Лабораторна робота №21

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ДИНАМІЧНОЇ В’ЯЗКОСТІ РІДИНИ КАПІЛЯРНИМ ВІСКОЗИМЕТРОМ

Мета роботи: визначити коефіцієнт динамічної в’язкості

рідини.

Обладнання:віскозиметр, насос з колбою, секундомір, термометр.

 

Теоретичні відомості

При взаємному переміщенні шарів рідини або газу виникають сили внутрішнього тертя. Ці сили залежать від величини поверхні дотику шарів і від того, як швидко змінюється швидкість руху при переході від одного шару рідини до другого. Зміна швидкості в напрямі, перпендикулярному до напряму переміщення, віднесена до віддалі між рухомими шарами , носить назву градієнта швидкості:

.

Сила внутрішнього тертя, за законом Ньютона, пропорційна градієнту швидкості і площі дотику шарів:

 

, (21.1)

де − постійна для кожної рідини або газу, яка носить назву коефіцієнта динамічної в’язкості. Коефіцієнт внутрішнього тертя (в’язкості) чисельно рівний силі внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі дотику шарів рідини при градієнті швидкості рівному одиниці.

Вимірюється коефіцієнт динамічної в’язкості в Па·с.

Кінематичною в’язкістю називається відношення динамічної в’язкості до густини рідини або газу:

. (21.2)

У даній роботі коефіцієнт динамічної в’язкості визначається дослідним шляхом на основі формули Пуазейля, яка дає можливість визначити об’єм рідини, що протікає крізь капіляр:

, (21.3)

де − радіус капіляра; − довжина капіляра; − різниця тисків на кінцях капіляра; − час протікання об’єму рідини або газу через капіляр; − коефіцієнт динамічної в’язкості.

Якщо рідина витікає з капіляра тільки під дією власної ваги, то різниця тисків рівна гідростатичному тиску

, (21.4)

 

де − густина рідини; − висота рідини у віскозиметрі. У віскозиметрі рідина протікає через капіляр під дією власної ваги, тому формула Пуазейля для капілярного віскозиметра запишеться так:

. (21.5)

 

Якщо через віскозиметр пропустити один раз воду, для якої коефіцієнт динамічної в’язкості відомий, а другий раз досліджувану рідину такого ж об’єму, то для обох випадків матимемо такі вирази:

; (21.6)

. (21.7)

 

Розділивши почленно рівняння (21.6) на рівняння (21.7), отримаємо:

. (21.8)

 

Звідси одержимо робочу формулу для визначення коефіцієнта динамічної в’язкості для досліджуваної рідини:

, (22.9)

 

де − коефіцієнт динамічної в’язкості води при температурі досліду; − густина води; − густина досліджуваної рідини; − час протікання води і досліджуваної рідини.

У даній роботі коефіцієнт динамічної в’язкості рідини вимірюється за допомогою капілярного віскозиметра, який зображено на рис. 21.2. Віскозиметр це U подібна скляна трубка, широке коліно якої знизу закінчується розширенням 4. Друге коліно − це капіляр 7, який зверху має два розширення 5 і 6. Мітки О і О¢ обмежують певний об’єм рідини в розширенні 6, час витікання якого вимірюється в досліді. Заповнення розширення 6 рідиною здійснюється за допомогою насоса 1, з’єднаного через посудину 2 з віскозиметром. Посудина 2 запобігає попаданню в насос рідини і забезпечує плавне підвищення тиску в системі.