Cel ćwiczenia:

Realizowanym zadaniem jest pomiar lepkości zadanej cieczy za pomocą wiskozymetru Hopplera.

Wprowadzenie:

Pomiar współczynnika lepkości za pomocą wiskozymetru Hopplera polega na pomiarze czasu opadania kulki w szklanej rurce wypełnionej badaną cieczą pomiędzy liniami A i B. Rurka ta umieszczona jest w okrągłym płaszczu szklanym P służącym do termostatowania. Całość jest umocowana na pochyłej osi (80^o) do podstawy. Współczynnik lepkość badanej cieczy mierzymy za pomocą metody Stokesa i Poiseuille`a.

prawo Newtona

Gdzie:

F- siła tarcia

- wsp. Lepkości

S- powierzchnia przesuwających się względem siebie warstw cieczy

- różnica szybkości dwóch warstw cieczy odległych od siebie o 1cm.

Następnie dochodzimy do zależności:
, po uwzględnieniu wszystkich sił działających na nasz ą kulkę i dostosowaniu ich do danego przyrządu (wiskozymetr Hopplera) dojdziemy do wzoru następującej postaci:

Gdzie:

- wsp. lepkości

g- przyspieszenie Ziemskie

r- promień kulki

k`- wsp. zależny od średnicy kulki, średnicy rury i jej kąta nachylenia

L- długość drogi, jaką pokonuje kulka

t- czas, w jakim kulka pokonuje daną drogę

d₁- gęstość kulki

d₂- gęstość badanej cieczy

Przebieg doświadczenia:

Z otrzymanego roztworu glukozy sporządziłem roztwór o stężeniu objętościowym C=25%. Następnie, po dokładnym rozmieszaniu glukozy z wodą przelałem ją do rurki w wiskozymetrze Hopplera i wrzuciłem do niej szklaną kulkę. Po szczelnym zamknięciu przyrządu tak, aby w rurze nie znalazła się bańka powietrza, przystąpiłem do doświadczenia. Pomiar czasu opadania kulki prowadziłem dla różnych temperatur badanego roztworu T₁=24^oC; T₂=26^oC; T₃=29^oC; T₄=32^oC; T₅=35^oC; T₆=38^oC; T₇=40^oC, przy czym dla każdej temperatury ważyłem piknometr z badaną cieczą.

Wyniki pomiarów zamieściłem w tabeli 1.

Współczynnik lepkości
obliczyłem korzystając z następującego wzoru:

Gdzie:

- wsp. lepkości

K- Stała Kulki

t- czas opadania kulki

d₁- gęstość kulki

d₂- gęstość badanej cieczy

K- Stała Kulki jest niezależna od badanej cieczy, wyznacza się ją empirycznie dla każdej kulki i ściśle określonej rury. Wynosi ona:

Gdzie:

g- przyspieszenie Ziemskie

r- promień kulki

k`- wsp. zależny od średnicy kulki, średnicy rury i jej kąta nachylenia

L- długość drogi, jaką pokonuje kulka

Dla mojego doświadczenia stała ta została mi podana i wynosi K=8,842*10^-9 [Ns/kg]

Wynik pomiarów i obliczeń:

Piknometr Kulka

Vp [cm3]		0,00833
mp [g]		11,71095
mp+mwody [g]		20,02061
mwody [g]		8,30966
dwody [kg/m3] (T=21C)		997,992
m kulki [g]		4,97445
r kulki [cm]		0,77625
V kulki [cm3]		1,9583
d kulki [kg/m3]		2540,22301
K kulki		8,84E-09

Tabela 1.

L.p.	T [^oC]	mp+mc [g]	mc [g]	dc [kg/m^3]	t1 [s]	t2 [s]	tśr [s]
1	24	20,57015	8,85920	1063,9919	180,75	180,31	180,530
2	26	20,56045	8,84950	1062,8269	174,59	173,31	173,950
3	29	20,54185	8,83090	1060,5930	168,80	168,74	168,770
4	32	20,53985	8,82890	1060,3528	157,34	156,50	156,920
5	35	20,50870	8,79775	1056,6117	146,75	145,33	146,040
6	38	20,46315	8,75220	1051,1412	135,31	134,30	134,805
7	40	20,41255	8,70160	1045,0641	118,65	117,67	118,160

Tabela 2.

L.p.	T [K]	10^3/T	t śr [s]	dc [kg/m3]	dkulki-dc [kg/m3]	n [Ns/m2]	ln(n)
1	297	3,36700	180,530	1063,99188	1476,231	6,7698E+08	20,3332
2	299	3,34448	173,950	1062,82690	1477,396	6,5282E+08	20,2968
3	302	3,31126	168,770	1060,59304	1479,630	6,3434E+08	20,2681
4	305	3,27869	156,920	1060,35284	1479,870	5,8989E+08	20,1955
5	308	3,24675	146,040	1056,61172	1483,611	5,5038E+08	20,1261
6	311	3,21543	134,805	1051,14115	1489,082	5,0991E+08	20,0498
7	313	3,19489	118,160	1045,06408	1495,159	4,4878E+08	19,9220

Wykres 1.

A	B
410035,9	5,0885

Wnioski :

Współczynnik lepkości badanej substancji maleje wraz z temperaturą

Błędy pomiarów:

Na błędy pomiarów mogły wpłynąć:

- niestabilność przyrządu (Wiskozymetru Hopplera) co mogło wpłynąć na kąt nachylenia rury.

- drobne, bardzo małe pęcherzyki powietrza na wewnętrznej ściance rury.

- zmiana temperatury pomiędzy poszczególnymi odczytami.

---