HOPPLER, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Laborki sprawozdania, FIZYKA LABORATORIUM


POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Semestr II , grupa T2

Badanie temperaturowej zależności współczynnika

lepkości cieczy za pomocą wiskozymetru Hopplera.

Sekcja 2:

Jarosław Janulek

Sebastian Blechinger

2.PRZEBIEG ĆWICZENIA

Sprawdzamy ustawienie wiskozymetru przy pomocy poziomicy. Zmieniając temperaturę cieczy za pomocą ultra termostatu z termometrem kontaktowym w przedziale od temperatury pokojowej do temperatury ok. 50[°C] co 3[°C] mierzymy czas opadania kulki pomiędzy skrajnymi położeniami obserwacyjnymi. Dla każdej temperatury pomiary powtarzamy trzykrotnie.

3.OPRACOWANIE WYNIKÓW

1.Dla każdej temperatury obliczamy współczynnik lepkości badanego oleju parafinowego stosując

wzór empiryczny:

K*(ρkρo

gdzie: K=1.2018*10-6 -stała aparaturowa,

ρk=8150 -gęstość kulki,

ρo-gęstość oleju ( wg danych w tabeli ),

średnia wartość czasu opadania kulki.

2.Obliczamy błąd wyznaczania współczynnika lepkości ( dla każdej temperatury oddzielnie ).

3.Rysujemy wykres zależności temperaturowej współczynnika lepkości oleju =(T).

4.Rysujemy wykres zależności lnf(1/T).

5.Metodą regresji liniowej obliczamy współczynniki A i B wzoru określającego temperaturową

zależność współczynnika lepkości cieczy:

gdzie: k=1.38*10-23 -stała Boltzmana.

1.WPROWADZENIE TEORETYCZNE

Siły oporu podczas ruchu ciał w ośrodkach płynnych, to znaczy w cieczach, są spowodowane tarciem wewnętrznym, zwanym lepkością oraz różnicą ciśnień, jakie wywiera płyn na przednią i tylną

ściankę poruszającego się ciała.

Jeśli ciało porusza się w ośrodku płynnym, to warstewki płynu przylegające bezpośrednio do ciała są pociągane z prędkością równą prędkości tego ciała. Na skutek ruchów termicznych atomów i zderzeń międzyatomowych prędkość ta jest przekazywana warstewkom położonym dalej. Im dalej od ciała, tym prędkości warstewek są mniejsze. W szczególności, jeśli ruch ciała odbywa się w naczyniu, to warstwy płynu znajdujące się przy ściankach naczynia są nieruchome. Pomiędzy poszczególnymi warstwami płynu, które poruszają się z różnymi prędkościami, pojawiają się siły przeciwdziałające ich względnemu ruchowi. Warstwy poruszające się wolniej hamują ruch warstw poruszających się szybciej i na odwrót. Te właśnie siły nazywamy siłami tarcia wewnętrznego lub

siłami lepkości.

W ten sposób poruszające się w płynie ciało pociąga warstwy płynu, które z kolei hamują ruch tego ciała. Siła ta zależy od rodzaju płynu, kształtu ciała i jego prędkości. Przy małych prędkościach siła tarcia wewnętrznego jest wprost proporcjonalna do prędkości. Dla kuli o promieniu r, poruszającej się w nieograniczonym ośrodku, siła lepkości ma postać: Ft=rv, gdzie v jest prędkością kuli,

 współczynnikiem tarcia wewnętrznego. Wzór te nosi nazwę wzoru Stokesa.

Wielkość  jest niezależna od materiału, z którego wykonano kulkę, zależy natomiast od rodzaju cieczy i bardzo silnie od jej temperatury. Ruchy termiczne cząstek mają wpływ na siły oddziaływania między cząsteczkowego. W cieczach wzrost prędkości ruchów termicznych siły te osłabia ( maleje).

Jeżeli kulka wykonana jest z materiału o gęstości ρk większej od gęstości ρp płynu, to ruch może następować na skutek działania siły ciężkości: 0x01 graphic

Ponieważ jednak kulka spada w ośrodku płynnym, działa na nią dodatkowo siła wyporu Fw, która zgodnie z prawem Archimedesa wyraża się wzorem: 0x01 graphic
. Sumując wszystkie siły działające na kulkę otrzymamy: F=Fg+Fw+Ft, czyli 0x01 graphic
.

Siła Stokesa zależy od prędkości i istnieje taka prędkość vo, przy której siła F jest równa zeru, co oznacza, że kulka porusz się ruchem jednostajnym (I-szą zasada dynamiki). Jeżeli prędkość jest różna od vo, to kulka porusza się ruchem przyspieszonym i jej prędkość wzrasta lub maleje do chwili osiągnięcia wartości vo. Równanie: Ft=rv, stosuje się ściśle tylko w przypadku, gdy kulka porusz się w ośrodku o nieograniczonej szerokości i gdy mamy do czynienia z ruchem laminarnym. W przypadku, gdy kulka porusza się w rurze o promieniu rk, wypełnionej cieczą, wtedy równanie Stokesa przyjmuje postać:.

Uwzględniając tę poprawkę w równaniu na sumę sił działających na kulkę i zakładając F=0 oraz v=l/t, gdzie t jest czasem spadania kulki, otrzymujemy: .

Spadek kulki w płynie ulega znacznemu zwolnieniu w rurce o średnicy nieznacznie przekraczającej średnicę kulki. Wtedy rurkę musimy ustawić nieco ukośnie, gdyż przy ustawieniu pionowym ruch kulki nie jest jednostajny. Przy ustawieniu ukośnym kulka toczy się po ściance rurki.

Do omawianego przypadku stosuje się wzór zapisany w postaci: K*(ρk-ρo)t, gdzie K jest stałą

Aparaturową.

Współczynnik lepkości zależy w dużym stopniu od temperatury. Dla cieczy zależnością tą rządzi prawo: , gdzie T jest temperaturą w skali Kelvina, A i B -stałe charakteryzujące ciecz.

4.TABELE POMIAROWE

lp.

T

[°C]

ρo

tśr

[s]

[kg/ms]



[kg/ms]

Ln||

[kg/ms]

ln|| [kg/ms]

1.

29

872.49

0.003

125.1

1.0946

0.0008

0.09

-7.04

2.

32

780.37

0.0033

114.0

0.9974

0.0008

-0.003

-7.042

3.

35

868.24

0.0033

90.3

0.7902

0.0008

-.0.236

-7.041

4.

38

866.12

0.0032

76.0

0.6636

0.0008

-0.416

-7.041

5.

41

864.0

0.0032

64.6

0.5656

0.0008

-0.562

-7.041

6.

44

861.87

0.0032

54.8

0.4807

0.0008

-0.734

-7.041

7.

47

857.5

0.0031

46.3

0.4056

0.0008

-1.139

-7.04

Dla każdego  wyliczamy metodą różniczki zupełnej błąd ze wzoru:K*(ρk-ρo)*t, gdzie t jest dokładnością pomiaru czasu i wynosi 0.1s.

Metodą regresji liniowej obliczamy współczynniki A i B wzoru określającego temperaturową zależność współczynnika lepkości: .

0x08 graphic
Obliczone współczynniki a i b wynoszą: a=-0.0394+-0.029 [kg/msT], b=2.21+-0.11 (gdzie y=ax+b ,

y= , x=T ).

5.WYKRESY

6.WNIOSKI I UWAGI

W wyniku przeprowadzonych pomiarów stwierdzamy , że wraz ze wzrostem temperatury maleją siły tarcia wewnętrznego ( współczynnik lepkości ) co jest zgodne z wcześniejszymi założeniami teoretycznymi.

Pomiar czasu opadania kulki wykonaliśmy trzykrotnie dla każdej temperatury (aby wyeliminować błąd pomiaru czasu).Pomiary rozpoczęliśmy od temperatury 29[°C].Dla tej temperatury współczynnik lepkości cieczy wynosił 1.095[kg/ms].Następnie ultra termometrem zwiększaliśmy temp. co 3[°C] do osiągnięcia temp.47[°C]. Przy tej temperaturze współczynnik lepkości wynosił

0.41[kg/ms].

Uzyskane wyniki są zbliżone do wyników tablicowych, gdzie dla wody o temp. 20[°C] lepkość

0x08 graphic
ma wartość 

0x08 graphic
natomiast dla oleju rycynowego o temp. 20[°C] lepkość wynosi:

Niepewność pomiarowa wynika głównie z niedokładności pomiaru czasu opadania kulki, pomiaru temperatury oraz zanieczyszczenia rurki z olejem.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Lepkość-sciaga, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
Nr ćwiczenia5 moje, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labor
[4]tabelka, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, labo
[8]konspekt new, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
FIZYK~47, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Fizyka
3 W LEPKO CIECZY, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labor
[3]opracowanie v1.0, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labo
kospekt12, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, 12 Wyznaczanie
PUZON, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Laborki s
cw8 wyniki, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, labo
[4]opracowanie, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
mostek Wheatstone'a(1), Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, l
za, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, laborki fizy
konspekt nr8, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Fi
[7]opracowanie, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
konspekt 8, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Fizy
konspekt 9, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Fizy

więcej podobnych podstron