Grupa 21. Zespół nr 4.	Nr ćwiczenia 3	Data wykonania ćwiczenia : 5 V 2008
	Lepkość cieczy	Ocena :

1.Wstęp teoretyczny.

Lepkość cieczy jest to siła tarcia występująca przy przesuwaniu sąsiednich warstw cieczy względem siebie. Siłę F potrzebną do nadania cieczy gradientu prędkości, czyli stałej różnicy prędkości dv między sąsiednimi warstwami cieczy odległymi od siebie o dx, można wyrazić równaniem:

gdzie:

η - współczynnik lepkości dynamicznej danej cieczy, zwany lepkością bezwzględną;

A - pole powierzchni przesuwanej;

dv/dx - gradient prędkości warstw.

Współczynnik η będzie równy jedności, jeżeli siła 1 N przypadająca na 1 cm² powierzchni ciekłej spowoduje różnicę prędkości 1 cm s^-1 pomiędzy dwiema warstwami cieczy, odległymi od siebie o 1 cm. Jednostką lepkości jest 1 puaz (1 P):

1 P = 1 g cm^-1 s^-1 = 10^-1 kg m^-1 s^-1 .

Lepkość cieczy zależy od ciśnienia i temperatury. W miarę wzrostu ciśnienia lepkość cieczy wzrasta najpierw wprost proporcjonalnie; w obszarze wysokich ciśnień nie istnieje jednak wprost proporcjonalna zależność pomiędzy lepkością a ciśnieniem. Natomiast w przypadku zależności lepkości od temperatury zachodzi prawidłowość, że wraz ze wzrostem temperatury rośnie objętość cieczy, a więc rosną odległości między cząsteczkowe, a stąd maleją siły międzycząsteczkowe. Skoro maleją siły międzycząsteczkowe, lepkość też będzie malała.

Lepkość wykazują również gazy. Jest ona znacznie mniejsza niż w przypadku cieczy. Lepkość w gazach ma inną naturę niż w cieczach. O ile w cieczach lepkość jest wynikiem występowania sił międzycząsteczkowych, to w gazach jest ona głównie wynikiem zderzeń cząsteczek. W miarę wzrostu temperatury cząsteczki gazu poruszają się szybciej, zderzenia są częstsze i lepkość gazów rośnie ze wzrostem temperatury.

Metody pomiaru lepkości cieczy metoda Hopplera:

W wiskozymetrze Hopplera mierzy się prędkość wpływu kulki opadającej stacjonarnie w ośrodku lepkim w celu wykonania pomiaru, czystą, suchą rurę pomiarową wiskozymetru napełnia się badaną cieczą, a następnie umieszcza się w niej odpowiednią kulkę o znanych parametrach (masa i średnica), taką aby prędkość jej opadania w badanej cieczy była stosunkowo nieduża. Pomiaru dokonuje się dla określonej temperatury, którą ustala się wcześniej przy użyciu termostatu kontaktowego. Po zamknięciu wlotu rury, wiskozymetr obraca się spodem do góry, mierzy się stoperem czas opadania kulki między dwoma działkami zaznaczonymi na rurze. Pomiar czasu opadania kulki należy wykonać kilkakrotnie. W metodzie Hopplera należy również znać gęstość badanej cieczy w żądanych temperaturach. Można ją określić metodą piknometryczną. Lepkość cieczy oblicza się według wzoru:

gdzie: K - stała kulki (zależna od masy i średnicy); t - czas opadania; d_k - gęstość kulki; d_c - gęstość cieczy.

metoda Ostwalda:

W wiskozymetrze Ostwalda mierzy się czas przepływu stałej objętości cieczy (zawartej między dwoma kreskami górnego zbiornika) przez kapilarę do zbiornika dolnego. Należy przepompować ciecz z dolnego zbiornika do górnego, powyżej kreski. Po odłączeniu pompki mierzy się czas wypływu cieczy wzorcowej (o znanej lepkości). Współczynnik lepkości badanej cieczy wylicza się z zależności:

gdzie: η_w - współczynnik lepkości cieczy wzorcowej; d - gęstość cieczy; t - czas wpływu cieczy..

2. Cel ćwiczenia:

Wyznaczenie zależności lepkości cieczy od temperatury i stężenia.

3.Zadanie do wykonania:

Wyznaczyć:

• lepkość 50% roztworu gliceryny, w temperaturach: 20°C; 25°C; 30°C; 35°C, 40°C,45°C stosując metodę Hopplera

• lepkość 88%, 70%, 50% roztworu w temperaturze pokojowej metodę Ostwalda.

Zbadać wpływ temperatury i stężenia na lepkość badanych roztworów.

3. Parametry i wyniki pomiarów:

1. pomiar lepkości roztworu gliceryny 50% w funkcji temperatury metodą Hopplera.

gęstość wody w war.norm.= 1g/cm³

masa wody = 25,3740g

Objętość naczynka = 25,3740 cm³

Temp. T [K]	Czas opadania kulki t[s]			Tśr [s]	Masa cieczy m[g]	Gęstość cieczy [kg/m^3]	Lepkość cieczy η [Pa*s]	1/T	Log η
293	63	63	-	63,0	28,7792	1134,2	5,864	0,003413	0,76819396
298	52	51	51,5	51,5	28,7716	1133,9	4,794	0,003356	0,68069803
303	49	48,5	48,5	48,7	28,7563	1133,3	4,536	0,003300	0,65667305
308	42,5	41,5	42,5	42,2	28,7411	1132,7	3,932	0,003247	0,59461351
313	39	39	39,5	39,2	28,7310	1132,3	3,654	0,003195	0,56276854
318	34	34	-	34	28,7234	1132,0	3,170	0,003145	0,50105926

Parametry kulki:

2r = 1.563cm

V = 1,9504

K - stała kulki K=0,073356

t - czas opadania kulki

d_k- gęstość kulki

d_c- gęstość cieczy

pomiar metodą Ostwalda

η_w- lepkość cieczy
d_w - gęstość cieczy
t_w - czas wpływu cieczy

Stężenie roztworu [%]	Gęstość [g/cm^3]	Czas wypływu [s] średnia				Lepkość [Pa*s]
88	1,211	1620	1624	-	1622	355,30
70	1,151	21,5	21,0	21,5	21,3	4,475
50	1,134	18,0	17,5	18,0	17,8	3,685

	Wzorzec woda	Czas wypływu wody tw [s]			tśr [s]	Gęstość wody dw [g/cm^3]	Lepkość wody [Pa*s]
				5,6	5,4	5,5	5,5	1,000	1,004

4. Dyskusja wyników i wnioski.

Otrzymane wyniki wskazują w jaki sposób lepkość cieczy zależy od temperatury i stężenia roztworu. Wraz ze wzrostem temperatury lepkość, jak również gęstość roztworu wodnego maleje, ponieważ gliceryna jest cięższa od wody (większa gęstość). Wykres funkcji logarytmu lepkości od odwrotności temperatury jest linią prostą. Ze wzrostem stężenia gliceryny w roztworze gęstość i lepkość roztworu wzrasta.

Zależność lepkości od temperatury

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

10

20

30

40

50

temperatura

lepkość

zależność lepkości od stężenia

roztworu

0

50

100

150

200

250

300

350

50

60

70

80

88

stężenie

Lepkość

0,5

0,6

0,7

1/T

Log η

---