Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej
Wydział BMiI
Kierunek Mechanika i Budowa Maszyn
Rok akademicki 2011/2012
Semestr 4
Ćwiczenia laboratoryjne z Mechaniki Płynów
Ćwiczenie nr 1
Temat: Pomiar lepkości cieczy wiskozymetrem Hopplera
Wykonali:
1. Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z jedną z czterech metod pomiaru współczynnika lepkości za pomocą metody Stokesa, a także wpływem temperatury na jego wartość.
2. Teoria:
Lepkość jest przejawem oddziaływania cząsteczek w ruchu chaotycznym cząsteczek. Zjawisko to dotyczy wymiany pędu w tym ruchu, a zarazem dążeniem do stanu równowagi termodynamicznej. To dążenie polega na nieodwracalnym przenoszeniu pędu z obszarów gdzie występuje jego nadmiar, do miejsc gdzie istnieje względny niedobór. Zjawiskiem lepkości zajął się w 1687 roku Izaak Newton i określił je za pomocą prawa tarcia, które ma postać:
τ=ηγ
gdzie:
τ- naprężenia styczne wywołane przepływem
γ- prędkość ścinania
η -współczynnik dynamiczny lepkości
Prawo to mówi o tym, że naprężenia styczne wywołane przepływem są wprost proporcjonalne do prędkości ścinania, która jest pochodną dv/dr.
W tym ćwiczeniu zajmujemy się również wpływem na lepkość cieczy temperatury. Otóż wpływ temperatury na współczynnik lepkości w przypadku zwłaszcza cieczy jest dosyć duży, generalnie przyjmuje formę:
Prawo Stokesa
Prędkość opadania kulki w cieczy jest proporcjonalna do lepkości cieczy. Mierząc czas opadania kulki na ściśle odmierzonym docinku rury możemy obliczyć współczynnik lepkości dynamicznej:
η=K(ρk-ρc)tsr
gdzie:
η dynamiczny współczynnik lepkości[cP]
ρk gęstość materiału kulki [ g/cm]
ρc gęstość cieczy [g/cm ]
K stała kulki
t czas opadania kulki na danej długości
Schemat i opis stanowiska pomiarowego
W skład stanowiska wchodzi:
wiskozymetr Hopplera,
ultratermostat
stoper
Schemat:
gdzie :
rurka szklana
płaszcz wodny
grzałka
i 5) gwintowane pokrywy
6) kulka
7) statyw
8) przegub pozwala na obrót o 180 stopni
9) trzpień służący do ustalenia położenia początkowego
10) śruby do wypoziomowania
Tabela wyników pomiaru
Lp. |
ρk |
K |
T |
t1 |
t2 |
t3 |
ρc |
- |
|
|
K |
s |
s |
s |
|
1 |
2,398 |
0,008567 |
310,5 |
54,82 |
54,93 |
55,22 |
0,9932 |
2 |
|
|
314,5 |
51 |
50,63 |
51,09 |
0,9916 |
3 |
|
|
318,5 |
47,22 |
47,31 |
47,87 |
0,9900 |
Obliczenia:
Tabela obliczeń:
Badana ciecz: woda
|
|||||||||
Lp. |
T |
ηzm |
ηl |
δη |
ρc |
νzm |
νl |
δν |
uwagi |
- |
oC |
|
|
% |
|
|
|
% |
- |
1 |
37,5 |
0,662 |
0,692 |
4,34 |
0,9932 |
0,667 |
0,697 |
4,30 |
|
2 |
41,5 |
0,613 |
0,641 |
4,37 |
0,9916 |
0,618 |
0,646 |
4,33 |
|
3 |
45,5 |
0,573 |
0,597 |
4,02 |
0,9900 |
0,579 |
0,603 |
3,98 |
|
Wykresy:
Wnioski:
wraz ze wzrostem temperatury czas spadku kulki od jednej bramki pomiarowej do drugiej malał,
wraz ze wzrostem temperatury gęstość cieczy malała, a także malał współczynnik dynamiczny lepkości, a więc lepkość cieczy malała
wraz z spadkiem wielkości współczynnika dynamicznego lepkości malała wartość współczynnika kinematycznego lepkości
błąd pomiarowy waha się około 4 %, więc pomiar został dokonany w miarę dokładnie