politechnika łódzka

POLITECHNIKA ŁÓDZKA
INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W
ZAKŁADZIE BIOFIZYKI
Ćwiczenie 5
POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI
CIECZY PRZY UŻYCIU
WISKOZYMETRU KAPILARNEGO
I. WSTĘP TEORETYCZNY
Ciecze pod względem struktury i właściwości zajmują miejsce pośrednie
między ciałami stałymi i gazami z tym, że bardziej zbliżone są do ciał stałych.
Gęstość cieczy, ściśliwość, ciepło molowe nie różnią się znacznie od ciał stałych.
Przy wprowadzeniu cieczy w ruch pojawia się pewna właściwość cieczy
zwana lepkością. Lepkość jest taką własnością cieczy, która charakteryzuje jej
opór podczas płynięcia wywołanego siłami zewnętrznymi. Niekiedy zjawisko to
nazywa się tarciem wewnętrznym. W ciałach stałych tarcie wewnętrzne jest
oporem przeciwko powstawania odkształceń stycznych. Właściwość ta mierzona
jest ilościowo współczynnikiem lepkości ( lub w skrócie lepkością).
Współczynnik lepkości jest liczbowo równy wartości siły stycznej F, która
przyłożona do jednostkowej powierzchni przesuwanej warstwy S utrzymuje w tej
warstwie przepływ laminarny ze stałym jednostkowym gradientem prędkości
warstw
d
:
dx
dx
ν2
S
D

ν1
F
.
d
S
dx
Lepkość odgrywa znaczącą rolę w procesie uwalniania leków z ich postaci i tym
samym wpływa na szybkość ich wchłaniania. Ogólnie rzecz biorąc można
powiedzieć, że ze wzrostem lepkości zmniejsza się zarówno szybkość uwalniania
leków z ich postaci, jak i szybkość ich wchłaniania. To zwolnienie procesu
wchłaniania leków może równocześnie prowadzić do wzrostu toksyczności
leków, ponieważ na skutek przedłużenia czasu przebywania leku w miejscu jego
podania zwiększa się ilość wchłoniętej substancji leczniczej.
Pomiar względnej lepkości cieczy przy użyciu wiskozymetru kapilarnego
II. OPIS BUDOWY STANOWISKA
Współczynnik lepkości cieczy mierzy się tzw. wiskozymetrami (rys.2.).
Działanie wiskozymetrów kapilarnych oparte jest na prawie Poiseuille a, które
mówi o tym, że objętość cieczy V przepływającej laminarnie w czasie t przez
poprzeczny przekrój kapilary o promieniu r i długości l, na której końcach panuje
różnica ciśnień Δp, określona jest zależnością:
V r 4 p
.

t
8l
rurka szklana
zbiornik P
kapilara
zbiornik Z
Rys.2. Schemat wiskozymetru kapilarnego
2
Pomiar względnej lepkości cieczy przy użyciu wiskozymetru kapilarnego
III. PRZEBIEG ĆWICZENIA
A. Pomiar lepkości cieczy wzorcowej
1. Należy zbiornik pomiarowy P wiskozymetru napełnić cieczą wzorcową.
2. Zmierzyć czas wypływu cieczy ze zbiornika P do zbiornika Z.
3. Pomiar powtórzyć 5 – cio krotnie.
4. Wyliczyć wartość średnią czasu to wypływu dla cieczy wzorcowej.
B. Pomiar względnej lepkości cieczy badanej
1.Napełnić wiskozymetr tą samą ilością badanej cieczy, jak w przypadku
cieczy wzorcowej.
2. Zmierzyć czas wypływu cieczy ze zbiornika.
3. Pomiar powtórzyć 5 – cio krotnie.
5. Wyliczyć wartość średnią czasu t wypływu dla cieczy badanej.
6. Obliczyć względny współczynnik lepkości korzystając ze wzoru

t 

o to o
ρ – gęstość cieczy badanej,
ρo – gęstość cieczy wzorcowej
Wartości gęstości należy odczytać z tablic.
7. Obliczyć bezwzględny współczynnik lepkości korzystając z powyższego
wzoru, w którym
η -bezwzględny współczynnik lepkości,
ηo - współczynnik lepkości cieczy wzorcowej
Współczynnik lepkości cieczy wzorcowej trzeba odczytać z tablic.
8. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli.
3
Pomiar względnej lepkości cieczy przy użyciu wiskozymetru kapilarnego
ciecz wzorcowa
czas wypływu
[min]
ciecz badana
1.
1.
2.
2.
3.
3.
4.
4.
5.
5.
średni czas wypływu
[min]
gęstość cieczy
odczytana z tablic
[g/cm3]
współczynnik
N s
lepkości  2 
m 
IV. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ
1. Krótki wstęp teoretyczny.
2. Cel przeprowadzonego ćwiczenia.
3. Objaśnienie symboli stosowanych w sprawozdaniu.
4. Tabelę z wartościami wielkości mierzonych.
5. Obliczone współczynniki z podstawieniem odpowiednich wartości.
6. Obliczone wartości współczynników porównać z wartościami
zamieszczonymi w tablicach fizycznych.
7. Dyskusję i wnioski.
V. PYTANIA KONTROLNE
1.
Definicja lepkości.
2.
Wymienić rodzaje współczynnika lepkości.
3.
Budowa i zasada działania wiskozymetru.
4.
Rodzaje wiskozymetrów.
5.
Zależność współczynnika lepkości od temperatury.
4
Pomiar względnej lepkości cieczy przy użyciu wiskozymetru kapilarnego
LITERATURA
1. Z. Jóźwiak: G. Bartosz: Ćwiczenia z podstaw fizyki i biofizyki dla
biologów; Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 1991
2. R. Respondowski: Laboratorium z fizyki; Politechnika Śląska, Gliwice
1994
3. J. Karniewicz. T. Sokołowski: Podstawy fizyki laboratoryjnej;
Politechnika Łódzka, Łódź 1993
4. A. Danek: Chemia fizyczna, Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich,
Warszawa 1978
5