SPRAWOZDANIE Z LABOLATORIUM Z FIZYKI I BIOFIZYKI

Ćwiczenie nr 6

Temat: Wyznaczanie bezwzględnego współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa.

Data wykonania ćwiczenia: 9 Marca 2009r.

Sekcja nr 6 w składzie:

• PILARCZYK Agnieszka

• MUSIOŁ Małgorzata

Data oddania sprawozdania:

Ocena:

1. WSTĘP TEORETYCZNY:

Lepkość zarówno cieczy jak i gazów można zdefiniować jako tarcie pomiędzy sąsiadującymi warstwami płynu, gdy przesuwają się one względem siebie. Lepkość w cieczach jest spowodowana siłami kohezyjnymi zaś w gazach jest związana ze zderzeniami cząstek. Lepkość płynów jest wyrażona poprzez współczynnik lepkości
. Możemy wyróżnić lepkość dynamiczną i kinetyczną, inny podział to lepkość względna lub bezwzględna. Lepkość możemy wyliczyć korzystając z zależności, mówiącej o tym, że siła potrzebna do przesunięcia jednej z płytek (gdy druga jest nieruchoma, a pomiędzy nimi znajduje się płyn) dana jest wzorem:

1. powierzchnia płynu w kontakcie z ruchomą płytką

v- prędkość płynu w kontakcie z ruchomą płytką

- lepkość cieczy

− odległość między płytkami

Z tego równania wynika że:

Zależność między siłą hamującą a gradientem prędkości dla przepływu laminarnego wyznaczył Newton:

Zależność ta jest tylko spełniona dla małych prędkości, zaś ciecze które spełniają ten warunek nazywane są newtonowskimi.

Lepkość wyznacza się często używając wiskozymetru Stokesa, gdzie metalowa kulka porusza się wpłynie (którego lepkość chcemy wyznaczyć), który wypełnia szklaną rurę. Kulka zanurzona w cieczy pokryta jest cienką warstwą cząsteczek tej cieczy, które wprawiają z kolei w ruch inne cząsteczki.

Siła tarcia wewnętrznego wyrażona jest równaniem Stokesa (spełnione dla małych obiektow):

r - promień kulki

v - prędkość opadania kulki

Na opadającą kulkę działają również inne siły:

gęstość materiału z którego wykonana jest kulka

g gęstość płynu

Kulka w cieczy porusza się ruchem jednostajnym wiec z tego wynika że
przekształcając ten wzór możemy wyliczyć
(uwzględniając wpływ ścianek rury i zmniejszając czas opadania kulki tyle raz ile wynosi wartość ułamka
). (R- promień rury)

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA:

I. Opis wykonywanych czynności:

Doświadczenie wykonaliśmy według następującej procedury:

• Napełniłyśmy rurę gliceryną po czym wprowadziłyśmy do niej lejek.

• Zmierzyłyśmy odległość pomiędzy poziomami rury, które były zaznaczone niebieskimi paskami

• Następnie zmierzyłyśmy średnice 27 metalowych kulek, po czym wrzuciłyśmy każdą kulkę z osobna przez lejek o rury wiskozymetru

• Mierzyłyśmy czas opadania każdej z kulek pomiędzy wyznaczonymi poziomami

• Na końcu wyjęłyśmy kulki z rury wyciągając delikatnie korek i odlewając trochę gliceryny, którą z powrotem wlałyśmy do wiskozymetru.

II. Tabele wyników:

Lp.	Promień kulki r [m]	Odległość między poziomami rury l [m]	Czas obadania między poziomami t [s]	Promień rury R [m]	Gęstość materiału kulki [kg/m^3]	Gęstość płynu [kg/m^3]	Prędkość opadania v [m/s] z uwzględnioną poprawką Stokesa	Współczynnik lepkości
1.	0,00185	0,8	8,8	0,03	7850	1260	0,0896	0,5489
2.	0,00165	0,8	7,2	0,03	7850	1260	0,1097	0,3567
3.	0,0016	0,8	7,5	0,03	7850	1260	0,1053	0,3492
4.	0,00165	0,8	7,6	0,03	7850	1260	0,1039	0,3765
5.	0,0016	0,8	7,3	0,03	7850	1260	0,1082	0,3399
6.	0,00155	0,8	7,2	0,03	7850	1260	0,1098	0,3145
7.	0,0016	0,8	7,4	0,03	7850	1260	0,1067	0,3445
8.	0,00165	0,8	7,6	0,03	7850	1260	0,1039	0,3765
9.	0,00165	0,8	7,2	0,03	7850	1260	0,1097	0,3567
10.	0,0016	0,8	7,2	0,03	7850	1260	0,1097	0,3352
11.	0,00165	0,8	7,3	0,03	7850	1260	0,1082	0,3616
12.	0,0017	0,8	7,3	0,03	7850	1260	0,1081	0,3840
13.	0,00165	0,8	7,3	0,03	7850	1260	0,1082	0,3616
14.	0,00185	0,8	8,7	0,03	7850	1260	0,0906	0,5426
15.	0,0017	0,8	7,2	0,03	7850	1260	0,1096	0,3787
16.	0,0017	0,8	7,3	0,03	7850	1260	0,1081	0,3840
17.	0,00165	0,8	7,4	0,03	7850	1260	0,1067	0,3666
18.	0,00155	0,8	7,6	0,03	7850	1260	0,1040	0,3320
19.	0,00165	0,8	7,2	0,03	7850	1260	0,1097	0,3567
20.	0,0016	0,8	7,1	0,03	7850	1260	0,1113	0,3306
21.	0,00165	0,8	7,3	0,03	7850	1260	0,1082	0,3616
22.	0,0017	0,8	7,0	0,03	7850	1260	0,1128	0,3682
23.	0,00165	0,8	7,1	0,03	7850	1260	0,1112	0,3517
24.	0,00165	0,8	7,1	0,03	7850	1260	0,1112	0,3517
25.	0,00175	0,8	7,2	0,03	7850	1260	0,1096	0,4015
26.	0,0016	0,8	7,4	0,03	7850	1260	0,1067	0,3445
27.	0,0017	0,8	7,0	0,03	7850	1260	0,1128	0,3682
							Średnia:	0,3720
														Odchylenie:	0,0536

Końcowy wynik lepkości gliceryny:

Lepkość gliceryny podana w tablicach:

III. Wnioski:

Zależność lepkości cieczy od temperatury:

Wynik uzyskany doświadczalnie przez naszą sekcję jest niższy niż lepkość gliceryny podana w tablicach, jednak jest to lepkość odpowiadająca temperaturze ok. 24^oC.

Wpływ na wynik, a właściwie na jego niezgodność z wartością podaną mogły mieć wpływ następujące czynniki:

• Niedokładność przyrządów używanych do pomiarów, tj.:

• Stopera;

• Suwmiarki, której dokładność wynosi
  ;

• metra krawieckiego, którym zmierzono odległość między poziomami rury, jego dokładność wynosi
  ;

• Błędy odczytu związane z refleksem mierzącego czas;

• Temperatura w sali laboratoryjnej, wyższa niż podana w tablicach miała znaczący wpływ na lepkość gliceryny. Jako, że nie śledziłyśmy zmian temperatury w trakcie trwania doświadczenie, mogła się ona zmieniać. Na zmianę temperatury w pomieszczeniu wpływ mogły mieć:

• Obecność ponad 20 osobowej grupy, z których każdy wydziela ciepło;

• Praca różnych urządzeń elektrycznych, która jest związana z emisją ciepła;

• Duże zagęszczenie powyższych czynników w pobliżu zbiornika z gliceryną.

1

---