Kwiecień Marcin

Bejm Aleksandra

LEPKOŚĆ

Metody pomiarowe.

Pomiar lepkości cieczy metodą przepływu.

Metoda ta opiera się na pomiarze czasu przepływu określonej objętości cieczy przez wzorcową rurkę kapilarną pod działaniem znanej różnicy ciśnień. Prawo opisujące przepływ cieczy przez rurki kapilarne odkrył Poiseuille. Można je wyrazić równaniem :

w którym V oznacza objętość cieczy wypływającej w ciągu czasu t z kapilary o długości l i promieniu r, pod wpływem różnicy ciśnień Δp. Równanie powyższe sprawdza się tylko wówczas, gdy szybkość przepływu jest tak mała, że nie powstają wiry, oraz gdy ciecz wypływa z kapilary bezpośrednio do tej samej cieczy. W przypadku gdy ciecz wypływa tylko pod działaniem własnego ciężaru, istnieje zależność :

gdzie : h₁ - h₂ jest różnicą poziomów, d - gęstością cieczy, g - przyspieszeniem ziemskim. Bezpośrednie wykorzystanie wzoru Poisseuilla dla pomiaru lepkości jest możliwe, lecz niewygodne. Trzeba bowiem wyznaczyć doświadczalnie parametry r, l, t oraz będące funkcjami czasu V i Δp. Każdy z tych pomiarów jest obarczony błędem, które sumują się w ostatecznym wyniku.

Można tego uniknąć, mierząc kolejno czas przepływu równych objętości dwu różnych cieczy pod działaniem własnego ciężaru przez tę samą rurkę kapilarną; otrzymujemy wówczas z prawa Poiseuille'a zależność :

w której η₁ i η₂ są lepkościami bezwzględnymi, d₁ i d₂ - gęstościami badanych cieczy, a t₁ i t₂ oznaczają czasy przepływów. Znając lepkość jednej cieczy możemy obliczyć lepkość drugiej. Jeżeli pewną ciecz o znanej lepkości przyjmiemy za wzorzec, to stosunek lepkości bezwzględnej cieczy badanej do wzorcowej nazwiemy lepkością względną :

W równaniu tym η₀, d₀ i t₀ odpowiadają cieczy wzorcowej. Zwykle cieczą wzorcową jest woda i w tych przypadkach wystarczy zmierzoną lepkość względną pomnożyć przez bezwzględną lepkość wody, aby otrzymać bezwzględną lepkość badanej cieczy

Wyniki pomiarów i obliczenia.

Temperatura [stopnie celcjusza]	Woda			.....30..% rozwór gliceryny
		Nr po-mia-ru	Czas pojedynczego pomiaru, [s]	Czas średni pomiaru [s]	Nr po-mia-ru	Czas pojedynczego pomiaru, [s]	Czas średni pomiaru [s]
	Temp 1 .......20............	1	1:01:020	1:01:074	1	1:55:887	1:55:823
		2	1:01:116			2		1:55:681
		3	1:01:088			3		1:55:902
	Temp 2 ........30...........	1	0:54:556		0:54:265	1		1:35:870	1:35:803
		2	0:54:970			2		1:35:621
		3	0:54:271			3		1:35:920
	Temp 3 .......40............	1	0:48:235		0:48:509	1		1:20:612	1:20:517
		2	0:48:782			2		1:20:521
		3	0:48:511			3		1:20:420
	Temp 4 ........50...........	1	0:44:026		0:44:227	1		1:07:144	1:07:133
		2	0:44:520			2		1:07:121
		3	0:44:163			3		1:07:135
	Temp 5 .........60..........	1	0:41:169		0:41:163	1		0:58:283	0:58:342
		2	0:41:036			2		0:58:341
		3	0:41:285			3		0:58:042
	Temp 6 .......70............	1	0:38:889		0:38:240	1		0:51:476	0:51:489
		2	0:37:990			2		0:51:320
		3	0:37:842			3		0:51:673
	Temp 7 .........80..........	1	0:36:050		0:36:233	1		0:47:589	0:47:503
		2	0:36:230			2		0:47:409
		3	0:36:390			3		0:47:512

1) Pomiar gęstości za pomocą piknometru

m₁ - masa pustego piknometru m₂ - masa piknometru z badaną cieczą

m₃ - masa piknometru z wodą destylowaną, to gęstość badanej cieczy d wynosi:

.

m1=23,53 g

m2=86,02 g

m3=81,26 g

d=1,0824 g*cm^-3

^{2)Obliczenie pomiaru lepkości względnej i bezwzględnej:}

_wzgl. = _x  ₀

TEMP. 20

 _  , s/m²] _{ } 1,005  _{wzg =} 1,879

P. 30

= 1,5327 _{ } 0,800  _{wzg =} 1,915

TEMP. 40

= 1,1806 _{ } 0,656  _{wzg =} 1,800

TEMP. 50

= 0,9042 _{ } 0,549  _{wzg =} 1,646

TEMP. 60

= 0,7204 _{ } 0,469  _{wzg =} 1,537

TEMP. 70

= 0,5929 _{ } 0,406  _{wzg =} 1,460

TEMP. 80

= _ 0,5046 _{ } 0,355  _{wzg =} 1,422

3. Wyznaczenie wartości współczynnika A oraz energii aktywacji E.

- dla gliceryny:

= 18891 [ J/mol ]

= 0,24

- dla wody

E = 3790,2 [J/mol]

A= 0,39

Wnioski:

Jak widać z przeprowadzonych pomiarów lepkość wodnego roztworu gliceryny jest dużo większa niż lepkość wody. Również należy zauważyć, że mierzona lepkość zarówno dla wody jak i dla wodnego roztworu gliceryny maleje wraz ze wzrostem temperatury (co przedstawiają wykresy).

Ze wzoru Arrheniusa i Guzmana widać, że cząstki gliceryny w tej samej temperaturze mają większą energię aktywacji
od cząsteczek wody. Energia spada wraz ze spadkiem temperatury, ponieważ spada również lepkość.

---