzorowej :

Trzecim sposobem określania lepkości cieczy jest lepkość kinematyczna, rozumiana jak stosunek lepkości η do gęstości d:

lepkość kinematyczną podajemy w stokesach [cm² *s]

Ciecze umieszczone w wiskozymetrze poruszają się jednym z trzech rodzajów ruchu:

• Laminarny (ślizgowy, warstwowy)-jedna warstwa ślizga się na drugiej.

• Turbulentny (ruch burzliwy w którym powstają zawirowania)

• Ruch pośredni -może przechodzić z laminarnego w turbulentny i na odwrót.

Do obliczania rodzaju ruchu cieczy wykorzystujemy liczbę Reynoldsa :

w liczniku mamy: ws- prędkość średnią, R-promień rurki, d-gęstość cieczy.

Jeżeli liczba Reynoldsa jest :

• Re<2000- ruch mamy laminarny

• 2000<Re<3000-ruch pośredni

• Re>3000- ruch turbulentny

Lepkość Cieczy mierzy na dwa sposoby :

• Na wzorze Poiseuille`a i wiskozymetrze Ostwalda :

• Na wzorze Stokesa i wiskozymetrze Hupllera.

Wiskozymetr Ostwalda mam postać u-rurki z podwójnym rozszerzeniem, które przechodzi w kapilarę. W górnej i dolnej części rozszerzenia znajduja się dwie kreski a i b. Ciecz wlewa się do wiskozymetru poniżej kreski b a następnie zasysa się gruszka do kreski a i mierzy się czas przepływu cieczy między tymi kreskami na podstawie tego pomiaru wyznaczamy lepkość cieczy.

Ze wzoru możemy wyliczyć współczynnik lepkości cieczy:

Pomiary w wiskozymetrze Ostwalda musimy wykonywać porównawczo , ponieważ pomiar wykonywany ta metodą jest obarczony dużym marginesem błędu , dlatego pomiary wykonujemy kilkukrotnie, a oprócz tego współczynnik lepkości badanej cieczy mierzymy ze stosunku lepkości cieczy badanej do cieczy wzorcowej(cieczy).

-nazywamy naprężeniem ścinającym, a iloraz
(szybkość ścinania), zjawisko to ma związek z reologią( czyli tzw. zmiana wymuszona kształtu cieczy i zjawiska z tym związane). Na podstawie naprężenia ścinającego ciecze możemy podzielićna:

• Niutonowskie dla których zależność τ od
  jest liniowa .

• Substancje plastyczne-których lepkość maleje wraz ze wzrostem szybkości ścinanania

• Dylatacyjne- których lepkość rośnie wraz ze wzrostem szybkości ścinania.

Piknometryczna metoda wyznaczania gęstości cieczy polega na : zważeniu naczynka piknometru na wadze analitycznej, następnie napełnienia je woda i ponownego zwarzenia, i w końcu napełnienia cieczą badaną.

Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotowujemy 5 kolb stożkowych i przygotowujemy w nich roztwory : 0%,10%,20%,30%,40%,50% gliceryny.

2. Do wiskozymetru wlewamy po 20 cm³ i wykonujemy po trzy pomiary przepływu cieczy dla każdego roztworu i wyznaczamy czasz pośredni przepływu cieczy dla każdego z nich.

3. Te same pomiary wykonujemy dla roztworu kontrolnego X.

4. Wyznaczamy metodą piknometryczną gęstość roztworu X.

Nr. pom.	Stężenie Cp	d[g/cm^3]	Czas średni	Lepk bezwzg.[Pas]	Lep. Wzg.
1	0	0,997	15,66s	0,00089	1,01
2	10	1,0207	26,73s	0,001555	1,747395
3	20	1,0453	27,73s	0,001652	1,856456
4	30	1,0706	42,03s	0,002565	2,881911
5	40	1,0971	67,72s	0,004235	4,758358
6	50	1,1239	128,05s	0,008203	9,217246
7	Cx	1,1323	39,93s	0,002592	2,9125

Obliczam średni czas przepływu cieczy:

Obliczam gęstość metoda piknometryczną:

Oblicza współczynniki lepkości bezwzględnej:

Lepkość poszczególnych roztworów gliceryny(bezwzględna):

Obliczam Lepkość względną:

---