2. Измерение плотности жидкости ареометром

Этот метод определения плотности основан на измерении объёма тела, которое плавает на поверхности жидкости. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра.

Ареометр 2 представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части. Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. На ареометр действуют две силы: сила тяжести G = mg (где:m – масса ареометра) и архимедова подъёмная сила R = ρgW (где: W = hπd²/4 – объём погруженной части ареометра; h – глубина погружения ареометра), которые равны по величине и противоположенно направлены G = R или:

mg = ρghπd²/4,

откуда

ρ = 4m/hπd².

В ходе работы выполнить следующие операции.

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле

ρ = 4m/hπd².

3. Сравнить опытное значение плотности ρ со справочным значением ρ^* (см. табл. 1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.3.

3. Определение вязкости вискозиметром Стокса

Этот метод определения вязкости основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы. При движении шара диаметром d и плотностью ρ_ш в вертикальной трубе диаметром D, которая заполнена исследуемой жидкостью с плотностью ρ, на него действуют три силы: сила тяжести G =, архимедова подъёмная сила R = и сила сопротивления, экспериментально установленная Стоксом, F = 3πνdρV, (где: ν – кинематический коэффициент вязкости; V - скорость шарика). При равномерном движении шара

G = R + F или = + 3πνdρV,

откуда

ν = gd²τ(ρ_ш/ρ – 1)/18l[1 + 2,4(d/D)],

где: τ – время прохождения шариком расстояния l.

Выражение в квадратных скобках (коэффициент стеснения) учитывает влияние стенок трубы и шарика на его скорость и коэффициент сопротивления.

В ходе выполнения работы выполнить следующие операции.

1. Повернуть устройство №1 в вертикальной плоскости на 180º и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния между двумя метками в приборе 3 . Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости ν = gd²τ(ρ_ш/ρ – 1)/18l[1 + 2,4(d/D)].

Где g – ускорение свободного падения; d,D - диаметры шарика и цилиндрической емкости; ρ, ρ_ш,- плотности жидкости и материала шарика.

3. Сравнить опытное значение коэффициента вязкости ν с табличным значением ν (см.табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.4.

4. Измерение вязкости капиллярным вискозиметром

Этот метод определения вязкости основан на наблюдении над расходом жидкости, проходящей через калиброванную капиллярную трубку. При ламинарном режиме течения жидкости в капилляре допустимо применять закон продольного внутреннего трения, установленный Ньютоном. Отсутствие влияния стенок на потери напора на трение, которое обусловлено прилипанием жидкости к стенкам капилляра, позволяет исследовать трение жидкости о жидкость, а не жидкости о стенку. Потери напора в этом случае прямо пропорциональны вязкости жидкости и определяются по формуле Пуазейля – Гагена:

h_тр = 32νlv_ср/gd².

Измеряя прошедшее через капиллярную трубку за время τ количество жидкости W и падение давления (p₁ – p₂) на участке длиной l, можно найти кинематическую вязкость жидкости ν по формуле:

ν = [πr⁴(p₁ – p₂)/8lWρ]τ или ν = Мτ,

где: М – постоянная прибора.

В ходе выполнения работы выполнить следующие операции.

1. Перевернуть устройство № 1 (см. рис. 1.1) в вертикальной плоскости и определить секундомером время τ истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S) из ёмкости вискозиметра 4 и температуру t по термометру 1.

2. Вычислить значение коэффициента кинематической вязкости ν = Мτ и сравнить его с табличным значением ν^* (см. табл. 1.1). Данные свести в таблицу 1.5.