2808184788

WIEiK Grupa 12	Szymon Łukasik	Zespół nr 9	Data wykonania: 16.03.2001
Nr ćwiczenia: 7	Wyznaczanie współczynnika lepkości dynamicznej cieczy	Ocena:	Podpis:

1. Wprowadzenie

Lepkość - tarcie wewnętrzne, to właściwość ciał stałych, cieczy, ciekłych kryształów, gazów lub plazmy. Wynika z oddziaływań występujących przy wzajemnym przesuwaniu się elementów tego samego ciała. Oddziaływania te charakteryzujemy wprowadzając wielkości nazywane współczynnikami lepkości. Miarą tych oddziaływań są siły lepkości. W naszym ćwiczeniu zajmiemy się wyznaczeniem współczynnika lepkości dynamicznej cieczy.

Rozważmy warstwę cieczy o grubości Al (rys. I ). Doświadczenie wskazuje, że przesunięcie ze stałą prędkością, równoległą do powierzchni cieczy, cienkiej płytki, doskonale zwilżalnej, o polu powierzchni S (rozmiary liniowe płytki są większe od grubości warstwy), wymaga przyłożenia stycznej do płytki stałej siły F, która równoważy siłę lepkości F₀. Siła lepkości istnieje między warstewką przylegającą do płytki i warstewką następną oraz między każdą sąsiednią parą warstewek. Poszczególne warstewki cieczy przesuwają się (ślizgają się) równolegle względem siebie, przy czym rozkład prędkości w kierunku osi x przedstawiono na rys. 1.

Doświadczalnie stwierdzono, że dla większości cieczy (nazywanych cieczami niutonowskimi) wartość siły oporu lepkiego jest proporcjonalna do pola powierzchni S i wartości gradientu prędkości - tzw. Prawo Newtona :

Fo^rjS

du

dx

(1)

gdzie dv jest przyrostem prędkości warstewek cieczy pozostaj ących w odległości dx.

Współczynnikinm lepkości dynamicznej nazywamy współczynnik prnpnrrjnnalnnści t] we wzorze (1). Jego wymiarem jest N*s/m² = Pas. Wzór (1) definiuje zatem współczynnik lepkości dynamicznej cieczy lub gazu, a wyżej opisane doświadczenie może być wykorzystane do opracowania metody jego pomiaru.

Siła określona wzorem (1) uwarunkowana jest dwoma czynnikami: istnieniem sił spójności (w gazie nie występują) oraz ruchem termicznym cząsteczek, który występuje również między warstewkami cieczy o różnych prędkościach Przechodzenie cząsteczek między warstewkami nie zmienia charakteru ruchu Cząsteczki z warstwy o prędkości większej przechodzą do warstwy o prędkości mniejszej, przyspieszając ją. Średnio taka sama liczba cząsteczek przechodzi z warstwy o prędkości mniejszej do warstwy o prędkości większej, spowalniając ją. W miarę wzrostu temperatury siły spójności maleją. Wzrasta liczba przemieszczających się cząsteczek Rezultatem tego jest zmniejszanie się siły oporu - przy ustalonym gradiencie prędkości i ustalonym S, siła lepkości maleje. Stąd w cieczach ze wzrostem temperatury współczynnik lepkości maleje, w przeciwieństwie do gazów, dla których obserwujemy wzrost współczynnika lepkości wraz z temperaturą.

Podsumowując, możemy stwierdzić, że współczynnik lepkości cieczy zależy od:

1)    rodzaju cieczy, ponieważ od rodzaju cieczy zależą siły międzycząsteczkowe,

2)    temperatury - maleje ze wzrostem ruchu termicznego cząsteczek

Rozważania ograniczamy do przepływów laminamych W przepływach łaminamych ciecz płynie równoległymi warstwami z różnymi prędkościami, w odróżnieniu od przepływu burzliwegofturbulentnego), w którym wektor prędkości elementów cieczy zmienia się chaotycznie-cząstki poruszają się po skomplikowanych przeplatających się torach.

1