Львівський національний університет імені Івана Франка

Кафедра фізики металів

КУРСОВА РОБОТА

на тему:

«Методи вимірювання в’язкості росплавів»

Студента III курсу групи ФзФ-31(2)

напряму підготовки

«Загальна Фізика»

Морда В.В.

Керівник Мудрий С.І.

професор

Національна шкала _______________

Кількість балів: __________

Оцінка ECTS _______

Члени комісії _____________________________

(підпис) (прізвище та ініціали)

_____________________________

(підпис) (прізвище та ініціали)

_____________________________

(підпис) (прізвище та ініціали)

м. Львів – 2014 р.

Зміст

Вступ……………………………………………………………………….

1. Методи вимірювання в’язкості ……………………………………..

1.1. Метод капілярного витікання

1.2. Вібраційні методи………………………………

1.3. Метод падаючої кульки ……………………………………………

1.4. Ротаційні методи …………………………………………….

1.5. Дослідження в'язкості рідин методом Пуазейля і Стокса

1.6.Метод осцилюючих коливань

2. Фізичні характеристики віскозиметрів

2.1.Вібраційні візкозиметри

2.2. Віскозиметр Гепплера

2.3. Віскозиметр Брукфільда

2.4. Капілярний віскозиметр

2.5. Ротаційний віскозиметр

3. Застосування візкозиметрів

Висновки………………………………………………………………...

Література……………………………………………………………….

Вступ

Структура і фізичні властивості рідин залежать від хімічної ін­дивідуальності частинок, з яких вона складається, а також від харак­теру сил міжмолекулярного зв'язку.

Д.І. Менделєєв в "Основах хімії" писав: „ Зв'язок, який існує між в'язкістю і іншими фізичними і хімічними властивостями, змушує вважати, що величина внутрішнього тертя займає важливу роль в молекулярній механіці". М.С. Курнаков і А.І. Бакинський вважали, що в'язкість є структурно-чутливою властивістю речовини в рідкому стані. Е. Стюартом було показано, що по мірі зме­ншення ступеня впорядкованості в розташуванні молекул в'язкість рідини зменшується. С.Д. Равиковичем встановлено збільшення в'яз­кості пропорційно розміру структурних одиниць. Співставляючи диф­ракційні картини органічних і неорганічних речовин в рідкому стані А.З. Голік, Д.М. Карліков, В.І. Данілов, І.В. Радченко, Я.Л. Дутчак та ін. помітили на їх подібність, а відповідно закономірність внутрішньої будови рідин і наявність лише ближнього порядку. Структура і фізич­ні властивості рідин залежать від хімічної індивідуальності частинок, з яких вона складається, а також від характеру сил міжмолекулярного зв'язку.

Основні методи вимірювання в'язкості поділяють на стаціонарні і нестаціонарні. До перших відносяться методи капілярного витікання, обертання циліндрів і падаючої кульки. До других належать різні мето­ди, які засновані на спостереженні крутильних коливань системи пов'язаної із досліджуваною рідиною.

1. Методи вимірювання в’язкості

В'язкість - властивість рідин чинити опір переміщенню одного шару відносно другого. Кількісно в'язкість характеризується значенням динамічної в'язкості або коефіцієнтом внутрішнього тертя. Характерною особливістю цього виду тертя є те, що воно спостерігається не на межі твердого тіла і рідини, а у всьому об'ємі рідини.

Кінематична в'язкість дорівнює відношенню динамічної в'язкості середовища до її щільності при тій же температурі.

При вимірах часто користуються також величиною відносної (умовної ) в'язкості, яка характеризується відношенням в'язкості даної рідини до в'язкості води при тій же температурі.

1.1. Метод капілярного витікання

Метод капілярної віскозиметрії спирається на закон Пуазейля про в'язкість рідини, що описує закономірності руху рідини в капілярі.

Наведемо рівняння гідродинаміки для стаціонарної течії рідини, з в'язкістю η через капіляр віскозиметра:

=> η= (1.1.1)

Q - кількість рідини, що протікає через капіляр капілярного віскозиметра в одиницю часу, м³/с;

R - радіус капіляра віскозиметра, м;

L - довжина капіляра капілярного віскозиметра, м;

η - в'язкість рідини, Па • с;

р - різниця тисків на кінцях капіляра віскозиметра, Па.

Відзначимо, що формула Пуазейля справедлива тільки для ламінарного потоку рідини, тобто при відсутності ковзання на межі рідина - стінка капіляра віскозиметра. Наведене рівняння використовують для визначення динамічної в'язкості.

Нижче (рис.2.1.1) розміщено схематичне зображення капілярного віскозиметра

рис.1.1.1. Капілярний віскозиметр

У капілярному віскозиметрі рідину з однієї посудини, під впливом різниці тисків р, переливають в іншу посудину. З малюнка видно, що посудини мають у багато разів більше поперечний переріз, ніж капіляр віскозиметра, і відповідно до цього швидкість руху рідини в обох судинах в N разів менша, ніж в капілярі віскозиметра. Таким чином не весь тиск піде на подолання вузького опору рідини, а очевидно, що частина його буде витрачатися на подолання рідиною певної кінетичної енергії. Отже, в рівняння Пуазейля необхідно ввести деяку поправку на кінетичну енергію, звану поправкою Хагенбаха :

η = – (1.1.2)

де h – коефіцієнт, який близький до одиниці,

d - щільність рідини.

Другу поправку умовно назвемо поправкою впливу початкової ділянки капіляра віскозиметра на характер руху досліджуваної рідини. Вона буде характеризувати можливе виникнення гвинтового руху і завихрення в місці сполучення капіляра з резервуаром капілярного віскозиметра (звідки витікає рідина). Суть поправки полягає в тому, що замість істинної довжини капіляра віскозиметра L ми вводимо гадану довжину L':

L´= L + nR (1.1.3)

n – визначається експериментально на основі змін при різних значеннях L і приблизно дорівнює одиниці.

Слід враховувати , що при вимірюванні в'язкості органічних рідин з великою кінематичною в'язкістю поправка Хагенбаха незначна і складає долі відсотка. Якщо ж говорити про високотемпературні віскозиметри, то внаслідок малої кінематичної в'язкості рідких металів поправка може досягати 15 %.

Метод капілярної віскозиметрії цілком можна віднести до високоточного методу віскозиметрії в силу того, що відносна похибка вимірювань складає долі відсотка, залежно від підбору матеріалів віскозиметра і точності відліку часу, а також інших параметрів, що у методі капілярного витікання.