Определение вязкости вискозиметром Стокса

Е.А. Крестин

Журнал лабораторных работ по гидравлике
Часть 1. Портативная лаборатория «Капелька»

Самара 2012

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТИ

Цель работы:________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Теория вопроса:______________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Описание опытной установки

Рис.1. Схема устройства №1:

1-________________________________________________,

2-________________________________________________,

3-________________________________________________,

4-________________________________________________,

5-________________________________________________

Порядок выполнения работы

1. Определение коэффициента теплового расширения жидкости

Термометр 1 имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненные термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Варьирование температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объема термометрической жидкости и ее уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.

Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется в следующем порядке на основе мысленного эксперимента, т.е. предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельных значений термометра и уровень жидкости в капилляре возрос па величину .

Подсчитать общее число градусных делений в шкале термометра и измерить расстояние  между крайними штрихами шкалы.

Вычислить приращение объема термометрической жидкости ,

где r-радиус капилляра термометра.

С учетом начального (при 0 °С) объема термометрической жидкости W найти значение коэффициента теплового расширения  и сравнить его со справочным значением  (табл. 1.1). Значения используемых величин занести в таблицу 1.2.

Измерение плотности жидкости ареометром

Этот метод определения плотности основан на измерении объёма тела, которое плавает на поверхности жидкости. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра.

Ареометр 2 представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части. Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. На ареометр действуют две силы: сила тяжести G = mg (где m – масса ареометра) и архимедова подъёмная сила R = ρgW (где W = hπd²/4 – объём погруженной части ареометра;
h – глубина погружения ареометра), которые равны по величине и противоположно направлены G = R  или

mg = ρghπd²/4,

откуда

ρ = 4m/hπd².

В ходе работы выполнить следующие операции:

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле

ρ = 4m/hπd².

3. Сравнить опытное значение плотности ρ со справочным значением ρ^* (см. табл. 1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.3.

Определение вязкости вискозиметром Стокса

Этот метод определения вязкости основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы. При движении шара диаметром d и плотностью ρ_ш в вертикальной трубе диаметром D, которая заполнена исследуемой жидкостью с плотностью ρ, на него действуют три силы: сила тяжести G = , архимедова подъёмная сила R=  и сила сопротивления, экспериментально установленная Стоксом, F = 3πνdρV, (где v – кинематический коэффициент вязкости; V - скорость шарика). При равномерном движении шара G = R + F или

=  + 3πνdρV,

откуда

ν = gd²τ(ρ_ш/ρ – 1)/18l[1 + 2,4(d/D)],

где τ – время прохождения шариком расстояния l.

Выражение в квадратных скобках (коэффициент стеснения) учитывает влияние стенок трубы и шарика на его скорость и коэффициент сопротивления.

В ходе выполнения работы выполнить следующие операции.

1. Повернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости на 180º и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния между двумя метками в приборе 3. Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости

ν = gd²τ(ρ_ш/ρ – 1)/18l[1+ 2,4(d/D)],

Где g – ускорение свободного падения; d, D - диаметры шарика и цилиндрической емкости соответственно; ρ, ρ_ш,- плотности жидкости и материала шарика соответственно.

3. Сравнить опытное значение коэффициента вязкости ν с табличным значением ν

 (см. табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.4.