V i s k o z i t a N e w t o n s k ý c h k a p a l i n



Podobné dokumenty
Měření kinematické a dynamické viskozity kapalin

NÁVODY K LABORATORNÍM CVIČENÍM Z FYZIKY I

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Měření Poissonovy konstanty vzduchu. Abstrakt

2.3 Tlak v kapalině vyvolaný tíhovou silou Tlak ve vzduchu vyvolaný tíhovou silou... 5

REOLOGICKÉ VLASTNOSTI ROPNÝCH FRAKCÍ

8. TLAKOMĚRY. Úkol měření. Popis přípravků a přístrojů

Kalibrace teploměru, skupenské teplo Abstrakt: V této úloze se studenti seznámí s metodou kalibrace teploměru a na základě svých

plynu, Měření Poissonovy konstanty vzduchu

E1 - Měření koncentrace kyslíku magnetickým analyzátorem

Výtok kapaliny otvorem ve dně nádrže (výtok kapaliny z danaidy)

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Proudění viskózní tekutiny. Renata Holubova

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Měření teploty, měření vlhkosti vzduchu

Měření logaritmického dekrementu kmitů v U-trubici

ELEKTRICKÉ SVĚTLO 1 Řešené příklady

PŘÍKLAD. d) Jaký je hydrostatický tlak ve vodě ve hloubce 10 m? Vypočítáme na celé

CVIČENÍ č. 3 STATIKA TEKUTIN

Šetrná jízda. Sborník úloh

REKTIFIKACE DVOUSLOŽKOVÉ SMĚSI, VÝPOČET ÚČINNOSTI

Fyzikální praktikum 1

3 - Hmotnostní bilance filtrace a výpočet konstant filtrační rovnice

Fyzika v přírodě. výukový modul pro 9. ročník základní školy

HODNOCENÍ ASFALTŮ

Viskozita tekutin a její měření

Fyzikální praktikum Závislost indexu lomu skla na vlnové délce. Refraktometr

ELEKTRICKÉ SVĚTLO 1 Řešené příklady

Měřicí a řídicí technika Bakalářské studium 2007/2008. odezva. odhad chování procesu. formální matematický vztah s neznámými parametry

Měření povrchového napětí kapaliny z kapilární elevace

ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Elektrická vodivost elektrolytů. stud. skup.

Clemův motor vs. zákon zachování energie

PLYNY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Digitální učební materiál

Příklady - rovnice kontinuity a Bernouliho rovnice

Laboratorní práce č. 1: Určení výtokové rychlosti kapaliny

Proudění viskózní tekutiny. Renata Holubova Viskózní tok, turbulentní proudění, Poiseuillův zákon, Reynoldsovo číslo.

PŘÍKLADY Z HYDRODYNAMIKY Poznámka: Za gravitační zrychlení je ve všech příkladech dosazována přibližná hodnota 10 m.s -2.

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

POSTUP PRO MOBILNÍ SKUPINY POSTUP 7 METODIKA ODHADU AKTIVITY RADIONUKLIDŮ V OBJEMNÝCH VZORCÍCH V TERÉNNÍCH PODMÍNKÁCH. Postup 7

HUSTOTA ROPNÝCH PRODUKTŮ

L a b o r a t o r n í c v i č e n í z f y z i k y

PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 3, 4

8. TLAKOMĚRY. Úkol měření Dynamické měření tlaku Měření tlaků 0-1 MPa

CVIČENÍ 3: VODNÍ PROVOZ (POKRAČOVÁNÍ), MINERÁLNÍ VÝŽIVA. Pokus č. 1: Stanovení celkové a kutikulární transpirace listů analýzou transpirační křivky

STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK

S = 2. π. r ( r + v )

1.8.3 Hydrostatický tlak

3. Měření viskozity, hustoty a povrchového napětí kapalin

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.IV

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

MOLEKULOVÁ FYZIKA KAPALIN

Laboratorní pomůcky, chemické nádobí

Úkol č. 1: Změřte dynamickou viskozitu denaturovaného lihu a stolního oleje Ubbelohdeho viskozimetrem.

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

Obnovitelné zdroje energie. Sborník úloh

Autor: Bc. Tomáš Zelenka Obor: Fyzikální chemie povrchů

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

4. STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

2. DOPRAVA KAPALIN. h v. h s. Obr. 2.1 Doprava kapalin čerpadlem h S sací výška čerpadla, h V výtlačná výška čerpadla 2.1 HYDROSTATICKÁ ČERPADLA

VISKOZITA A POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

Měření charakterizace profilu a tloušťky vrstev optickou metodou

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

MĚŘENÍ NAPĚTÍ A PROUDŮ VE STEJNOSMĚRNÝCH OBVODECH.

h n i s k o v v z d á l e n o s t s p o j n ý c h č o č e k

M ě r n á t e p e l n á k a p a c i t a p e v n ý c h l á t e k

(1) Řešení. z toho F 2 = F1S2. 3, 09 m/s =. 3, 1 m/s. (Proč se zde nemusí převádět jednotky?)

4 STANOVENÍ KINEMATICKÉ A DYNAMICKÉ VISKOZITY OVOCNÉHO DŽUSU

Cvičení Na těleso působí napětí v rovině xy a jeho napěťový stav je popsán tenzorem napětí (

9. MĚŘENÍ TEPELNÉ VODIVOSTI

Doprovodné otázky pro studenty, kvízy, úkoly aj.

MĚŘENÍ HYSTEREZNÍ SMYČKY TRANSFORMÁTORU

MĚŘENÍ PARAMETRŮ DUTÉHO ZRCADLA; URČENÍ INDEXU LOMU KAPALIN POMOCÍ DUTÉHO ZRCADLA

Mechanika kapalin a plynů

FAKULTA STAVEBNÍ VUT V BRNĚ PŘIJÍMACÍ ŘÍZENÍ PRO AKADEMICKÝ ROK

1.2 Výkonová charakteristika, výpočet spotřeby paliva, zhodnocení účinnosti palivového článku

Název: Měření rychlosti zvuku různými metodami

Abstrakt: Úloha seznamuje studenty se základními pojmy geometrické optiky

BUBEN A JEHO VESTAVBY Vývoj funkce bubnu

5 Charakteristika odstředivého čerpadla

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÉHO USMĚRŇOVAČE STABILIZACE NAPĚTÍ

W = Tření a teplo zvýšení teploty konáním práce. Výukové materiály

Laboratorní úloha č. 4 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH VLASTNOSTÍ PNEUMATICKÝCH A ODPOROVÝCH TEPLOMĚRŮ

HYDROGENAČNÍ RAFINACE MINERÁLNÍCH OLEJŮ

1. Změřte voltampérovou charakteristiku vakuové diody (EZ 81) pomocí zapisovače 4106.

Ztráty tlaku v mikrofluidních zařízeních

3. STANOVENÍ RYCHLOSTI PROPUSTNOSTI PRO PLYNY U PLASTOVÝCH FÓLIÍ

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

RNDr. Božena Rytířová. Základy měření (laboratorní práce)

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

BEZDOTYKOVÉ TEPLOMĚRY

Fyzikální praktikum 1

3. STRUKTURA EKOSYSTÉMU

( ) Úloha č. 9. Měření rychlosti zvuku a Poissonovy konstanty

17 Vlastnosti ručkových měřicích přístrojů

Měření Poissonovy konstanty a dutých objemů Abstrakt: V této úloze se studenti seznámí s různými metodami

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 4: Balmerova série vodíku. Abstrakt

Měření Poissonovy konstanty a dutých objemů Abstrakt: V této úloze se studenti seznámí s různými metodami

Praktikum II Elektřina a magnetismus

terénní praktikum : Pila Ptení jméno a příjmení : třída : datum :

Transkript:

V i s k o z i t a N e w t o n s k ý c h k a p a l i n Ú k o l : Změřit dynamickou viskozitu destilované vody absolutní metodou a její závislost na teplotě relativní metodou. P o t ř e b y : Viz seznam v deskách u úlohy na pracovním stole. Obecná část: Na rozdíl od ideální kapaliny nejsou reálné kapaliny dokonale tekuté. Při laminárním proudění reálné kapaliny trubicí se zvyšuje její rychlost směrem ke středu trubice. Vrstva kapaliny mající vyšší rychlost se snaží zrychlovat vrstvu pomalejší a naopak pomalejší brzdí rychlejší. Mezi vrstvami kapaliny, jež se pohybují různou rychlostí, tak vzniká tečné napětí τ - dochází k vnitřnímu tření v reálné kapalině. y Obr. 1 v + dv Veličinou, jež charakterizuje míru tohoto tření, je dynamická viskozita. Je vlastně konstantou úměrnosti ve vztahu vyjadřujícím přímou úměrnost mezi velikostí tečného napětí τ a rychlostním spádem dv/dy (tj. poměrem přírůstku velikosti rychlosti dv ve vrstvách vzdálených o dy kolmo na směr proudění - viz obr. 1 - ku této vzdálenosti). Platí dy v dv τ =. (1) dy V soustavě SI je jednotkou dynamické viskozity jeden kg.m -1.s -1, používá se také ekvivalentní Pa.s. Podíl dynamické viskozity a hustoty ρ dané kapaliny pak definuje další charakteristickou veličinu reálných kapalin kinematickou viskozitu Její jednotkou v soustavě SI je jeden m 2.s 1. v =. (2) ρ Proudí-li kapalina laminárně úzkou trubicí, je její rychlost u stěny nulová a lze odvodit, že nárůst rychlosti ve směru kolmém na směr proudění roste se čtvercem vzdálenosti od stěny. Na základě této skutečnosti odvodil francouzský lékař a fyzik Jean-Louis Marie Poiseuille [poazej] (1799 1869) vztah pro objem V kapaliny proteklé trubicí za dobu T ve tvaru V= π. r 4. p. T, (3) 8. 1

kde r je poloměr trubice, její délka, dynamická viskozita kapaliny a p tlakový rozdíl mezi konci trubice. Je-li tlakový rozdíl p způsoben hydrostatickým tlakem kapaliny samotné (např. při výtoku kapaliny z nádoby opatřené na boku trubicí či kapilárou), platí p = h.ρ.g, kde h je výška hladiny kapaliny nad výtokovým otvorem, ρ její hustota a g tíhové zrychlení. V takovém případě lze ze vztahu (3) vyjádřit dynamickou viskozitu výrazem 4 π r hρ g = T. (4) 8 V Známe-li nebo změříme-li hodnoty r,, h, ρ, V a T, můžeme pak dynamickou viskozitu dané kapaliny snadno vypočítat. Postup měření : I. Absolutní metoda měření dynamické viskozity při pokojové teplotě K měření koeficientu viskozity použijeme nádobu dostatečného průměru s bočním otvorem, v němž je připevněna trubice s kapilárou (viz obr. 2). Průtok kapaliny právě touto kapilárou umožní získat potřebné údaje do vztahu (4) pro výpočet dynamické viskozity kapaliny. Tou bude v našem případě destilovaná voda. Tlakový rozdíl mezi konci kapiláry p je způsoben právě hydrostatickým tlakem kapaliny v nádobě, jejíž výšku h lze měřit na milimetrovém měřítku. Je-li průměr nádoby dostatečně velký a je-li objem V vyteklé kapaliny naopak malý, zůstane výška hladiny h vzhledem k ose kapiláry během měření konstantní. 15 12 9 6 3 h Obr. 2 Destilovaná l Poloměr r kapiláry bude zadán, její délku změříte posuvným měřítkem, dobu výtoku T stopkami, objem V vyteklé kapaliny odměrným válcem, hustotu kapaliny ρ při příslušné teplotě t odečtete v tabulkách. Dynamickou viskozitu pak vypočítáte pomocí vztahu (4). 2

II. Relativní měření Ostwaldovým viskozimetrem závislost dynamické viskozity na teplotě Dynamická viskozita je veličinou, jež silně závisí na teplotě kapaliny. Tuto závislost lze změřit např. pomocí Ostwaldova viskozimetru, jenž je schématicky naznačen na obr. 3. Po nasátí měřené kapaliny do levého ramene viskozimetru se měří čas T, jenž potřebuje k průtoku kapilárou kapalina o objemu obsaženém v horní baňce. Tento objem je přesně definován dvěma ryskami (jedna je nad a druhá pod touto baňkou). Přetlak p, pod nímž kapalina protéká Ostwaldovým viskozimetrem, je časově proměnný (hladina kapaliny klesá) a navíc závisí i na hustotě měřené kapaliny, jež se s teplotou také mění! Aby bylo měření prováděno správně a pokaždé za stejných podmínek, je nutné aby viskozimetr zaujímal stále přesně svislou polohu. Rysky vymezující stejný objem kapaliny Obr. 3 Balónek vytvářející podtlak Kapilára Správná výška hladiny Destilovaná Teplotní závislost dynamické viskozity = f (t) destilované vody vyšetřujeme tak, že Ostwaldův viskozimetr ponoříme do vodní lázně, jejíž teplotu t regulujeme pomocí termostatu. Protože se u tohoto měření jedná o relativní metodu, musíme nutně znát počáteční hodnotu dynamické viskozity o námi měřené kapaliny při výchozí teplotě t o. K této hodnotě o je pak nutné všechny další výpočty z měření při vyšších teplotách t vztahovat! Ve vašem případě!! bude touto známou výchozí hodnotou dynamická viskozita o zjištěná absolutní metodou při pokojové teplotě t o předchozím měřením. První měření relativní metody s Ostwaldovým viskozimetrem proto provádíme vždy při stejné teplotě jako metodu první (tj. absolutní). Změříme dobu průtoku kapaliny T o, a pak postupně zvyšujeme teplotu a stejným způsobem v měření pokračujeme. Tlakový rozdíl mezi na konci kapiláry není v tomto případě konstantní (výška h hladiny vody postupně klesá!), a proto nelze vycházet při výpočtu přímo ze vztahu (4). Je-li však viskozimetr stále ve stejné svislé poloze, probíhá pokles výšky při všech měřeních stejně, a pak lze psát, že pro dynamické viskozity platí 3

o = konst. ρ o.t o pro výchozí teplotu t o, resp. n = konst. ρ n.t n pro libovolnou teplotu t n, kde konst. je jistá konstanta charakterizující daný viskozimetr, ρ o a ρ n hustoty měřené kapaliny při teplotách t o a t n a T o a T n pak příslušné doby průtoků kapaliny viskozimetrem při těchto teplotách. Dáme-li poslední dva vztahy do poměru, dostáváme hledaný výraz pro dynamickou viskozitu kapaliny n při teplotě t n n =. ρ n. ρ T T n. (5) Ú k o l y : 1) Stanovte dynamickou viskozitu o destilované vody absolutní metodou při pokojové teplotě t o. Při tomto měření proveďte postupně pět měření při různých výškách hladiny h kapaliny v nádobě. Výšku volte alespoň 1 cm! Objem V kapaliny proteklé kapilárou určujte odměrným 1 ml válcem, délku kapiláry změřte posuvným měřítkem, čas stopkami. Poloměr r kapiláry je znám, ten neměříte je uveden přímo na kapiláře. Výsledky měření uvádějte v následující tabulce I: Tabulka I: Absolutní metoda měření dynamické viskozity ρ o =... kg.m 3 =... m V = 1 ml r =...mm t o =... o C n h (cm) T (s) o (kg.m 1.s 1 ) 1. 5 o =... kg.m 1.s 1 Výpočet provádějte pomocí vztahu (4). Ze získaných výsledků jednotlivých měření pak určete průměrnou hodnotu dynamické viskozity o při teplotě t o, pravděpodobnou chybu tohoto průměru a relativní chybu měření. 4

2) Proveďte měření teplotní závislosti dynamické viskozity destilované vody. Viskozitu měříte relativní metodou pomocí Ostwaldova viskozimetru. Měření začněte při stejné teplotě t o, při níž jste prováděli metodu absolutní. Pak postupně zvyšujte teplotu zhruba po pěti stupních (maximálně však do 6 C!!!). Před každým měřením ale vyčkejte několik minut, aby se ustálila teplota v celém objemu aparatury. Dobu průtoku T o, resp. T n daného objemu destilované vody viskozimetrem měřte při každé teplotě vždy třikrát (zvýšíte tím přesnost metody)! Hodnoty dynamické viskozity n vypočítáte ze vztahu (5), do něhož dosazujete vždy průměrnou hodnotu času ze tří provedených měření při každé teplotě. Hustotu vody při příslušné teplotě t n odečtěte z tabulek. Naměřené hodnoty a výsledky zapisujte do následující tabulky II: n T n ( C) ρ n (kg.m 3 ) T n (s) T n (s) n (kg.m 1.s 1 ) 1 t o ρ o 2 3 4 5 6 T (známe)..... 3) Výsledky relativní metody zpracujte graficky. Na vodorovnou osu nanášejte teplotu t, na osu svislou pak dynamickou viskozitu. Do stejného grafu rovněž zakreslete závislost = f (t) vynesenou z tabulkových hodnot, obě křivky porovnejte a rozdíly vysvětlete! 5