Метод Оствальда.

Хотя метод Стокса дает возможность наиболее просто определить коэффициент вязкости жидкости, тем не менее, этот метод имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, измерение вязкости по Стоксу требует наличие довольно большого количества исследуемой жидкости, что абсолютно неприемлемо при медико-биологических исследованиях. Во-вторых, в методе Стокса определяется коэффициент динамической вязкости, в то время как основной величиной, определяющей характер движения жидкости по сосудам, является коэффициент кинематической вязкости ν. В – третьих, по методу Стокса трудно снять температурную зависимость коэффициента вязкости, так как невозможно добиться постоянства температуры в большом количестве исследуемой жидкости.

В связи с перечисленными недостатками, на практике применяется метод определения коэффициента вязкости с помощью капиллярного вискозиметра Оствальда.

В основе этого метода лежит формула Пуазейля, устанавливающая связь между объемом V жидкости, протекающей через капилляр радиуса R и длиной L за время t при перепаде давления Р. на концах капилляра:

Полученная Пуазейлем формула справедлива только для ламинарного течения. Поэтому для измерения жидкостей малой вязкости приходится брать капилляры малого радиуса, что, в свою очередь, приводит к трудностям, связанным с их измерением, В связи с этим на капиллярном вискозиметре чаще проводят не абсолютное измерение вязкости исследуемой жидкости, а ее сравнение с вязкостью некоторой эталонной жидкости, чаще всего с дистиллированной водой. Для эталонной жидкости справедливо выражение:

Где нулевые индексы относятся к эталонной жидкости. Если объемы исследуемой и эталонной жидкостей равны, то, приравнивая их, после преобразований, получим:

Если жидкость вытекает под действием силы тяжести:

И окончательно получим:

или

Где - кинематическая вязкость исследуемой жидкости, - кинематическая вязкость эталонной жидкости, т.е. капиллярным вискозиметром можно непосредственно измерять кинематическую вязкость

Приборы и принадлежности:

1) капиллярный вискозиметр,

2) дистиллированная вода,

3) спирт,

4) секундомер.

Капиллярный вискозиметр представляет собой U - образную стеклянную трубку. Одно колено трубки содержит расширение (С) и капилляр (АВ), другое колено представляет собой широкую трубку с резервуаром (М). Сверху и снизу расширения (С) нанесены метки (N) и (А), служащие для регистрации протекающего через капилляр объема V исследуемой жидкости. При снятии температурной зависимости коэффициента вязкости, вискозиметр помещается в стеклянный сосуд с водой, подключенный к термостату (на чертеже не показан). Температура в этом случае контролируется термометром (Т).

Рис.4 Капиллярный вискозиметр Оствальда

Порядок выполнения:

1. В широкое колено вискозиметра налить дистиллированную воду, чтобы она

полностью заполнила резервуар (М).

2. Резиновой грушей (F) перекачать воду из резервуара (М) в расширение (С), так

чтобы жидкость поднялась несколько выше отметки (N).

3. Отсоединить резиновую грушу от вискозиметра и наблюдать протекание жидкости

через капилляр. Как только уровень воды совместится с меткой (N) включить

секундомер, а когда опустится до метки (А) - выключить, тем самым, определив

время протекания объема воды через капилляр. Повторить опыт 5 раз. Данные

занести в табл.2

4. Вылить дистиллированную воду и залить в вискозиметр спирт. Провести

аналогичные измерения со спиртом 5 раз. Данные занести в табл.2

Таблица 2

№ опыта	t0 ,[c] время истечения воды	t0,[c] воды	(t0)2 воды	t, [c] время истечения спирта	t, [c] спирта	(t)2 спирта
1
2
3
4
5
Сумма		0			0
Средн. значение		---------	--------		--------	---------

Для оценки погрешности результатов измерений рекомендуется руководствоваться

Учебным методическим пособием «Математическая обработка результатов измерений»

(авт.В.С. Воеводский, Г.М. Стюрева), где подробно описано как:

а) найти выборочное стандартное отклонение

б) найти стандартную ошибку среднего

в) при заданной доверительной вероятности Р = 0,95 по таблице Стьюдента (n = 5) определить

коэффициент Стьюдента

г) определить полуширину доверительного интервала погрешности времен t истечения воды и

спирта

д) записать результат измерений времен истечения воды и спирта в стандартном виде.

5. По средним значениям рассчитать динамическую и кинематическую вязкость спирта.

₀ = (0,990 ± 0,005)^.10 ³,[ кг/м³];  = (0,780 ± 0,005)^.10 ³,[кг/м³ ]; ₀ = (1,002 ± 0.005)^.10 ^{- 3},[Па^. с]

6. Р ассчитать относительные погрешности по формулам:

6. Найти абсолютные погрешности   и  ν 

7. Окончательный результат представить в виде:

С указанием единиц измерения, доверительной вероятности, относительной погрешности

Контрольные вопросы

1. Какое движение жидкости называется ламинарным

2. Какие существуют методы определения коэффициентов вязкости

3. Как возникает трение в ламинарном потоке жидкости

4. Что называется коэффициентом вязкости

5. Почему метод определения вязкости по Стоксу не нашел применения в медицине

6. Какое значение имеет коэффициент вязкости биологических жидкостей в медицине.

7. Как зависит коэффициент вязкости от температуры.

Литература

1. Лекции по физике

2. Ремизов А.Н. Курс медицинской и биологической физики. М.,1987г.

3. Воеводский В.С., Стюрева Г.М. «Математическая обработка результатов измерений».

Учебное пособие для студентов. М,2009г.