Установка для определения коэффициента вязкости жидкости методом Стокса

Переходя от векторной записи к алгебраической (проектируя уравнение (11) на ось ох) и учитывая направление действия сил, получим:

F_c+F_A - Р= - ma. (11a)

Так как сила трения зависит от скорости (8), то устанавливается равномерное движение шарика (a=0) и уравнение (11а) принимает следующий вид:

F_c+F_A - Р=0илиР = F_c+F_A . (11б)

Подставляя значения этих сил из формул (8-10) в уравнение (11б), получим:

.

Из последнего уравнения получим:

(12)

Эта формула справедлива для шариков небольшого размера, т.к. в противном случае, при движении шарика в жидкости возникают завихрения, и течение жидкости становится турбулентным.

Таким образом, зная скорость установившегося движения , плотности шарика и жидкостии, а также радиус шарикаr, можно по формуле (12) вычислить значение коэффициента вязкости исследуемой жидкости. Прибор для измерения состоит, например, из стеклянного цилиндрического сосуда (рис.4), наполненного исследуемой жидкостью, плотность которойизвестна. На стенке сосуда имеются две горизонтальные метки1и2, расположенные друг от друга на расстоянииl. Диаметр2rшарика измеряют обычно с помощью микрометра или штангенциркуля. Шарик опускают в жидкость по оси цилиндра, причем глаз наблюдателя должен быть при этом установлен против метки так, чтобы вся она сливалась в одну прямую. При прохождении шариком первой метки включают секундомер, при прохождении второй - останавливают. Считая, что к моменту прохождения верхней метки скорость установилась постоянной, получим , гдеt- время прохождения шарика расстоянияlмежду метками1и2. По формуле (12) вычисляется коэффициент вязкостиηисследуемой жидкости.

По вышеописанному методу можно также определить размеры (радиус r) коллоидной частицы по скорости ее оседания в монодисперсной системе.

Из формулы (12) следует, что

. (13)

Этот метод играет важную роль в медицине, он дает возможность определить размеры кровяных шариков и других малых частиц по скорости их оседания. А определение скорости оседания эритроцитов (СОЭ) (иногда ее называют реакцией оседания эритроцитов – РОЭ), изменяющейся при воспалительных процессах, является одним из методов диагностики.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Определение коэффициента вязкости жидкости капиллярным вискозиметром

1. Опустите на 5-7 мм нижний конец капилляра вискозиметра в сосуд с дистиллированной водой (для исключения влияния сил поверхностного натяжения).

2. Резиновой грушей через соединительный шланг, расположенный сверху капиллярного вискозиметра, засасывая из капилляра воздух, заполните резервуар вискозиметра дистиллированной водой выше верхней метки В (рис.2).

3. Измерьте время истечения t₁воды из резервуара между меткамиА иВ. Повторите аналогично измерения 5 раз. Результаты измерения занесите в таблицу 1.

Таблица 1

№ n/n	t1i , с	(– t1i)2, с2	t2i, с	(– t2i)2, с2
1
2
3
4
5
Сумма
Среднее		-		-

4. Аналогично 5 раз измерьте время истечения исследуемой жидкости t₂.

6. Промойте 2-3 раза вискозиметр спиртом для промывкивискозиметров.

7. Рассчитайте среднее значение коэффициента вязкости исследуемой жидкости по формуле:

, где: ₁=1000 кг/м³,₂=950 кг/м³- плотность воды и исследуемой жидкости;- средние значения времени истечения дистиллированной воды и исследуемой жидкости.

Значение коэффициента вязкости дистиллированной воды возьмите из таблицы 2 (1мПас = 0,001 Пас).

Таблица 2