Лабораторная работа №7

Определение вязкости жидкости Исследование зависимости вязкости жидкости от концентрации

Цель работы: Научиться определять коэффициент вязкости жидкостей вискозиметром Оствальда. Определить: коэффициенты вязкости растворов различных концентраций, графическим методом по известной вязкости постоянную прибора и концентрацию неизвестного раствора. Освоить методику нахождения ошибок косвенных измерений.

Оборудование: Вискозиметр Оствальда, растворы сахарозы различных концентраций, секундомер, резиновая груша, набор ареометров, мерный цилиндр, набор стеклянной посуды, дистиллированная вода.

Ход работы:

1. Измерить ареометром плотности жидкостей: дистиллированной воды и растворов различной концентрации сахарозы. Для этого налить в мерный цилиндр исследуемую жидкость и осторожно опустить в него ареометр с самыми низкими значениями пределами измерения. Если уровень жидкости не доходит до шкалы этого ареометра, необходимо заменить его на ареометр, предназначенный для измерения плотности более плотных жидкостей. Плотность жидкости находят по делению шкалы ареометра, которое соответствует уровню жидкости. После измерения плотности одного из жидкостей необходимо промыть мерный цилиндр дистиллированной водой. Для уменьшения погрешности измерения рекомендуется начинать опыт с дистиллированной водой, затем с раствора с наиболее низкой концентрацией сахарозы и далее использовать растворы с возрастающей концентрацией.

В вискозиметр наливают исследуемый раствор заполняя расширение 7 и погружают его в сосуд 6. Сосуд 6 выполняет роль термостата. Закрыв пальцем руки отверстие колена 2, грушей 1 медленно нагнетают измеряемую жидкость в правое колено через капилляр 8 в расширение, находящееся выше метки 10. Отнимают палец и освобождают грушу, после чего исследуемая жидкость начинает медленно вытекать через расширение, так как она расположена выше чем жидкость в расширении 7 сообщающих сосудов. В момент прохождения мениска жидкости через метку 10 включают секундомер, останавливают его в момент прохождения мениска через метку 9.

2. Измерить по 3 раза время вытекания растворов различной концентрации исследуемого раствора из вискозиметра Оствальда. Для уменьшения погрешности измерения рекомендуется начинать опыт с раствора с наиболее низкой концентрацией, затем использовать растворы с возрастающей концентрацией.

3. Аналогичным образом произвести измерение времени истечения жидкости сравнения после трех кратного промывания вискозиметра стандартным раствором.

4. Данные измерений занести в таблицу.

Таблица 1

5. По результатам измерений относительным методом, второе название «метод сравнения», третье название «метод нахождения постоянной прибора» найдем вязкость исследуемой жидкости по известной вязкости стандартной жидкости. В качестве стандартной жидкости будем использовать воду. Данные для разных температур вязкости и плотности воды возьмем из таблицы.

6.

Плотность и вязкость воды при различных температурах.

Объем истекающей жидкости между метками 9 и 10 одинаков, из формулы Пуазейля, как для воды так и для исследуемой жидкости т.е.

где Δp, t, η – разность давления между метками 9 и 10, время истечения, вязкость исследуемого раствора, а Δp₀, t₀, η₀- соответствующие величины для стандартной жидкости. При этом Δp и Δp₀ можно выразить через произведение g- ускорение свободного падения на плотность жидкости ρ (ρ-исследуемой или ρ₀- стандартной), на среднюю высоту между метками 9 и 10 Δh_ср. Если нам известны значения плотности и вязкости стандартной жидкости для выбранной температуры опыта при использовании одного вискозиметра Оствальда или вискозиметров типа ВПЖ для определения времени истечения как стандартной так и исследуемой жидкости, вязкость можно найти по формуле

η₀=kgρ₀ t₀

где k- постоянная прибора и определяется через параметры вискозиметра и не зависит от используемых жидкостей для измерения, равна

k-зависит от температуры и ускорения свободного падения и времени протекания жидкости между метками 9 и10. Искомая вязкость раствора будет равна

По конечной формуле видно, что мы сравнили величины характеризующие исследуемую жидкость и стандартную, получили метод сравнения. С другой стороны искомая величина рассмотрена относительно стандартной величины, относительный метод.

При проведении трех измерений на каждый исследуемый раствор,расчетная формула для вязкости раствора имеет вид:

(1),

где - среднее значение из n измерений вязкости, времени истечения из вискозиметра и плотность для исследуемой жидкости и времени истечения воды из вискозиметра, h₀ , r₀ - вязкость, и плотность воды взятые из таблицы.

Конечный результат представляется в виде

,

где Δη- доверительный интервал где находится истинное значение определяемой вязкости.

Δη определяется по формуле

где t_α,n-коэффициент Стьюдента при доверительной вероятности α= 0,95 (или 0,99 или 0,999), и числе измерений n, или n-1 степеней свободы. Данный коэффициент берется из таблицы.

Определим по формулам:

; ; , а также

; ; , а также

; ;

Рассчитать по формулам величины и занести результаты вычислений в таблицу.

Таблица 2

С, %	(среднее значение),	Среднеквадратическая, среднеарифметического	h . 103 (среднее значение), Па.сек	Dh. 103, Па.сек
			Si	S0	Sρ
							1,00	-
								-
								-
								-
x

9. Построить график зависимости коэффициента вязкости раствора от концентрации сахарозы в растворе η=f(С). По графику определить неизвестную концентрацию раствора сахарозы, зная величину коэффициента вязкости этого раствора.

10. Сделать вывод по результатам работы. В выводе указать искомую концентрацию раствора х (%) и коэффициент вязкости этого раствора h±Dh (Па ^. сек) и как изменяется коэффициент вязкости с увеличением концентрации сахарозы в растворе.

«Определение вязкости жидкости. Исследование зависимости вязкости жидкости от концентрации».

Вопросы теории.

1.1. Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи.

1.2. Уравнение Бернулли.

1.3. Внутреннее трение (вязкость) жидкости. Ньютоновские и неньютоновские жидкости.

1.4. Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.

1.5. Методы определения вязкости жидкости.

1.6. Реологические свойства крови, плазмы, сыворотки. Факторы, влияющие на вязкость крови в живом организме. Особенности течения крови по крупным и мелким кровеносным сосудам.

1.7. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Условия проявления турбулентности в системе кровообращения.

1.8. Роль эластичности кровеносных сосудов в системе кровообращения. Пульсовая волна.

1.9. Физические принципы измерения давления крови.

1.3. Внутреннее трение (вязкость) жидкости.
Формула Ньютона.

При течении реальной жидкости между слоями, перемещающимися с различной скоростью, возникают силы внутреннего трения (вязкости). Эти силы, касательные к слоям, направлены так, что ускоряют медленно движущиеся слои и замедляют быстро движущиеся.

Рассмотрим ламинарный поток вязкой жидкости по горизонтальному руслу (рис. 5).

Рис. 5 Схема течения ламинарного потока вязкой жидкости по горизонтальному руслу.

Слой, “прилипший” ко дну неподвижен. По мере удаления от дна скорость жидкости увеличивается. Максимальная скоростьжидкости будет у слоя, который граничит с воздухом. Сила внутреннего трения пропорциональна площади взаимодействующих слоев S и тем больше, чем больше их относительная скорость. Так как разделение на слои условно, то принято выражать силу в зависимости от изменения скорости, приходящегося на единицу длины в направлении, перпендикулярном скорости, то есть от величины , называемой градиентом скорости (grad V):

F_тр = . (11)

- это уравнение Ньютона.

Здесь h - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения, или динамической вязкостью. Вязкость зависит от химического состава, примесей и температуры. С повышением температуры вязкость жидкости уменьшается по закону:

. (12)

где А – величина, постоянная для определенной жидкости.

Единицей измерения h в “СИ” является Н× сек / м² ,

Н× сек / м² =Па × с, 1Па× с = 10П = 10³ сП; в СГС - дин × сек/см² , эта единица называется пуазом. 1 пз = 0,1 м × сек/м².

Величина

, (13)

где r - плотность жидкости, называется кинематической вязкостью.

Относительной вязкостью называется величина, равная

(14)

где h - вязкость исследуемой жидкости, h₀ - вязкость стандартной жидкости.

Величина, обратная коэффициенту вязкости, называется текучестью.

Для растворов вязкость увеличивается с повышением концентрации растворенного вещества. При изучении свойств растворов иногда вводят характеристическую вязкость.

(15)

где с – концентрация растворенного вещества, h_отн – относительная вязкость раствора по отношению к вязкости растворителя.

Характеристическая вязкость не зависит от концентрации растворенного вещества, но связана с важными параметрами, такими как молекулярная масса, форма молекул и т. д. Связь между характеристической вязкостью и молекулярной массой М выражается с помощью обобщенного уравнения Штаудингера:

(16)

где К – константа, характерная для данного гомологического ряда макромолекул, a- величина, характеризующая степень свертывания макромолекул в растворе. Эти величины при расчете берут из таблиц.

Поиск по сайту: