• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

• Wydział BMiI

• Kierunek Mechanika i Budowa Maszyn

Rok akademicki 2011/2012

Semestr 4

• Ćwiczenia laboratoryjne z Mechaniki Płynów

Ćwiczenie nr 1

Temat: Pomiar lepkości cieczy wiskozymetrem Hopplera

Wykonali:

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z jedną z czterech metod pomiaru współczynnika lepkości za pomocą metody Stokesa, a także wpływem temperatury na jego wartość.

2. Teoria:

Lepkość jest przejawem oddziaływania cząsteczek w ruchu chaotycznym cząsteczek. Zjawisko to dotyczy wymiany pędu w tym ruchu, a zarazem dążeniem do stanu równowagi termodynamicznej. To dążenie polega na nieodwracalnym przenoszeniu pędu z obszarów gdzie występuje jego nadmiar, do miejsc gdzie istnieje względny niedobór. Zjawiskiem lepkości zajął się w 1687 roku Izaak Newton i określił je za pomocą prawa tarcia, które ma postać:

τ=ηγ

gdzie:

τ- naprężenia styczne wywołane przepływem

γ- prędkość ścinania

η -współczynnik dynamiczny lepkości

Prawo to mówi o tym, że naprężenia styczne wywołane przepływem są wprost proporcjonalne do prędkości ścinania, która jest pochodną dv/dr.

W tym ćwiczeniu zajmujemy się również wpływem na lepkość cieczy temperatury. Otóż wpływ temperatury na współczynnik lepkości w przypadku zwłaszcza cieczy jest dosyć duży, generalnie przyjmuje formę:

Prawo Stokesa

Prędkość opadania kulki w cieczy jest proporcjonalna do lepkości cieczy. Mierząc czas opadania kulki na ściśle odmierzonym docinku rury możemy obliczyć współczynnik lepkości dynamicznej:

η=K(ρk-ρc)tsr

gdzie:

η dynamiczny współczynnik lepkości[cP]

ρk gęstość materiału kulki [ g/cm]

ρc gęstość cieczy [g/cm ]

K stała kulki

t czas opadania kulki na danej długości

3. Schemat i opis stanowiska pomiarowego

W skład stanowiska wchodzi:

• wiskozymetr Hopplera,

• ultratermostat

• stoper

Schemat:

gdzie :

1. rurka szklana

2. płaszcz wodny

3. grzałka

4. i 5) gwintowane pokrywy

6) kulka

7) statyw

8) przegub pozwala na obrót o 180 stopni

9) trzpień służący do ustalenia położenia początkowego

10) śruby do wypoziomowania

Tabela wyników pomiaru

Lp.	ρk	K	T	t1	t2	t3	ρc
-			^K	s	s	s
1	2,398	0,008567	310,5	54,82	54,93	55,22	0,9932
2					314,5	51	50,63	51,09	0,9916
3					318,5	47,22	47,31	47,87	0,9900

Obliczenia:

Tabela obliczeń:

Badana ciecz: woda
Lp.	T	ηzm	ηl	δη	ρc	νzm	νl	δν	uwagi
-	^oC			%				%	-
1	37,5	0,662	0,692	4,34	0,9932	0,667	0,697	4,30
2	41,5	0,613	0,641	4,37	0,9916	0,618	0,646	4,33
3	45,5	0,573	0,597	4,02	0,9900	0,579	0,603	3,98

Wykresy:

Wnioski:

• wraz ze wzrostem temperatury czas spadku kulki od jednej bramki pomiarowej do drugiej malał,

• wraz ze wzrostem temperatury gęstość cieczy malała, a także malał współczynnik dynamiczny lepkości, a więc lepkość cieczy malała

• wraz z spadkiem wielkości współczynnika dynamicznego lepkości malała wartość współczynnika kinematycznego lepkości

• błąd pomiarowy waha się około 4 %, więc pomiar został dokonany w miarę dokładnie