ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z BIOFIZYKI

SPRAWOZDANIE

Temat: Pomiar współczynnika lepkości za pomocą wiskozymetru Ostwalda. Wyznaczanie bezwzględnego współczynnika lepkości metodą Stokesa.

1) Prawo Stokesa - prawo określające siłę oporu ciała w kształcie kuli poruszającego się w płynie (cieczy lub gazie).

Prawo wyraża się wzorem:

gdzie:

- siła oporu,

η - lepkość dynamiczna płynu,

r - promień kuli,

- prędkość ciała względem płynu.

2) Prawo Archimedesa - na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu równa ciężarowi wypartej przez to ciało cieczy.

Q = Vρg (ciężar ciała),

gdzie:

ρ - gęstość ciała.

W = Vρ₀g (siła wyporu),

gdzie:

ρ₀ - gęstość cieczy.

R = W - Q (siła wypadkowa)

ρ > ρ₀ ; R < 0 ciało tonie;

ρ = ρ₀; R = 0 ciało pływa na dowolnej głębokości;

ρ < ρ₀; R > 0 ciało pływa częściowo zanurzone.

3) Prawo Poiseuille'a - objętość cieczy V przepływająca w czasie t przez kapilarę o promieniu R i długości l pod wpływem różnicy ciśnień Δp wynosi:

gdzie:

η - lepkość dynamiczna płynu.

4) Oddziaływania van der Waalsa - oddziaływanie międzycząsteczkowe uniwersalne, ma charakter elektryczny. Mogą tu występować 3 rodzaje sił:

- siły dipolowe;

- siły indukcyjne;

- siły dyspersyjne.

5)Zjawisko lepkości - zjawisko tarcia wewnętrznego - właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Współczynniki lepkości:

a) Dynamiczny współczynnik lepkości (η) - równa się liczbowo sile tarcia wewnętrznego przyłożonej do jednostki powierzchni warstwy płynącej cieczy przy jednostkowym spadku prędkości.

η=

gdzie:

F - siła tarcia

- zmiana prędkości ruchu warstw na jednostkę długości wewnętrznej normalnej do powierzchni warstwy.

b) Kinematyczny współczynnik lepkości (ν) - stosunek dynamicznego współczynnika lepkości danej cieczy do jej gęstości (ρ)
jednostka: [m²/s]

V=

c) Względny dynamiczny współczynnik lepkości (η_wz) - iloraz dynamicznego współczynnika lepkości η_c danej cieczy i współczynnika lepkości cieczy porównawczej η₀

η_wz =

d) Względny kinematyczny współczynnik lepkości (ν_wz) - iloraz kinematycznego współczynnika lepkości ν_c danej cieczy i współczynnika lepkości cieczy porównawczej ν₀

ν_wz= ν_c/ ν₀

e) Właściwy współczynnik lepkości:

η_wz=
-1

6) Przepływ laminarny (warstwowy) - przepływ stanowi zespół warstw przemieszczających się jedna względem drugiej bez ich mieszania (wirów). Przepływ tego typu występuje przy małych prędkościach przepływu płynu lub dla płynu o dużej lepkości. Bezwymiarowym parametrem decydującym o laminarności lub o obecności turbulencji jest Liczba Reynoldsa.

7) Przepływ turbulentny (wirowy) - w płynie występuje mieszanie, powstają wiry - stąd też określenie przepływu turbulentnego, który ze swej natury jest zmienny w czasie. Prędkość przestaje wtedy być prostą funkcją położenia.

8) Równanie ciągłości strugi - jest oparte na bilansie masy, zakłada, że ilość masy cieczy dopływającej i odpływającej jest równa:

ρ - gęstość cieczy;
V - prędkość przepływu płynu;
A - pole przekroju poprzecznego rurociągu.

9) Prawo Bernouliego - prawo to określa, że suma ciśnienia słupa cieczy (ρgh), statycznego (p) i dynamicznego związanego z ruchem cieczy (ρv²/2) w każdym miejscu przewodu jest stała i równa się ciśnieniu całkowitemu, jakie panuje w strumieniu płynącej cieczy:

ρgh + ρv²/2 + p = const [Pa]

gdzie:

p - ciśnienie statyczne,

½ρv² - ciśnienie dynamiczne,

ρgh - ciśnienie hydrostatyczne.

Suma energii kinetycznej, potencjalnej i ciśnienia jednostki masy (lub objętości) ustalonego przepływu cieczy doskonałej jest wielkością stałą.

10) Płyny newtonowskie (doskonale lepkie) - jest to znaczna część płynów, np. woda, gazy w tym i powietrze. Dla płynów newtonowskich lepkość zależy od własności substancji tworzącej płyn i jego parametrów termodynamicznych takich jak temperatura i ciśnienie.

11) Płyn nienewtonowski − każdy płyn, który nie spełnia hydrodynamicznego prawa Newtona. W przeciwieństwie do płynu newtonowskiego, lepkość płynów nienewtonowskich nie jest wartością stałą w warunkach izobarycznych, lecz jej wartość zmienia się w czasie.

12) Lepkość krwi zależy w głównej mierze od:

- hematokrytu (stosunku objętości krwinek w danej objętości krwi do objętości tej krwi), powyżej 60% lepkość krwi wzrasta znacznie;

- temperatury - lepkość w 0^oC jest około 2,5 raza większa niż w 37^oC;

- przekroju naczynia, w którym ta krew płynie - dla naczyń o średnicy mniejszej niż 0,3mm lepkość zmniejsza się w miarę zmniejszania pola przekroju naczynia; dla naczyń o średnicy większej niż 0,3mm - lepkość nie zależy od przekroju;

- szybkości przepływu.

13) Wyznaczanie bezwzględnego współczynnika lepkości metodą Stokesa [Pa*s]

η=[2r²g(ρ_k-ρ_c)t]/(9L)

r - promień kulki;
g - przyspieszenie ziemskie;
ρ_{k -} gęstośc kulki;
ρ_c - gęstośc cieczy;
t - czas opadania kulki na odcinku L.

14) Wyznaczanie względnego współczynnika lepkości metodą Ostwalda

η_{wz =} (ρ_ct_c)/ (ρ_wt_w)

ρ_{w -} gęstośc wody destylowanej;
ρ_c - gęstośc cieczy;
t_{c -} czas przepływu cieczy przez kapilarę;

t_w - czas przepływu wody destylowanej przez kapilarę.

15) Równanie Newtona dla płynięcia cieczy - siła lepkości jest wprost proporcjonalna do wyrażenia dv/dh (gradient prędkości/spadek prędkości) i pola powierzchni S, na ktorą stycznie działa siła.

F= η( dv/dh )S [N]

Wyznaczanie współczynnika lepkości - metoda Stokesa

Nr pomiaru	r	t	L	v	η	ηśr

Wyznaczanie współczynnika lepkości - metoda Ostwalda

Nr pomiaru	tw	twśr	tc	tcśr	ρc	η	ηc	T

---