1.5. Приборы для измерения плотности и вязкости
Плотность жидкости в лабораторных условиях обычно определяют пикно-
метрами или ареометрами.
Пикнометр ― колбочка фиксированного объема, которая взвешивается на
аналитических весах дважды: пустая и заполненная исследуемой жидкостью.
Разность их масс позволяет вычислить массу жидкости, а ее отношение к объему
пикнометра показывает искомую плотность.
Ареометр (рис. 1.3, а) состоит из двух спаянных между собой пустотелых
стеклянных цилиндров. В нижней части большого цилиндра 1 закреплен груз и
помещен термометр. Шкала верхнего цилиндра 2 градуирована в единицах плот-
ности. По закону Архимеда, ареометр погружается в исследуемую жидкость до тех
пор, пока вес жидкости в объеме погруженной части ареометра не станет равным
его
собственному весу. Плотность определяется
по шкале в месте соприкосновения
с нею мениска жидкости.
Рис.1.3.
Вязкость жидкости определяют вискозиметрами.
Он представляет собой стеклянную U – образную трубку, в колене 3
которой находится калиброванный капилляр 8. Над ним имеются расширения 4 и 6.
В нижнее расширение 1 колена 2 вводится небольшой объем исследуемой жидкости.
При создании избыточного давления в левом колене или вакуума в правом жид-
кость затягивается через капиллярную трубку выше риски 5, после чего оба колена
вискозиметра сообщаются с атмосферой. Измерив время опускания мениска жидкости t
от риски 5 до риски 7, определяют кинематическую вязкость жидкости при данной температуре νt по формуле νt = k · t, где k – постоянная вискозиметра, зависящая от диаметра капилляра и определяемая в заводских условиях по жидкости с известной вязкостью.
Рис. 1.4.
Вискозиметр Стокса достаточно прост, содержит цилиндрическую емкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик. Прибор позволяет определить
вязкость жидкости по времени падения шарика в ней следующим образом.
1. Повернуть термометр в вертикальной плоскости на 180º и зафиксировать
секундомером время t прохождения шариком расстояния L между двумя метками
в приборе в вискозиметре Стокса. Шарик должен падать по оси емкости без сопри-
косновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеариф-
метическое значение времени t.
2. Вычислить опытное значение динамического коэффициента вязкости жидкости
ν = gd² ∙ t (ρш – ρ) / [18L + 43,2L (d / D)], (1.13)
где g – ускорение свободного падения; d, D – диаметры шарика и цилиндрической емкости; ρ, ρш – плотности жидкости и материала шарика.
Пример решения задач
Пример 1.1. Условная вязкость нефтепродукта плотностью 800 кг/м³
ВУ = 6 ºВУ. Определить динамическую вязкость.
Дано:
Решение:
ρ = 800 кг/м³
ºВУ = 6 ºВУ Определим сначала кинематическую вязкость по формуле
Убеллоде.
Найти: 0, 0731 ∙ - (0, 0631/ ºВУ); ν = 0, 449
Тогда динамическая вязкость: μ = νρ;
η - ? = 0, 43 ∙ 10-4 ∙ 800 = 0, 0344 (Па ∙ с).
Контрольные вопросы:
1. Какое физическое тело называется жидкостью?
2. Что такое “идеальная” и “реальная” жидкость?
3. Что называется плотностью, как она определяется и какова ее единица
измерения?
4. Чем характеризуется сжимаемость, упругость и температурное расширение?
5. Что называется вязкостью, каковы ее единицы измерения?
6. Каковы связи между динамической, кинематической и условной вязкостью?
7. Какими приборами измеряют плотность и вязкость?