Порядок выполнения работы

1.Измерить расстояние между двумя резиновыми кольцами на цилиндре, предварительно установленными так, чтобы верхнее кольцо было ниже уровня жидкости на 5-6, а нижнее – на 2-3 см выше дна цилиндра.

2. Измерить диаметры шариков микрометром.

3. Шарик опустить в цилиндр при помощи пинцета как можно ближе к оси цилиндра.

4. Измерить время t прохождения шариком расстояния l между верхней “m” и нижней “n” метками.

5. Опыт повторить 3-5 раз с различными шариками.

6. Результаты всех измерений занести в таблицу.

Лабораторная работа 3.5

1. Определение коэффициентов вязкости жидкости капиллярным вискозиметром

Приборы и принадлежности: капиллярный вискозиметр, резиновая груша, секундомер, дистиллированная вода, испытуемая жидкость.

Теоретические сведения

Вязкостью, или внутренним трением, называется свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительно другого. Вязкостью обладают все жидкости, встречающиеся в природе; жидкости, отличающиеся очень малой вязкостью, приближаются к идеальным жидкостям, абсолютно невязким и несжимаемым. При медленном течении жидкость перемещается как бы отдельными слоями с различными скоростями. Возле стенки трубы находится слой неподвижный, как бы прилипший к ней, остальные движутся один вдоль другого со скоростями, возрастающими по мере удаления от стенки. Наибольшей скоростью обладает слой, перемещающийся посередине трубы.

Движение жидкости, при котором слои скользят друг по другу, не перемешиваясь, называется слоистым, или ламинарным. Величина силы внутреннего трения зависит от того, насколько быстро меняется скорость течения в жидкости при переходе от одного слоя к другому.

Ньютон установил основной механический закон вязкости: сила внутреннего трения F, которую надо преодолеть для того, чтобы два смежных слоя жидкости или газа скользили один по другому, пропорциональна площади слоев S и градиенту скорости:

, (1)

где   коэффициент внутреннего трения, или коэффициент вязкости.

. (2)

В системе СИ динамический коэффициент вязкости измеряется в Паскаль-секундах: Пас. Паскаль-секунда  это динамическая вязкость среды, при ламинарном течении которой в слоях, находящихся на расстоянии 1 м, в направлении, перпендикулярном течению, под действием давления сдвига 1 Па возникает разность скоростей течения 1 м/с. Размерность динамического коэффициента вязкости .

Кроме динамической вязкости, жидкость характеризуется также кинематической вязкостью. Коэффициент кинематической вязкости  равен отношению динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости:

. (3)

В системе СИ кинематический коэффициент вязкости измеряется в м²/с (квадратный метр на секунду – кинематическая вязкость среды плотностью 1 кг/м³, динамическая вязкость которой равна 1 Пас).

Коэффициент вязкости  зависит от природы жидкости и от ее температуры, с увеличением которой он понижается. Для определения коэффициента вязкости можно использовать закон Пуазейля для ламинарных течений по капиллярам:

, (4)

где V- объем протекающей жидкости; р – разность давлений на концах трубки; r – радиус капилляра; t – время истечения жидкости; l – длина капилляра;   коэффициент вязкости.

Откуда

. (5)

Если жидкость вытекает под действием только собственного веса, то р равно гидростатическому давлению, т.е.

,

где h – высота столба жидкости; р – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

Тогда формула (5) примет вид:

. (6)

Определение коэффициента вязкости  по формуле (6) сопряжено с измерением многих величин (линейные размеры трубки, объем жидкости, падение давления и др.). На практике чаще определяют относительный коэффициент вязкости жидкости путем сравнения его с известным коэффициентом вязкости ₀ другой жидкости, взятой при тех же условиях. Для этого через одну и ту же трубку поочередно пропускают равные объемы исследуемой и эталонной жидкости. Определяя время их истечения (t и t₀), и зная плотности (р и р₀) обеих жидкостей, вычисляют относительный динамический коэффициент вязкости жидкости при данной температуре.

Из (6) следует:

для исследуемой жидкости

;

для эталонной жидкости

.

Следовательно:

; (7)

, (8)

где   коэффициент вязкости исследуемой жидкости; р – плотность жидкости; t – время истечения жидкости; ₀  коэффициент вязкости воды; р₀ – плотность воды; t₀ – время истечения воды.

Зная , по формуле (3) определяем коэффициент .

Рис. 1

Описание прибора Вискозиметр капиллярный стеклянный (рис. 3.5) состоит из измерительного резервуара 4, ограниченного двумя кольцевыми отметками М1 и М2, резервуар переходит в капилляр 5 и резервуар 6, который через резервуар 7 соединен с трубкой 1. Резервуар 7 имеет две отметки – М3 и М4, указывающие пределы наполнения вискозиметра жидкостью. Жидкость из резервуара 4 по капилляру 5 стекает в резервуар 6.