Определение вязкости жидкости вискозиметром оствальда
1. Цель. Определить вязкость воды при температурах 303 К, 313 К, 323 К, 333 К, 343 К, 353 К, 363 К.
2. Схематический рисунок установки.
Рис.1. Схема экспериментальной
2 – рабочее расширение,
3 – вспомогательное расширение,
A, b – насечки, относительно
которых следует проводить
(1),
Где – вязкость воды, 1 – вязкость воды при комнатной температуре, — плотность воды, 1 — плотность воды при комнатной температуре, T – время протекания воды между границами a и b, T1 – время протекания воды между границами a и b при комнатной температуре.
4. Основные результаты измерений.
Результаты измерений и расчётов для определения вязкости воды
График зависимости вязкости воды ·103,кг/м·с от температуры
Применяя формулу (1), мы рассчитываем вязкость воды для каждого из десяти случаев:
6. Вывод. В результате опыта при помощи вискозиметра Оствальда удалось определить вязкость воды при различных температурах (от 303К до 348К), а также построить график зависимости вязкости от температуры. Полученные результаты близки к табличным.
Источник
Определения вязкости жидкости вискозиметром Оствальда.
В данной работе вязкость жидкостей определяется капиллярным методом с помощью вискозиметра Оствальда, схематично представленного на рис. 3. В одном из колен этого вискозиметра имеется небольшая полая сфера, объемом V , которая капилляром соединяется с резервуаром, расположенным в другом плече. Эта система заполняется жидкостью так, чтобы нижний резервуар был заполнен полностью и превышение уровня жидкости над его верхней границей составляло 1-2 мм. Вначале вискозиметр заполняют дистиллированной водой, которая в данной работе является эталонной жидкостью, вязкость которой точно известна.
Затем медленно закачивают воду с помощью груши (или шприца) в левое плечо вискозиметра, заполняя полую сферу объемом V. Поскольку при этом уровень воды в левом плече вискозиметра выше, чем в правом, то после освобождения груши жидкость под действие собственного весового давления ΔР=r0gh начнет перетекать через капилляр из левого плеча вискозиметра в правое до выравнивания уровней. С помощью секундомера определяют время tо, за которое вода вытекает из верхней полости объемом V. Согласно формуле Пуазейля (4) этот объем равен:
V = 
t0 . (5)
Здесь ρ0 — плотность воды, а h0 — вязкость воды при данной температуре. Определив несколько раз время истечения воды t0, вискозиметр заполняют раствором, вязкость которого необходимо определить. При этом необходимо залить такое же количество жидкости в вискозиметр, как и при его заполнении водой. Затем несколько раз измеряют время tистечения объема V исследуемой жидкости , который определяется формулой:
V = 
, (6)
где h— вязкость раствора, а r — его плотность.
Разделив выражение (5) на (6) получим после преобразования формулу для определения вязкости исследуемого раствора:
. (8)
Определив средние значения времени истечения t раствора и t0 воды и зная вязкость h0 воды, плотности ρ раствора и ρ0 воды, находят вязкость h раствора.
Порядок выполнения работы
Схема установки для определения вязкости исследуемого раствора представлена на рис.4. Практическая часть работы выполняется в следующей последовательности:
1.Залейте дистиллированную воду из пробирки в вискозиметр Оствальда до верхней границы нижнего полого резервуара, расположенного в широком колене вискозиметра.
2. С помощью шприца медленно перекачайте воду в полую верхнюю сферу в узкой части вискозиметра на 7-10 мм выше ее верхней границы. Зажмите пальцами патрубок, соединяющий вискозиметр с канюлей шприца.
3.Сняв шприц, отпустите патрубок, теперь вода начнет перетекать в широкое колено вискозиметра под собственным весом.
4.Включите секундомер в тот момент, когда уровень опускающийся жидкости окажется на верхней границе сферы V.
5. Остановите секундомер в тот момент, когда уровень опускающийся жидкости окажется на нижней границе этой сферы, экспериментально определяя таким образом время t0 истечения воды.
6.Опыт повторите 5 раз и для расчета возьмите среднее время истечения воды t0.
7. Вылейте воду из вискозиметра в пробирку для дистиллированной воды и заполните его исследуемой жидкостью.
8.Повторите пункты 2 – 5 и аналогичным образом определите время истечения раствора глицерина t из верхней сферы объемом V (Рис.5), повторив опыт 5 раз.
9. Результаты эксперимента, табличные и расчетные величины занесите в табл. 1. результатов измерений.
| Жидкость | Время истечения t, сек | Плотность кг/м 3 | Вязкость мПа·с |
| № опыта | tср, с | ||
| Вода | 1,0 | ||
| Раствор |
На основании полученных экспериментальных и расчетных данных рассчитайте значение вязкости раствора и величину случайной ошибки косвенного измерения вязкости раствора глицерина, при доверительной вероятности γ = 0,95 и количестве измерений n = 5.
Контрольные вопросы:
1. Что определяет коэффициент вязкости жидкости? В каких единицах он измеряется? Укажите связь между системными и несистемными единицами измерения вязкости.
2. Напишите формулу для вычисления силы трения в текущей жидкости. В чем отличие ньютоновских и неньютоновских жидкостей?
3. Каковы значения вязкости воды и вязкость крови? Укажите значение вязкости крови в норме и пределы изменения этого показателя при патологических процессах. Какие факторы влияют на вязкость движущейся крови в организме?
4. Сформулируйте основной закон течения вязкой жидкости. Проведите аналогию между законами гидродинамики и цепи электрического тока.
5. Что такое гидравлическое сопротивление сосуда (трубы), как оно определяется?
6. В чем отличие ламинарного и турбулентного течения жидкости? Что показывает число Рейнольдса?
7. В каких участках сосудистой системы течение крови может иметь турбулентный характер? Как обнаруживается турбулентное течение крови? Каковы физиологические последствия турбулентного течения крови?
8. Опишите суть основных методов определения вязкости жидкости (метод Стокса, капиллярные методы, ротационные методы).
9. Каков порядок действий при определении вязкости жидкости с использованием вискозиметра Оствальда? Выведите необходимую расчетную формулу.
Решить задачи:
1. Какой характер имеет течение жидкости в гладкой трубе при числе Рейнольдса = 2700?
2. Оцените гидравлическое сопротивление сосуда, если при расходе крови в 0,2 л/мин разность давлений на его концах составляет 3 мм.рт.ст.
3. Определите линейную скорость крови в аорте радиусом 1,5 см, если длительность систолы 0,25с, ударный объем крови 60 мл. Каков характер этого кровотока, если критическое число Рейнольдса равно 1160, а плотность крови 1050 кг/м 3 ?
Литература:
1. Лещенко В.Г., Ильич Г.К. Медицинская и биологическая физика., Мн, Новое знание, 2011г.
2. Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика. Пособие. – Мн.: БГМУ, 2000.
3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.- М.: Высшая школа, 1987.
4. Горский Ф.К., Сакевич Н.М. Физический практикум с элементами электроники.Мн.: Выш.шк.1978г.
Источник
Метод Оствальда.
Хотя метод Стокса дает возможность наиболее просто определить коэффициент вязкости жидкости, тем не менее, этот метод имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, измерение вязкости по Стоксу требует наличие довольно большого количества исследуемой жидкости, что абсолютно неприемлемо при медико-биологических исследованиях. Во-вторых, в методе Стокса определяется коэффициент динамической вязкости, в то время как основной величиной, определяющей характер движения жидкости по сосудам, является коэффициент кинематической вязкости ν. В – третьих, по методу Стокса трудно снять температурную зависимость коэффициента вязкости, так как невозможно добиться постоянства температуры в большом количестве исследуемой жидкости.
В связи с перечисленными недостатками, на практике применяется метод определения коэффициента вязкости с помощью капиллярного вискозиметра Оствальда.
В основе этого метода лежит формула Пуазейля, устанавливающая связь между объемом V жидкости, протекающей через капилляр радиуса R и длиной L за время t при перепаде давления Р. на концах капилляра:
Полученная Пуазейлем формула справедлива только для ламинарного течения. Поэтому для измерения жидкостей малой вязкости приходится брать капилляры малого радиуса, что, в свою очередь, приводит к трудностям, связанным с их измерением, В связи с этим на капиллярном вискозиметре чаще проводят не абсолютное измерение вязкости исследуемой жидкости, а ее сравнение с вязкостью некоторой эталонной жидкости, чаще всего с дистиллированной водой. Для эталонной жидкости справедливо выражение:
Где нулевые индексы относятся к эталонной жидкости. Если объемы исследуемой и эталонной жидкостей равны, то, приравнивая их, после преобразований, получим:
Если жидкость вытекает под действием силы тяжести:
И окончательно получим:
Где 
— кинематическая вязкость исследуемой жидкости, 
— кинематическая вязкость эталонной жидкости, т.е. капиллярным вискозиметром можно непосредственно измерять кинематическую вязкость
Приборы и принадлежности:
1) капиллярный вискозиметр,
2) дистиллированная вода,
Капиллярный вискозиметр представляет собой U — образную стеклянную трубку. Одно колено трубки содержит расширение (С) и капилляр (АВ), другое колено представляет собой широкую трубку с резервуаром (М). Сверху и снизу расширения (С) нанесены метки (N) и (А), служащие для регистрации протекающего через капилляр объема V исследуемой жидкости. При снятии температурной зависимости коэффициента вязкости, вискозиметр помещается в стеклянный сосуд с водой, подключенный к термостату (на чертеже не показан). Температура в этом случае контролируется термометром (Т).
Рис.4 Капиллярный вискозиметр Оствальда
Порядок выполнения:
В широкое колено вискозиметра налить дистиллированную воду, чтобы она
полностью заполнила резервуар (М).
Резиновой грушей (F) перекачать воду из резервуара (М) в расширение (С), так
чтобы жидкость поднялась несколько выше отметки (N).
Отсоединить резиновую грушу от вискозиметра и наблюдать протекание жидкости
через капилляр. Как только уровень воды совместится с меткой (N) включить
секундомер, а когда опустится до метки (А) — выключить, тем самым, определив
время протекания объема воды через капилляр. Повторить опыт 5 раз. Данные
занести в табл.2
Вылить дистиллированную воду и залить в вискозиметр спирт. Провести
аналогичные измерения со спиртом 5 раз. Данные занести в табл.2
Источник
