Часть 2. Определение концентрационной зависимости вязкости жидкостей с помощью капиллярного вискозиметра (метод Оствальда).

Цель работы: Изучение закономерностей течения вязких жидкостей, приобретение навыков работы с капиллярным вискозиметром, проведение измерений концентрационной зависимости вязкости и анализ внутренних свойств жидкостей на основе проведенных исследований.

Приборы и принадлежности: капиллярные вискозиметры, заполненные растворами известной концентрации, секундомер.

Принцип работы капиллярного вискозиметра основан на зависимости объемного тока жидкости от параметров сосуда, известной, как закон Пуазейля.

Закон Пуазейля представляет собой формулу для расчета объемной скорости течения, если течение жидкости ламинарное. Объемной скоростью Q называется объем жидкости (V), протекающий через поперечное сечение сосуда за единицу времени, Q=V/t.

Q - объемная скорость жидкости (м³/с),

ΔP=P₁- P₂ - разница давлений на концах трубки (Па),

r- внутренний радиус трубки (м),

l- длина трубки (м),

η – коэффициент динамической вязкости жидкости (Па с),

π— отношение длины окружности к диаметру, π = 3.14

Капилляр это трубка очень малого сечения. Для измерения коэффициента вязкости жидкости применяют капиллярные вискозиметры. Измерение вязкости этим методом заключается в измерении времени истечения жидкости из резервуара определенного объема через капилляр определенного радиуса под действием гидростатического давления, которое создается разностью уровней исследуемой жидкости в коленах вискозиметра.

Капиллярный вискозиметр Оствальда представляет собой U-образный трубку, в узкое колено которой впаян капилляр, (рис). Выше капилляра находятся два шарообразных расширения. Выше и ниже ближнего к капилляру расширения на колене нанесены метки, которые позволяют фиксировать объем, протекающей через капилляр жидкости. Верхнее расширение предохраняет от выброса жидкости из колена в процессе работы с прибором.

Порядок выполнения работы:

1. Несколько капиллярных вискозиметров, заполненных растворами глицерина в воде различной концентрации, укреплены в вертикальной плоскости. На каждом из вискозиметров указана концентрация раствора С, % и аппаратное число к. Запишите эти данные в соответствующие ячейки таблицы, столбцы 1 и 2. В столбец 3 запишите значения плотностей бинарных смесей системы глицерин-вода.

2. Приготовьте секундомер. С помощью шприца поднимите уровень жидкости в капиллярном колене определенного вискозиметра выше отметки 1, и, убрав шприц, наблюдайте за понижением этого уровня. Когда уровень жидкости проходит метку 1, нажмите «старт» на секундомере, а при прохождении метки 2 нажмите «стоп». Так находят t - время прохождения жидкостью данной концентрации по капилляру.

3. Для каждой концентрации измерение повторяется 3 раза. Результаты занесите в таблицу измерений, столбец 4.

Таблица измерений

С, %	к	ρ, кг/м3	t, c	10-3(Па с)	10-3(Па с)
1	2	3	4	5	6
20%			t1= t2= t3=
40%			t1= t2= t3=
60%			t1= t2= t3=
70%			t1= t2= t3=
80%			t1= t2= t3=

3. Постройте график зависимости коэффициента вязкости от концентрации жидкости. Укажите погрешности измерений на графике.

_4. Сделайте выводы; опишите, какие явления наблюдали в процессе проделанной работы, какие законы использовали для того, что бы найти коэффициент вязкости, запишите окончательный результат с указанием абсолютной погрешности измерения и единиц измерения Достигнута ли цель, соответствует ли вязкость известным значениям, велика ли погрешность. + Выводы из Стокса

Статистическая обработка результатов измерений

1. Вычислите среднее значение коэффициента вязкости для каждого из растворов по формуле:

2. Для каждого из растворов рассчитайте абсолютные погрешности определения коэффициента вязкости по формуле:

, здесь

Δt - абсолютная погрешность измерения времени протекания жидкости через капилляр

- погрешность измерения секундомера

Дайте теоретическое обоснование работы, опираясь на вопросы для самоподготовки.

Вопросы для самоподготовки:

1. Вязкость жидкостей, уравнение Ньютона (для вязкости), коэффициенты динамической и кинематической вязкости, их физический смысл и единицы измерения в СИ и СГС.

2. Ньютоновские и неньютоновкие жидкости. Кровь, как неньтоновская жидкость

3. Виды течений жидкости. Стационарный поток. Уравнение неразрывности.

4. Число Рейнольдса, понятие о характерных параметрах движения жидкости, физический смысл числа Рейнольдса. Понятие о критическом числе Рейнольдса

5. Формула Пуазейля и пределы ее применимости. Приложение формулы Пуазейля к измерению вязкости жидкостей. Гидродинамическое сопротивление в последовательных, параллельных и комбинированных системах трубок. Разветвляющиеся сосуды.

6. Формула Стокса и пределы ее применимости. Приложение формулы Стокса к измерению вязкости жидкостей.

7. Методы определения вязкости жидкостей. Вискозиметры

Задачи

Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. 3-е изд., –Москва, Дрофа, 2010. –192 с., №№ 2.130, 2.131, 2.143, 2.151, 2.152, 2.161, 2.167, 2.170, 2.182, 2.180

Список литературы:

1. Ремизов А.Н. Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика: учеб. для вузов. – 9-е изд., Москва, Дрофа, 2009.- 559 с. Глава 7.

2. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика. Учебник для студентов медицинских вузов. – Москва, ГОЭТАР-Медиа, 2008.

3. Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова Г.В. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. 2-е изд., – Москва, Дрофа, 2001. –288 с.

4. Антонов В.Ф., Пасечник В.И., Черныш А.М., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Практикум по биофизике. – М.: ВЛАДОС, 2000.-287 с. Глава 9