Grupa 22 Zespół II	Ćwiczenie nr 3 Temat ćw. : Wyznaczanie lepkości cieczy metodą Hópplera i Ostwalda	Data wykonania ćw. 14.03.2000
Adamek Aleksandra Jania Joanna Tylek Elżbieta			Ocena :

1.Wstęp teoretyczny :

LEPKOŚĆ - miara tarcia wewnętrznego ( opór ), która występuje w cieczach i w gazach. Jest ono wynikiem przesuwania się względem siebie poszczególnych warstw wewnątrz cieczy. Przy małych prędkościach jest to przepływ uwarstwiony ( laminarny ), przy dużych prędkościach przepływ jest burzliwy.

Siła styczna , zwana również siłą tarcia wewnętrznego, która potrzebna jest do utrzymania stałej różnicy prędkości dwu poruszających się w tym samym kierunku warstw cieczy, jest proporcjonalna do wielkości powierzchni A warstwy i do jej prędkości v , a odwrotnie proporcjonalna do odległości warstw. Siłę tą możemy zapisać równaniem :

F -siła tarcia, A - powierzchnia warstwy, - współczynnik lepkości, v - prędkość , x - odległość

Współczynnik proporcjonalności nazywa się lepkością lub lepkością dynamiczną. Lepkość ta ma wymiar [ N*s / m] lub [Pa*s] . Jednak w praktyce posługujemy się jednostką zwaną pauzami, która jest równa 1P=10 [ Pa *s].

Prócz lepkości dynamicznej wprowadzono pojęcie tzw. lepkości kinematycznej, która jest stosunkiem lepkości dynamicznej do gęstości cieczy mierzonej w tej samej temperaturze.

- lepkość dynamiczna , d - gęstość cieczy

Jednostką lepkości kinematycznej jest [ m / s ], ale w praktyce posługujemy się mniejszymi jednostkami tzw. stoksami 1 St = 10 [ m / s].

Wyróżniamy również lepkość względną - stosunek lepkości dynamicznej danej cieczy do lepkości cieczy wzorcowej . Wyrażona jest ona w stopniach Englera (stosunek czasu wypływu cieczy badanej w określonym przyrządzie do czasu wypływu takiej samej objętości wody w temp.293 K.).

2. Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie lepkości cieczy za pomocą metody Hópplera i Ostwalda .

Metoda Hópplera opiera się przede wszystkim na prawie Stokesa . W myśl tego prawa na kulkę o promieniu r , poruszającą się z prędkością v w ośrodku ciekłym o lepkości , działa siła oporu równa :

Kulka ta ma ciężar G wynoszący :

D - gęstość kulki , g - przyspieszenie ziemskie.

Jak wiemy na kulkę zanurzoną w cieczy działa zgodnie z prawem Archimedesa siła parcia skierowana do góry , równa ciężarowi wypartej cieczy :

D - gęstość cieczy

W przypadku gdy kulka spada ze stałą prędkością ( ruchem jednostajnym ) siła oporu F i siła parcia F są równoważone przez ciężar spadającej kulki G :

F + F = G

Podstawiając odpowiednie wartości tych sił otrzymujemy wzór na lepkość:

W celu wyznaczenia prędkości opadania kulki w danej cieczy stosuje się tzw. LEPKOŚCIOMIERZ HÓPPLERA. Aparat ten połączony jest z termostatem, na którym ustawiamy żądaną temperaturę. Gdy ustali się nam temp. to do rurki lepkościomierza nalewamy badaną ciecz, wrzucamy kulkę i zamykamy lepkościomierz tak, aby w przyrządzie nie znajdowało się powietrze. Następnie stoperem mierzymy czas opadania naszej kulki między działkami znajdującymi się na rurce lepkościomierza.

Lepkość , zgodnie z prawem Stokesa, w tym wypadku obliczamy ze wzoru:

W metoda Ostwalda stosuje się wiskozymetr w kształcie U-rurki. Do prawej części U-rurki nalewamy pewną ilość badanej cieczy, którą następnie zasysamy za pomocą gumowej gruszki do lewego zbiornika U-rurki, do górnej kreski. W pomiarach tych określa się czas przepływu cieczy przez kapilarę , mierząc jej przepływ od poziomu A do poziomu B. Pomiaru dokonujemy najpierw dla wody ( 25 ml ) a następnie dla badanej cieczy, którą w tym doświadczeniu jest gliceryna ( 25 ml ).

Lepkość obliczamy ze wzoru :

3. Zadane parametry

Parametrami zadanymi w tym ćwiczeniu są:

Temperatura : T = 19 C ( pokojowa )

T = 30 C

T = 40 C

Stężenie gliceryny : C = 2:1 ( 50% )

C = 3:1 ( 33,33% )

C = 5:1 ( 20% )

4. Sposób wykonania ćwiczenia:

4.1 Metoda Hópplera :

4.1.1 Dobór kulki: m = 4,3887 g

d = 15 mm ( średnica kulki )

=2,403 g /cm ( gęstość kulki w temp. 20 )

k = 0,073356 ( stała kulki )

4.1.2Badanie gęstości cieczy za pomocą piknometru

a) ważenie pustego ( suchego ) piknometru

m = 10,6800 g

b) ważenie piknometru z cieczą o znanej gęstości ( wodą )

= 10,9982 g /cm

m = 36,4400g

m = 25,76g

c) obliczenie objętości piknometru

= 25,80 cm

d) ważenie piknometru z gliceryną o odpowiednim stężeniu :

Stężenie gliceryny	Masa piknometru z cieczą	Masa gliceryny
2:1 ( 50%)	40,4798 g	29,7998 g
3:1 ( 33,33%)	41,0160 g	30,3360 g
5:1 ( 20%)	41,5948 g	30,9148 g

e) obliczanie gęstości gliceryny:

Stężenie gliceryny	Masa gliceryny	Gęstość gliceryny
2:1 ( 50%)	29,7998 g	1,1550 g /cm
3:1 ( 33,33%)	30,3360 g	1,1738 g /cm
5:1 (20%)	30,9148 g	1,1982 g /cm

4.1.3 Pomiar czasu opadania kulki w cieczy ( glicerynie ) o odpowiednim stężeniu :

Roztwór 33,33% gliceryny :

K = 0,073356 - stała kulki

t - średni czas opadania kulki

= 2,403 [g / cm] - gęstość kulki

= 1,1738 [g / cm] - gęstość cieczy

T [K]	t [s]	t [s]	[Pa s ]	-log
292	44,6; 43,1; 44,9	44,2	0,3985	0,3996
303	34,5; 35,0; 34,3	34,6	0,3119	0,5059
318	29,4; 25,5; 28,3	27,7	0,2498	0,6024

Roztwór 50% gliceryny :

= 1,1550 [g /cm] - gęstość cieczy

T [K]	t [s]	t [s]	[Pa s]
292	26,2; 26,8; 25,9	26,3	0,2408

Roztwór 20% gliceryny :

= 1,1982 [g /cm] - gęstość cieczy

T [K]	t [s]	t [s]	[Pa s]
292	95,5; 96,0; 95,1	95,5	0,8440

4.2 Metoda Ostwalda

wielkość badanej cieczy obliczamy ze wzoru :

gdzie wielkości z „w ” dotyczą wody w temp. 19 C

Rodzaj cieczy	[g / cm ]	t [s]	t [s]	[10 Pa s]
Woda	0,9982	5,7; 5,5; 5,6	5,6	1,0828
Gliceryna (3:1 )	1,1758	30,5; 31,2; 32,2	31,3	7,129

5. Wnioski :

W metodzie Hópplera jak i w metodzie Ostwalda lepkość cieczy zależy głównie od temperatury , tzn. im wyższa temperatura tym niższa wartość lepkości cieczy.

W metodzie Hópplera lepkość zależy również od stężenia cieczy co ma wpływ na czas opadania kulki w tej cieczy. Im gęściejsza ciecz ( większe jej stężenie ) tym czas opadania kulki jest dłuższy.

Oprócz temperatury i stężenia , lepkość zależy od panującego w urządzeniu ,ciśnienia. Różnica ciśnienia spowodowana jest zmianą poziomu cieczy w naczyniach wiskozymetru przy jej wypływie z kapilary. Aby zapobiec tej zmianie należało by dolne naczynie znacznie zwiększyć od górnego.

---