2.3. Капілярний метод дослідження в’язкості.

Прилади для вимірювання в’язкості рідин називаються віскозиметрами (від лат. viscosus – в’язкий та грец. metréõ – вимірюю). Найбільш розповсюдженими є капілярні, ротаційні, з рухомою кулькою та ультразвукові віскозиметри. Розглянемо один із них.

Віскозиметр Оствальда – Пінкевича являє собою -подібну скляну трубку (рис. 5). Одне коліно її має кулясте розширення 1, обмежене двома позначками для відліку об’єму досліджуваної рідини, і впаяний капіляр 2. Друге коліно з розширенням 3 призначене для зливання рідини, що протікає через капіляр. Спочатку в це коліно вливають вимірною піпеткою певний об’єм рідини (однаковий у дослідах з різними рідинами), а звідси за допомогою гумової груші 4 рідину засмоктують з розширення 1. Далі вимірюють час витікання цієї рідини через капіляр.

(рис. 5).

Оскільки рідина витікає внаслідок різниці рівнів у колінах віскозиметра (ця різниця є однаковою в дослідах з різними рідинами),то замість відношення тисків (p=ρgh), під якими витікають рідини, можна взяти відношення їхньої густини :

= =(28).

Тоді формула для визначення коефіцієнта в’язкості рідин відносним методом за допомогою віскозиметра Оствальда – Пінкевича буде:

, або (29),

тобто:

(30),

де та – коефіцієнти кінематичної в’язкості досліджуваної та відомої рідини, відповідно. Отже, капілярним віскозиметром Оствальда–Пінкевича безпосередньо вимірюють кінематичну в’язкість рідини. Щоб забезпечити сталу температуру в дослідах, віскозиметр вміщують у термостат або велику посудину з водою заданої температури, яка підтримується сталою на протязі всього досліду. Густину досліджуваної рідини визначають пікнометром .

2.4. Визначення густини пікнометричним способом.

Пікнометричний метод волюмометричного аналізу базується на визначенні об’єму рідини, яка витісняється із спеціальної посудини (пікнометра) при зануренні в нього зразка досліджуваного матеріалу. Пікнометричний метод є одним з точних методів (0,1 \%) визначення густини тіла, оснований на зважуванні та одному з основних законів гідростатики – законі Архімеда.

Пікнометр є скляною невеликою посудиною (своєрідною мірною колбою) певної ємності (для твердих тіл – 10; 25 і 50 см3; для рідин – 1; 2; 3; 5; 10; 50 і 100 см3) кулястої або циліндричної форми.

На рис. 6 показані найбільш розповсюджені типи пікнометрів. В пікнометрі першого типу (рис. 6, а) з глухою притертою кришкою рідина наливається піпеткою до мітки на шийці пікнометра. Через те, що при послідовному наповненні пікнометра об’єми досліджуваної рідини та рідини з відомою густиною (наприклад, дистильованою водою) є однаковими, а вагу рідин можна визначати з високою точністю на аналітичних терезах, то шукану густину також можна визначити досить точно. Другий вид пікнометра (рис. 6, б) має притерту пробку з капілярним отвором. Якщо пікнометр, який наповнено до країв рідиною, закрити пробкою, то надлишок рідини витісняється через капіляр. В результаті пікнометр буде наповнено до верхнього краю капіляра.

а б (рис. 6)

Перед початком вимірювань необхідно з рідини видалити розчинене в ній повітря. Для цього рідину в стакані поміщають у спеціальну посудину, з якої відкачують повітря. Через деякий час з рідини починають виділятися бульбашки і вона звільняється від повітря. Після цього рідину дуже швидко переливають у пікнометр. При точних визначеннях густини температура рідини повинна залишатися строго постійною, чого можна досягти термостатуванням.

1. Щоб визначити густину твердого тіла пікнометричним методом, виконують три зважування:

• досліджуваного тіла в повітрі;

• пікнометра, наповненого дистильованою водою (або іншою допоміжною рідиною відомої густини), в повітрі;

• пікнометра, наповненого рідиною із зануреним у ньому твердим тілом, у повітрі.

Умови рівноваги терезів при цих зважуваннях з урахуванням дії сили Архімеда будуть такими:

(31)

де V– об’єм досліджуваного тіла; – місткість пікнометра до мітки;– об’єм скла пікнометра;m – маса пустого пікнометра; M – маса гир, які зрівноважують тіло в повітрі; – маси гир, що зрівноважують пікнометр з водою;– маси гир, що зрівноважують пікнометр з водою та зануреним у неї твердим тілом;– густина досліджуваного тіла;– густина повітря;– густина дистильованої води;– густина матеріалу, з якого виготовлено гирі.

Умова рівноваги для зважування порожнього пікнометра є такою:

m-) (32),

де – маса гир, які зрівноважують пустий пікнометр у повітрі.

Після деяких математичних перетворень формул (31) та (32) (надаємо можливість зробити це самостійно), дістанемо формулу для розрахунку густини твердого тіла при пікнометричному методі волюмометричного аналізу:

(33).

2. Щоб визначити густину рідини пікнометричним методом також виконують три зважування:

1) порожнього пікнометра;

2) пікнометра, заповненого дистильованою водою до заданого рівня;

3) пікнометра, заповненого досліджуваною рідиною до того самого рівня.

Якщо позначити через масу гир, що зрівноважують пікнометр з досліджуваною рідиною, а черезта– густини скла і досліджуваної рідини, відповідно, а інші позначення залишити такими самими, як і при дослідженні густини твердого тіла , умови рівноваги терезів з урахуванням дії сили Архімеда при цих зважуваннях відповідно до кроків зважування будуть такими:

Розв’язуючи спільно рівняння (31), (32) та (34), можна отримати формулу для обчислення густини рідини при пікнометричному методі: