Порядок виконання роботи

Роботу виконують за допомогою приладу –основою для якого є торзійна вага.

При виконанні вимірювань необхідно дотримуватись наступного:

1) площина кільця і поверхня рідини повинні бути чітко паралельні і горизонтальні

2) кільце повинно повільно рухатись, підіймаючись угору.

Перед замірами перевіряють горизонтальне розташування ваги за допомогою рівня. Кільце, яке виготовлене з гартованої сталі або платини промивають у хромовій суміші і дистильованій воді, висушують фільтрувальним папером, і підвішують на гачок орсійної ваги. Досліджувану рідину наливають в чашку 8 шаром товщиною 5-7 мм, яку встановлюють на рухомий столик 9, при цьому кільце 7 не повинно торкатись рідини, тому столик опускають донизу до упору за допомогою гвинта 1. Звільнивши аретир 10 ваги шляхом його повороту обертають барабан 2 і встановлюють ліву нерухому стрілку 3 на нульову поділку шкали. За допомогою гвинта 1 столик з чашкою підіймають вверх щоб кільце торкнулося поверхні рідини.

Рис.2 Схема приладу для визначення поверхневого натягу методом відриву кільця: 1 – гвинт підйому (опускання) столика; 2, 5 – барабани;

4 – шкала; 6 – гачок; 7 – кільце; 8 – чашка з досліджуваною рідиною; 9 – рухомий столик; 10 – аретир

Потім обертанням цього ж гвинта рухомий столик опускають вниз доти, поки права рухома стрілка ваги 4 не досягне червоної лінії на правій шкалі, що відповідає встановленню пристрою в робоче положення.

Обертають лівий барабан 2 проти годинникової стрілки і реєструють положення стрілки 3 в момент відриву кільця від поверхні рідини.

Результати вимірів і розрахунків потрібно записати в таблицю:

Таблиця 1

№ п/п	Назва речовини	Концентрація,%	Зусилля відриву кільця, кг	Зусилля відриву кільця сер., кг	Поверхне вий натяг , Н/м

Поверхневий натяг визначають за формулою:

_p-г = F / 4  R f

За одержаними даними будують графік залежності _p-г= f(с), с – концентрація диоксану (%).

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

В’язкість рідин

Мета роботи: Визначити в’язкість рідин трьома методами, одержані результати порівняти між собою.

Прилади і матеріали: віскозиметри (ВЗ - 246, з падаючою кулькою, розтискування краплини), секундомір, електрична вага, різноважки, розчинники, досліджувані рідини (вказує викладач).

Теоретичні відомості

В’язкість це властивість фізичних тіл, зокрема органічних рідин і полімерів, чинити опір зсуву однієї їх частини відносно іншої. В’язкість про­порційна величині опору внутрішнього тертя при взаємному переміщенні різних частин (шарів) рідин. Схематично процес зсуву шарів рідини під дією зовнішньої сили можна зобразити наступним чином:

Кількісною характеристикою в’язкості є коефіцієнт динамічної в’язкості (h), який згідно закону Ньютона можна визначити з рівняння

h = t/g

Розмірність коефіцієнту динамічної в’язкості (або просто в’язкості) у сис­темах СІ і СГС:

СІ: 1 н с м^-2 = Па с; 1 мПа с = 0,001 Па с; СГС: 1 дин с см^-2 = 1 пуаз (П); 1 сП = 0,01 П;

Па — паскаль; мПа — міліпаскаль; П — пуаз; сП — сантипуаз;

1 Па с = 0,1 П (пуаз); 1 мПа с = 1 сП;

Величину, обернену до в’язкості (1/h) називають текучістю. Кінетичну в’язкість (h) визначають за рівнянням

n = h/d

Розмірність цього параметру в СІ : 1 м² с^-1;

в СГС 1 см² с^-1 = 1 Ст (стокс); 1 м² с^-1 = 10⁴ Ст = 10⁶ с Ст (сантистокс).

Важливою умовою точного визначення в’язкості є ламінарний характер течії рідини при зсуві. За такої умови розхід рідини, що протікає, пропорційний зовнішньому тиску, а при турбулентній течії — кореню квадратному від нього. Критерієм, що визначає характер течії є число Рейнольдса (Re)

Re = wRd/h = wR/n,

w — швидкість потоку рідини; R — радіус потоку; d — питома маса рідини;

Критеріальною умовою ламінарного характеру течії є Re < 2000. В’язкість рідких низькомолекулярних сполук дуже залежить від температури і зовнішнього тиску. При збільшенні температури в’язкість низькомолекулярних рідин дуже зменшується (на відміну від в’язкості газів і полімерів). Залежність логарифму в’язкості неполярних сполук від зворотної температури має лінійний характер і може бути записана рівнянням

_{h =} А Ч е ^В/Т,

А і В — константи для даної рідини.

В’язкість низькомолекулярних рідин і полімерних розчинів збільшується пропорційно гідростатичному тиску. Встановлено, що вплив тиску на в’язкість зростає при ускладненні будови молекул. Наприклад, в’язкість води зростає в 1,2 рази при збільшенні тиску в 1000 разів. За таких умов в’язкість гліцерину збільшується у 1200 разів. Зміна величини градієнта швидкості зсуву по різному впливає на коефіцієнт динамічної в’язкості. Рідини в’язкість яких не залежить від градієнта швидкості зсуву (або напруження зсуву) називаються ньютонівськими. Для неньютонівських рідин їх в’язкість залежить від градієнта швидкості зсуву або напруження зсуву (див. рис. 4.5).

Для визначення в’язкості неньютонівських рідин можна скористатися емпіричною залежністю, яку запропонували Діллон і Спенсер

h = h_о exp(- t/b),

де h_о — в’язкість при нульовій швидкості зсуву; b — емпірична стала.

В’язкість органічних рідин і полімерів визначають експериментально або роз­ра­ховують за адитивними схемами, що дають наближені але часто прийнятні результати. В’язкість рідин визначають вимірюючи час їх витікання через капіляр (отвір) або швидкість вільного падіння кульки (звичайно сталевої) в рідині.

Коефіцієнт динамічної в’язкості дуже в’язких рідин і полімерів визначають іншими методами, зокрема:

— капілярна віскозиметрія під тиском — для в’язкостей 10⁰—10⁸ П;

— ротаційна віскозиметрія:

а) між двома пластинами — для в’язкостей 10⁴—10⁹ П;

б) між двома циліндрами — для в’язкостей 10⁰—10¹² П;

в) між конусом і пластиною — для в’язкостей 10³—10¹² П;

Витікання рідини через капіляр описується рівнянням Пуазейля:

за умови n = h/d­_p одержимо n = А t — B/t,

де A i B — сталі віскозиметра; h — в’язкість (Па с); d_p — питома маса (кг/м³); h — висота стовпчика рідини над капіляром (м); g — прискорення вільного па­діння 9,81 м/сек²; R — радіус капіляра (м); V — об’єм вимірювальної кульки віс­козиметра (м³); m — константа приладу (1.12); t — час витікання рідини (сек.).

Наближено рівняння Пуазейля можна записати

h = К d_p t або n = K t, де К — стала віскозиметра.

Таким чином, в’язкість рідини визначають за часом її витікання після попередньої калібровки (визначення сталої К) віскозиметра.. Для промислових віскозиметрів (ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-3 та інші) константа приладу вказана у паспорті на віскозиметр.

Абсолютні значення динамічного коефіцієнта в’язкості невідомої рідини можна визначити, користуючись каліброваним віскозиметром і еталонною рідиною з відомою в’язкістю. Формула для розрахунку вязкості у цьому випадку має вигляд:

де d_р i d_ет — питома маса рідини і еталону;

t_р i t_ет — час витікання рідини і еталону.

Віскозиметри з падаючою кулькою використовують для визначення відносної в’язкості рідин, в’язких сумішей та розчинів полімерів. Якщо визначити швидкість падіння кульки у двох рідинах, одна з яких має відоме значення абсолютної в’язкості, то є можливість вирахувати в’язкість досліджуваної рідини за формулою:

де w_р і w_ет — швидкості падіння кульки в досліджуваній і еталонній рідинах;

d_k, d_p i d_ет — питомі маси кульки, досліджуваної та еталонної рідин відповідно;

h_р і h_ет коефіцієнти динамічної в’язкості досліджуваної та еталонної рідин відповідно.