WYZNACZANIE TEMPERATUROWEJ ZALEŻNOŚCI

WYZNACZANIE TEMPERATUROWEJ ZALEŻNOŚCI
WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY
(dla szkół średnich)
1.
Dane osobowe
Data wykonania ćwiczenia:
Nazwa szkoły, klasa:
Imię i Nazwisko Ucznia:
A.
B.
C.
D.
E.
2.
Podstawowe informacje BHP
W doświadczeniu należy zachować szczególną ostrożność ze względu na
wysoką temperaturę wody, która poprzez gumową rurę jest pompowana
z termostatu do wiskozymetru Höpplera.
3.
Wstęp teoretyczny
W wyniku działania sił międzycząsteczkowych podczas ruchu
poszczególnych warstw cieczy względem siebie, występuje tarcie wewnętrzne
zwane lepkością. Lepkość cieczy zmienia się na ogół znacznie z temperaturą. Ze
wzrostem temperatury rośnie energia kinetyczna cząstek, co skutkuje zmniejszeniem
sił przyciągania między nimi, efektem czego jest zmniejszenie się sił tarcia.
Współczynnik lepkości cieczy mierzy się wiskozymetrami. W tym ćwiczeniu
użyjemy wiskozymetru Höpplera, który wykorzystuje ruch jednostajny ciała stałego
w lepkim płynie. Ciało poruszające się w takim ośrodku pociąga za sobą cząsteczki
płynu w bezpośrednim sąsiedztwie dzięki istnieniu sił między cząsteczkowych.
Cząsteczki te poruszając się z prędkością równą prędkości ciała pociągają za sobą
cząsteczki z dalszych warstw. Takie przekazywanie prędkości miedzy kolejnymi
warstwami związane jest z siłą lepkości, która jest proporcjonalna do prędkości
ruchu ciała, wielkości przekroju poprzecznego i zależy od kształtu ciała i
współczynnika lepkości ośrodka.
4.
Opis stanowiska pomiarowego
Stanowisko pomiarowe składa się z wiskozymetru Höpplera (5) połączonego
gumowymi rurami, przez które jest przepompowywana woda, z termostatem (4).
Przycisk (3) służy do włączenia termostatu. Za pomocą termometru kontaktowego
ustawia się żądaną temperaturę (1). Wyłączenie zielonej lampki (2) sygnalizuje
otrzymanie zadanej temperatury.
Rura pomiarowa (6) wiskozymetru Höpplera wypełniona badaną cieczą – olejem
parafinowym – jest umieszczona w kąpieli wodnej. Do pomiaru temperatury służy
rtęciowy termometr dziesiętny. Do prawidłowego ustawienia przyrządu służą:
libella L oraz śruby regulacyjne w odstawie. Płaszcz wodny razem z rurą pomiarową
mogą się obracać wokół osi O, a zatrzask Z utrzymuje układ w pozycji pionowej. Na
rurze pomiarowej znajdują się trzy rysy. Czas opadania metalowej kulki
przeprowadza się dla skrajnych rys.
5.
Procedura pomiarowa
1. Sprawdzić ustawienie wiskozymetru za pomocą poziomicy i śrub
regulacyjnych.
2. Zmieniając temperaturę za pomocą termostatu z termometrem
kontaktowym w granicach od temperatury pokojowej do ok. 50 ºC co 5 ºC
zmierzyć czas opadania metalowej kulki między skrajnymi rysami.
3. Dla każdej temperatury obliczyć współczynnik lepkości
η = K ( ρ k − ρ )t
gdzie K jest stałą aparaturową, ρk to gęstość stalowej kulki, ρ – gęstość oleju
parafinowego, t – czas opadania kulki.
4. Narysuj wykres temperaturowej zależności współczynnika lepkości oleju.
6.
Opracowanie wyników
Stała aparaturowa
Gęstość metalowej kulki
Gęstość oleju
K=
ρk =
ρ=
1,2018*10
8150
Dokładność pomiaru temperatury
Dokładność pomiaru czasu
-6
m /s
kg/m3
kg/m3
2
2
ΔT = …… ºC
Δt = ……. s
T, ºC
20
25
30
35
40
45
50
ρ, kg/m3
878,8
875,3
871,8
868,3
864,8
861,2
857,5
Lp.
temperatura
T, ºC
czas
opadania t, s
1.
2.
3.
4.
…
Gliwice, dnia:
Podpis prowadzącego:
Opracowanie: D. Trefon-Radziejewska
η, kg/m s