Экспериментальная установка. Методика эксперимента

Для измерений используется стеклянный цилиндрический сосуд, наполненный исследуемой жидкостью (глицерин). На стенках сосуда нанесены две метки на некотором расстоянии друг от друга. Верхняя метка должна располагаться ниже уровня жидкости с таким расчётом, чтобы скорость шарика к моменту прохождения этой метки успевала установиться. Измеряя расстояние между метками с помощью линейки, а время падения с помощью секундомера, определяют скорость шарика υ_уст. Посредством формулы (7) вычисляется вязкость. Радиусы шариков измеряются микрометром. Для каждого шарика рекомендуется измерить несколько различных диаметров и вычислить среднее значение. Такое усреднение целесообразно, поскольку в работе используются шарики, форма которых может отличаться от сферической. Плотности шариков и жидкости берутся из таблиц.

Результаты опыта имеет смысл обрабатывать лишь в том случае, если обтекание шарика жидкостью имеет ламинарный характер. Характер обтекания можно определить значением числа Рейнольдса:

. (10)

Обтекание является ламинарным лишь при не очень больших значениях Re (Re < 10).

Сосуд с исследуемой жидкостью помещён в термостат. Термостат представляет собой водяную ванну с нагревателями. Для перемешивания воды в термостат подается воздух. от компрессора. Компрессор должен быть включён во время работы термостата. Для контроля за температурой исследуемой жидкости и воды в термостате служит ртутный термометр.

Данную лабораторную работу формально можно разделить на две части.

В первой части предлагается определить коэффициент вязкости при постоянной температуре, используя 4-5 шариков одного диаметра.

Во второй части работы предлагается определить вид температурной зависимости коэффициента вязкости (убедиться в справедливости формулы (8)). Для этого, подогревая (охлаждая) воду в термостате в интервале 20-60 ^оС, следует выполнить измерения для 5-6 различных значений температуры. Для окаждого значения температуры рекомендуется проводить 1-2 измерения. По результатам измерений строится график зависимости ln(η₀/η ) от Если точки графика ложатся на одну прямую, то по её угловому коэффициенту, исходя из формулы (9), можно определить значение энергии активации для данной жидкости.

Измерения. Обработка результатов измерений

1. Отберите 4-5 шариков одного диаметра.

2. Для одной и той же температуры T₀ определите установившиеся скорости падения шариков и вычислите коэффициент вязкости. Оцените погрешность полученного результата.

3. Включите нагреватель в термостате. Для 5-6 значений температуры из интервала 20-60 ^оС произведите измерения, бросая по 1-2 шарика. Результаты измерений занесите в таблицу. Вычислите значения коэффициентов вязкости для различных температур.

4. Для каждого из опытов определите значение числа Рейнольдса Re (формула (10)) и оцените время релаксации τ (формула (6)).

5. Постройте графики зависимости коэффициента вязкости от температуры (t) и ln(η₀/η ) от . По угловому коэффициенту прямой определите энергию активации.