Úloha č.6 - Lide na UHK

Fyzikální praktikum I. – Úloha č.6 – Měření viskozity kapalin (verze 02/2012)
Úloha č. 6
Měření viskozity kapalin
1) Pomůcky : Englerův technický viskozimetr, baňka s vyznačeným objemem
200 a 240 cm3, stopky, destilovaná voda, měřené kapaliny (glycerinové roztoky
různé koncentrace)
2) Teorie:
Charakteristickou vlastností reálné kapaliny jsou smyková napětí, která
vznikají mezi posouvajícími se vrstvami kapaliny. Pro vyjádření této vlastnosti je
zaveden koeficient viskozity. Viskozita (vazkost, součinitel smykového třeni) η je
poměr tečného napětí působícího ve směru pohybu prostředí k velikosti kolmého
rychlostního spádu
η=
τ
dv
dy
(1)
dv
rychlostní spád (gradient), η součinitel viskozity
dy
(vnitřního tření). Jednotkou viskozity je N.s.m-2 (starší jednotkou je poise P; platí
1P=0,1N.s.m-2 )
K vyjádřeni viskózních vlastností kapalin se kromě koeficientu η, který se
označuje jako dynamická viskozita, zavádí i kinematická viskozita ν, která je dána
vztahem
kde je τ tečné napětí [ N.m-1],
ν=
η
,
ρ
(2)
2 -1
kde ρ je hustota prostředí. Jednotkou kinematické viskozity je m .s .
V technické praxi se často měří kinematická viskozita v Englerových
stupních E, které získáme přímo jako výsledek měřeni na Englerově viskozimetru.
Englerův viskozimetr tvoří válcová nádoba, uvnitř pozlacená, která je ve
středu dna opatřena výtokovou trubicí délky 20 mm a průměru 2,9 mm mírně se
zužující výtokovým směrem. Trubička je shora uzavřena kuželovým ventilkem,
který je připevněn k tyči. Vnitřní nádoba je obklopena lázní, kterou lze elektricky
ohřát na žádanou teplotu. Měřená kapalina se nalije do vnitřní nádoby v množství
240 cm3. Poté se otevře ventil a necháme vytéci do odměrné nádoby 200 cm3
kapaliny. Změří se doba, za kterou vyteče těchto 200 cm3.
Je-li T0 doba, za kterou vyteče z daného přístroje 200 cm3 destilované vody
při 20 °C a T doba, za kterou vyteče stejný objem měřené kapaliny, je viskozita
měřené kapaliny vyjádřená v Englerových stupních
E=
T
T0
(3)
-1-
Fyzikální praktikum I. – Úloha č.6 – Měření viskozity kapalin (verze 02/2012)
Kromě Englerových stupňů se v praxi také používá jednotky stok St,
přičemž 1 St = 10-4 m2.s-l. Pro přepočet Englerových stupňů na stoky platí vzorec


1 
1−
 E3 
E


ν=
⋅ 7 ,6
[St]
100
(4)
Uvážíme-li předchozí přepočet mezi jednotkou stok a m2s-l, vyjde
ν = E ⋅ 10 ⋅ 7,6
−6
1 

 1− 3 
 E 
[m2s-1]
(5)
3) Úkol
a) Změřte závislost dynamické viskozity glycerinu na koncentraci. Sestrojte
graf této závislosti.
Měření pro každou koncentraci proveďte alespoň 5 x.
b) Pokuste se odhadnout matematický tvar této závislosti, určit z regresní
přímky konstanty a závislost matematicky formulovat. Z daného vztahu
určete dynamickou viskozitu pro koncentraci 100% a porovnejte tuto
hodnotu s tabulkou.
4) Postup měření
a) Do odměrné nádobky nalijeme 240 cm3 destilované vody (k horní rysce).
Tento obsah vylijeme do vnitřní nádoby Englerova přístroje, uzavřeme víko
a otvor uzavřeme posuvným hrotem. Pod výtokový otvor vložíme
odměrnou baňku.
b) Vysuneme tyčku s hrotem a současně spustíme stopky, které zastavíme
když baňka pod přístrojem obsahuje právě 200 cm3 (spodní ryska). Doba To
má být 50 - 52 s.
c) Vyprázdníme vnitřní nádobu, vytřeme a vysušíme.
d) Vnitřní nádobu naplníme 240 cm3 měřené kapaliny a opakujeme měření
stejným způsobem, jako v případě destilované vody.
e) Každé měření provedeme alespoň 5 x. Výsledky zaznamenáme do vhodné
tabulky (tabulka č.l).
f) Pomocí pyknometru určíme hustotu roztoků. Stačí zvážit samotný
pyknometr a pyknometr s kapalinou, objem pyknometru uvedený na jeho
stěně považujte za správný.
g) Výsledky zapíšeme do vhodné tabulky (tabulka č.2) a podle vztahů (3), (5)
a (2) vypočítáme dynamickou viskozitu
h) Z výsledků měření vyneseme graf závislosti dynamické viskozity η na
koncentraci roztoku C tj. η = f(C) a pokusíme se o matematickou formulaci
této závislosti.
-2-
Fyzikální praktikum I. – Úloha č.6 – Měření viskozity kapalin (verze 02/2012)
Tabulky vhodné ke zpracování výsledků:
C [%]
T [s]
1.
2.
T [s]
3.
4.
5.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tab. č. 1
C [%]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
T [s]
ν [m2.s-1]
E
Tab č. 2.
-3-
ρ [kg.m-3]
η [N.s.m-2]