Temat: Badanie współczynnika lepkości za pomocą wiskozymetru H*plera.

Wiadomości wstępne:

Lepkość jest właściwością gazów i cieczy która charakteryzuje ich opór podczas płynięcia wywołanego siłami zewnętrznymi. Niekiedy zjawisko to nazywa się tarciem wewnętrznym. W ciałach stałych tarcie wewnętrzne jest oporem przeciwko powstawaniu odkształceń stycznych. Właściwość ta mierzona jest współczynnikiem lepkości.

Pomiar współczynnika lepkości cieczy wykonywany jest za pomocą przyrządu będącego modyfikacją wiskozymetry H*plera. Modyfikacja polega na tym, że cylindryczna rurka wychylona jest do poziomu pod dużo mniejszym kątem.

Rurka z badaną cieczą stanowi równię pochyła o kącie nachylenia ok. 30°, w której stacza się swobodnie kulka stalowa o średnicy mniejszej od średnicy rurki. Toczenie się kulki w cieczy ulega znacznemu zwolnieniu gdy średnica wewnętrzna rurki różni się nieznacznie od średnicy kulki. Rurka powinna być ukośna, gdyż przy pionowym ustawieniu ruch kulki nie jest jednostajny. Przy ustawieniu ukośnym rurki, kulka toczy się po jej ściance. Do omawianego przypadku stosuje się wzór:

gdzie:

- dynamiczny współczynnik lepkości

k- stała przyrządu

- gęstość kulki

- gęstość płynu

t- czas opadania kulki

Współczynnik lepkości zależy w dużym stopniu od temperatury. Zależność tą opisuje równanie:

T - temperatura w skali Kelvina

A, B - stałe charakteryzujące ciecz

Budowa wiskozymetru:

Rurka z badaną cieczą (olej z oliwek) jest zakończona bańką szklaną częściowo wypełnioną powietrzem. Duża ściśliwość powietrza zamkniętego amortyzuje termiczne zmiany objętości cieczy w rurce. Rurka ta umieszczona jest w naczyniu stanowiącym płaszcz włączony w obieg ultratermostatu. Dzięki czemu istnieje możliwość zmiany i utrzymania stałej wartości temperatury badanej cieczy. Naczynie ma możliwość zmiany położenia poprzez obrót o kąt 180° wokół osi przy zachowaniu stałego nachylenia rurki pomiarowej. Pozwala to mierzyć czas opadania kulki w obydwu kierunkach. Czas opadania kulki mierzony jest elektronicznie przy użyciu dwóch czujników fotoelektrycznych odpowiednio rozmieszczonych i oddalonych od siebie na odległość stanowiącą odcinek drogi przebywany przez kulkę ruchem jednostajnym.

Przebieg ćwiczenia:

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy włączyć ultratermostat ustawiając na odpowiednią temperaturę. Po kilku minutach odczytać temperaturę na termometrze umieszczonym w płaszczu wodnym wiskozymetru i przystąpić do pomiaru czasu opadania kulki. Pomiar powtórzyć kilkakrotnie.

Tabele pomiarowe:

Temperatura		Czas opadania [s]		Współczynnik lepkości
°C	°K	odczytany	średni
23	296	40,912	40,163		0,073
23	296	40,369
23	296	39,301
23	296	41,069
30	303	29,701			28,555	0,052
30	303	28,117
30	303	28,100
30	303	28,303
35	308	25,076			24,823	0,045
35	308	24,668
35	308	24,725
35	308	24,824
40	313	21,179			21,024	0,038
40	313	20,990
40	313	20,962
40	313	20,966
45	318	17,573			17,668	0,032
45	318	17,700
45	318	17,626
45	318	17,773
50	323	15,178			15,030	0,027
50	323	15,094
50	323	14,965
50	323	14,884

Dokładności pomiarowe:

Obliczenia:

Współczynnik lepkości obliczmy ze wzoru:

gdzie:

Dyskusja błędu:

Charakterystyki:

Wnioski końcowe:

W omawianym doświadczeniu współczynnik lepkości wyraźnie maleje wraz ze wzrostem temperatury, co uwidaczniało się szybszym spadaniem kulki.

W tym doświadczeniu błąd obliczeń był niewielki dzięki zastosowaniu precyzyjnej aparatury, czas opadania kulki był mierzony automatycznie do tysięcznych sekundy, mimo tego nie dało się uniknąć niewielkich błędów mieszczących się w dopuszczalnej granicy.

1

1

---