Определение динамической вязкости жидкостей (Раздел дисциплины "Молекулярная физика")

Лабораторная работа  № 6-М

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

Цель работы - ознакомление с методами измерения динамической вязкости жидкостей и экспериментальное определение значения вязкости трансформаторного масла методом Стокса.

Общие сведения. Вязкость (или внутреннее трение) - свойство текучих веществ оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Силы внутреннего трения пропорциональны площади поверхности S соприкасающихся слоёв и градиенту скорости (dv/dr) этих слоёв в направлении нормали к этой поверхности:

F = hS,                                                                  (1)

где h- коэффициент пропорциональности, называемый динамической вязкостью.

В данной лабораторной работе для измерения вязкости трансформаторного масла применяется метод Стокса.

Описание методики эксперимента. Вискозиметр Стокса представляет собой установленный строго вертикально стеклянный цилиндрический сосуд, заполненный исследуемой жидкостью. Вязкость жидкости определяется путём измерения скорости движения в ней небольших металлических шариков. При погружении шарика в жидкость на него действуют три силы - 1)направленная вертикально вниз сила тяжести F_т=(4/3)pr³rg (r - радиус шарика; r - его плотность; g - ускорение свободного падения), 2)направленная вертикально вверх сила Архимеда F_А=(4/3)pr³dg (d - плотность жидкости) и 3)направленная вертикально вверх сила трения F_тр=6phrv (v - скорость движения шарика). Если шарик движется равномерно, эти три силы уравновешены и, согласно второму закону Ньютона, их алгебраическая сумма равна нулю: (4/3)pr³rg - (4/3)pr³dg - 6phrv = 0. Из этого уравнения следует, что при установившемся (равномерном) движении динамическая вязкость жидкости равна:

h = gr².                                          (2)

Если учесть влияние стенок, дна и поверхности жидкости, то коэффициент вязкости рассчитывается по уточнённой формуле:

h = g r²,              (3)

где R - радиус сосуда, h - высота столба жидкости в сосуде.

Скорость движения шарика определяется путём измерения пути s и времени t движения шарика между метками на цилиндрическом сосуде: v = s/t.

Таким образом, рабочая формула принимает вид:

h = g r2.

Результаты измерений:

Для удобства рабочую формулу представим в виде:

h = h0,

где

h0 = g r2.

g = 9,8 м/с²;  r = 7,8^.10³кг/м³;  d = 0,96^.10³кг/м³;  s =       м;  R =       м;  h =       м.

r, м	t, с	h0, Па.с			h, Па.с	<h>, Па.с

Расчёт погрешности измерений:

Абсолютные приборные погрешности, допускаемые при прямых измерениях:             а)радиуса шарика - Dr =     мм;

б)времени - Dt =     с;

в)расстояния - Ds =      см;

Абсолютные погрешности справочных данных:

г)плотности шарика - Dr =      кг/м³;

д)плотности жидкости - Dd =      кг/м³;

е)ускорения свободного падения - Dg =       м/c².

Относительная погрешность, допускаемая при косвенных измерениях:

dh=  = =                    =      %.

Dh = h^.dh=            Па^.с.

h = (          ±         ) Па^.с.

Вывод: Освоен метод Стокса измерения динамической вязкости жидкости. Определено значение динамической вязкости трансформаторного масла:

h = (          ±         ) Па^.с.

Относительная погрешность измерений составляет        %.