Изучение температурной зависимости коэффициента внутреннего трения жидкости, страница 3

. (40)

Средняя скорость движения жидкости по капилляру с учетом (40) равна

. (41)

Найдем время t, за которое жидкость объемом V протечет через капилляр длиной . Жидкость из объема капилляра, равного pR², вытекает за время /<u>, жидкость объемом V - за время t. Составляя пропорцию, легко показать, что

, откуда следует расчетная формула для вязкости:

, (42)

где - постоянная для данного вискозиметра величина. Измерив время истечения жидкости известного объема через капилляр, по формуле (42) можно определить вязкость жидкости. Измерения производят при разных температурах в интервале от комнатной до ~ 100⁰С. Так как плотность жидкости, входящая формулу (42), зависит от температуры, необходимо учитывать это обстоятельство.

Порядок выполнения работы.

Одно из главных условий точного измерения вязкости - не допустить попадания воздуха в капилляр и объем V, отмеченный метками, при заполнении их жидкостью. Для обеспечения этого требования рекомендуется следующая последовательность операций.

1. Соединить насадку 1 с вискозиметром.

2. Открыть стеклянный кран 2, сжать резиновую грушу, приподнять стакан с исследуемой жидкостью, утопив в ней носик вискозиметра.

3. Отпустив грушу, засасывают жидкость из банки до тех пор, пока не наполнится внутренняя часть вискозиметра выше верхней метки приблизительно на 1 см.

4. Снять насадку 1 и опустить стакан с жидкостью. Жидкость при этом начнет вытекать из капилляра. Необходимо следить, чтобы она попадала обратно в стакан! Секундомер включают при пересечении поверхности жидкости с меткой М₁ и выключают его при прохождении нижней метки. Измеренные таким образом время t и температуру записывают в табл.5.

5. Повышая температуру нагревающей жидкости в термостате, произвести измерения времени t в вышеуказанной последовательности через 5⁰ от комнатной температуры до ~ 100⁰С.

Обработка результатов измерений.

По формуле (42) вычисляют и заносят в таблицу вязкость h при различных температурах. Значение константы вискозиметра и зависимость плотности жидкости от температуры представлена на стенде.

Полученные экспериментальные значения h(Т) обрабатывают по формуле (37) с целью нахождения коэффициентов h₀ и U. Для этого удобно формулу (37) представить в виде

. (43)

Это есть уравнение прямой в координатах lnh, (10³/T), угловой коэффициент которой равен U/10³k. Для нахождения h₀ и U поступают следующим образом. Наносят экспериментальные точки на график в координатах lnh, (10³/T). Проводят прямую линию таким образом, чтобы сумма среднеквадратичных отклонений экспериментальных точек от прямой была минимальной (приблизительно). Экстраполяцией этой прямой к значению 10³/Т=0 находят h₀. Энергия активации U определяется из углового коэффициента прямой (43):

, (44)

где h₁ и h₂ - любые значения вязкости на прямой,

Т₁ и Т₂ - соответствующие им значения температуры.

Таблица 5

t,⁰C	T, K	t, c	r, кг/м³	h, Па·с	lnh	10³/T,K^-1	h₀, Па·с	U, эВ

Контрольные вопросы:

1. Как связан коэффициент внутреннего трения с модулем градиента скорости?

2. Почему в вискозиметрах используется капиллярная трубка? Из каких соображений выбирается диаметр капилляра?

3. В чем заключаются отличия ламинарного течения жидкости от турбулентного?

4. Нарисуйте распределение скорости, когда пластинка на рис.9 находится ближе к одной из ограничивающих поверхностей?

5. В каких областях техники вязкость играет очень важную роль?

6. Опишите наиболее яркие свойства гипотетической не вязкой жидкости?

7. В чем заключается физическая причина вязкости жидкости?

8. Почему вязкость сложных жидкостей активационным образом зависит от температуры?

Литература:

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. - М. :Наука. 1985. -§ 75, 76, 78, 128.

2. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. - М. :

Высш. шк., 1982. - § 56.

3. Гегузин Я. Е. Пузыри. - М. :Наука. 1985.

4. Р.Рид, Дж.Праусниц, Т.Шервуд.

Свойства газов и жидкостей. - Л. :Химия. 1982.

5. Физика простых жидкостей/ Под ред. Г. Темперли и др. - М. : Мир. 1971.

1 2 3

Скачать файл