Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej |
||||||||
Nazwisko i imię Kunz Robert studenta: |
Instytut i symbol grupy BDb 4.2 |
|||||||
Data wykonania ćwiczenia: 97-04-28 |
Symbol ćwiczenia:9.2
|
Temat zadania: Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy metodą Ostwalda. |
||||||
Zaliczenie: |
Ocena: |
Data: |
Podpis |
1.Tabela pomiarów.
Ciecz wzorcowa |
Ciecz badana |
|||||||
t0 |
|
r0 |
h0 |
t |
|
r |
h |
n |
s |
s |
|
|
s |
s |
|
|
|
172 |
|
|
|
143 |
|
|
|
|
170 |
|
|
|
144 |
|
|
|
|
171 |
170,75 |
996,9 |
0,879 |
144 |
143,50 |
769 |
|
|
170 |
|
|
|
143 |
|
|
|
|
-obliczenia:
2.Cęść teoretyczna.
Zjawisko tarcia wewnętrznego zwanego lepkością związane jest z ruchem polegającym na przemieszczaniu się różnych części tego samego ciała względem siebie. Lepkość wykazują ciała we wszystkich stanach skupienia, chociaż niektóre z nich w bardzo niskich tempera-turach przechodzą w stan nadpłynności, w którym ich lepkość równa jest zeru.
Lepkością nazywa się właściwość ciał polegającą na występowaniu sił oporu, wywoływanych siłami zewnętrznymi, powodującymi odkształcenia ciał stałych, a płynięcie cieczy i gazów. Przy analizie płynów odstępuje się od ich budowy cząsteczkowej, traktując je jako ośrodki ciągłe tzn. Rozmieszczone w sposób ciągły w zajmowanej przez nie przestrzeni. Przy takim podejściu wykorzystuje się najczęściej metodę Eulera, która podaje zależność wektora prędkości przepływu płynu od współrzędnych przestrzennych i czasu:
.
Ciecze traktować możemy jako substancję lepką i nieściśliwą. Przepływ jej może mieć charakter laminarny - warstwowy. Siły oporu występujące w trakcie przepływu cieczy przy przesuwaniu się jednych warstw względem drugich powodują, że warstwa poruszająca się szybciej działa siłą przyspieszającą na warstwę poruszającą się wolniej i odwrotnie.
Wartość siły tarcia wewnętrznego dla przepływu laminarnego podaje wzór Newtona:
gdzie h jest współczynnikiem lepkości dynamicznej, jest zmianą prędkości ruchu warstw na jednostkę długości w kierunku wewnętrznej normalnej do powierzchni warstwy. Wynika z tego więc, że współczynnik lepkości dynamicznej jest równy liczbowo sile statycznej jaka powinna działać na powierzchnię 1m2 warstwy cieczy o grubości 1m, aby górna powierzchnia tej warstwy poruszała się z prędkością o 1 m/s większą niż dolna.
Jednostką współczynnika tarcia wewnętrznego jest niutonosekunda na metr kwadratowy:
.
Często używa się również współczynnika lepkości kinematycznej n. Oblicza się go jako stosunek współczynnika lepkości dynamicznej do gęstości cieczy .
.
Współczynnik lepkości dynamicznej zależy od rodzaju cieczy, temperatury i ciśnienia. Jego wartość określa wzór:
gdzie Ea jest energią aktywacji przepływu lepkiego, k - stałą Boltzmana, T - temperatura w skali Kelvina.
W metodzie Ostwalda, współczynnik lepkości wyznacza się w oparciu o badanie przepływu cieczy w rurze. Jeżeli ciecz przepływająca przez rurę posiada odpowiednio małą prędkość, to jej ma charakter przepływu laminarnego. Ważnym charakteryzującym przepłw cieczy jest liczba Reynoldsa, która dla przepływu cieczy w rurze okrągłej jest równa:
Przepływ laminarny przechodzi w turbulentny gdy Re>Rekr zależy również od gładkości ścianek rury i sposobu prowadzeni cieczy w rurze. Dla rur okrągłych o gładkich ściankach
Rekr=2300.
Istnieje duża różnorodność wiskozomwtrów. W praktyce używa się prawie wyłącznie takich, których stałe aparaturowe dają się wyznaczyć przy użyciu cieczy o znanej lepkości.
Jednym z takich z takich przyrządów jest wiskozometr kapilarny Oswalda. Jest to naczynie w kształcie litery U-rurki, składająca się z dwu zbiorników oraz kapilary. Ponad i pod zbiornikiem znajdują się kreski. Przemieszczeniu się górnego poziomu cieczy pomiędzy kreskami odpowiada przepływ cieczy o objętości roboczej. Czas przepływu tej objętości cieczy można łatwo zmierzyć. Najczęściej przyrząd ten jest mocowany w uchwycie i umieszczany w kąpieli wodnej o temperaturze pokojowej. Pozwala to na zmniejszeniu wahań temperatury w czasie pomiaru.
Jeżeli do pomiarów weźmiemy takie same objętości cieczy-cieczy badanej. Wtedy:
3.Opis wykonania ćwiczenia .
Przed wykonaniem pomiaru wiskozymetr należy dokładnie umyć wodą destylowaną, a następnie badaną cieczą. Przy pomocy strzykawki wpuszczamy do zbiornika ciecz badaną. Odłączając strzykawkę obserwujemy opadanie cieczy, i mierzymy czas. Potem wykonujemy to samo z cieczą wzorcową.