Wyznaczenie współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa

ĆWICZENIE 8
ciecze i gazy
WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY
METODĄ STOKESA
Opis teoretyczny do ćwiczenia
zamieszczony jest na stronie www.wtc.wat.edu.pl w dziale
DYDAKTYKA – FIZYKA – ĆWICZENIA LABORATORYJNE.
Opis układu pomiarowego
Przyrząd do pomiaru współczynnika lepkości cieczy η składa się ze szklanego cylindra napełnionego badaną
cieczą, na którym znajdują się dwa poziome paski położone w odległości L jeden od drugiego. Górny pasek
musi być umieszczony w wystarczająco dużej odległości od powierzchni cieczy, aby zagwarantować
jednostajny ruch kulki. Odległość między paskami mierzy się przymiarem metrowym, a czas opadania
kulki - stoperem. W ćwiczeniu używamy kulek ołowianych (śrutu), których średnicę 2r mierzy się śrubą
mikrometryczną. Kulkę należy wrzucić do cylindra o średnicy 2R w celu wykonania pomiaru czasu opadania t.
Przeprowadzenie pomiarów
1. Śrubą mikrometryczną zmierzyć trzykrotnie średnicę kulki ołowianej, aby nie deformować kulek, nie
należy ich mocno ściskać.
2. Wrzucić kulkę do cylindra nie dotykając lejka, który jest wstawiony, aby nadać kulce odpowiedni
kierunek (tor kulki powinien pokrywać się z osią cylindra).
3. Zmierzyć czas opadania kulki między dwoma paskami (należy tak patrzeć na krawędź paska, aby
uniknąć błędu paralaksy).
4. Pomiary według punktów 1  3 wykonać przynajmniej dla 10 kulek.
5. Pomiary według punktów 1  4 powtórzyć dla drugiej cieczy.
Opracowanie wyników pomiarów
1. Wyznaczyć średni promień kulki r 
r1  r2  r3
.
3
2. Obliczyć współczynnik lepkości dla każdej pary wyników: średni promień kulki - czas jej spadku w cieczy
2r 2ti g  Kulki   Cieczy 
i 
na drodze L
.
r

9 L1  2,4 
R

3. Jako rezultat końcowy wyznaczonej lepkości przyjąć średnią  z otrzymanych w punkcie 2 wyników, a
n
jego niepewność standardową jako odchylenie standardowe średniej
4. Wyznaczyć niepewności względne ur   
u   
 
i
 
2
i 1
.
n  1 n
uc  
i porównać je z wartością 0,12.

5. Wyznaczyć niepewność standardową względną pomiaru jako funkcję zmiennych L oraz r
2

r

  2  2,4 u r  
R
2
 i porównać ją z wyznaczoną w punkcie 4. Wyciągnąć wnioski, a
ur    L u L    
 
r 
 r  1  2, 4  
R 
 
do dalszych obliczeń przyjąć większą z wartości. Wyznaczyć niepewność standardową bezwzględną
uc     u r   .
6. Wyznaczyć zgodnie z zależnością U    k  uc   niepewność poszerzoną przyjmując do obliczeń
współczynnik rozszerzenia k = 2. Sprawdzić relację przedziałów   U   z wartością teoretyczną i
wyciągnąć wnioski. Sprawdzić relację przedziałów  min , max oraz   U  ,  U   i wyciągnąć
wnioski.
7. Obliczenia według punktów 1  6 dla obu cieczy.
Stwierdzić czy cel ćwiczenia:
 wyznaczenie współczynnika lepkości cieczy;
został osiągnięty.
Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty, wyciągnąć wnioski.
Grupa ….................…...............................................................................................................................................
3.1 Wartości teoretyczne wielkości wyznaczanych lub określanych:
Lepkość dynamiczna oleju rzepakowego w temp. 20 C około 66 mPas, w temp. 40 C około 54 mPas.
Lepkość dynamiczna ….......................................................
3.2 Potwierdzić na stanowisku wartości parametrów i ich niepewności!
gęstości w warunkach normalnych:
ołowiu 11,3 g/cm3; gliceryny 1,23 g/cm3; oleju 0,88 g/cm3; wody 1,00 g/cm3;
parafiny 0,86 g/cm3 ;
średnica rury z cieczą (50 +/- 1) mm; długość drogi opadania (100,0 +/- 0,2) cm
3.3 Pomiary i uwagi do ich wykonania:
Badanie lepkości gliceryny / oleju na drodze ….......
L.p.
Średnica śrutu – f1
[…..]
Średnica śrutu – f2
[…..]
Średnica śrutu – f3
…..
Czas opadania
[…..]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Badanie lepkości parafiny / oleju na drodze ….......
L.p.
Średnica śrutu – f1
[…..]
Średnica śrutu – f2
[…..]
Średnica śrutu – f3
…..
Czas opadania
[…..]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Niepewność pomiaru średnicy ….................
Niepewność pomiaru czasu ….................
Niepewność pomiaru drogi ….................
3.4 Data i podpis osoby prowadzącej......................................................................................................................................