Устройство и принцип действия вискозиметра Оствальда

Вискозиметр Оствальда представляет собой U-образную трубку (рис. 3). Через широкий конец вводится исследуемая жидкость (вода), которая заполняет всю расширенную его часть (резервуар 1). Другое колено состоит из капилляра bc, рабочего резервуара 2 и вспомогательного резервуара 3. Весь прибор помещается в термостат (стеклянный сосуд).

В процессе измерений при помощи шприца, присоединяемого к трубке 5, всасывают в резервуар 2 и 3 жидкость, которая поступает из балластного объема 1. При этом резервуар 3 можно заполнить жидкостью частично. В естественном состоянии жидкость будет перетекать через капилляр bc из объемов 2 и 3 в объем 1.

 

Рис. 3

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия вискозиметра Оствальда.

2. Определить время истечения эталонной жидкости (воды) . Для этого поднять в резервуаре 2 уровень воды до метки а с помощью шприца. Секундомером определить время истечения воды из резервуара 2 от метки а до метки b. Определить среднее значение из трех измерений.

3. Провести измерения, аналогичные п. 2, для трансформаторного масла , глицерина и фармакологического препарата .

4. Внести полученные результаты в табл. 1 (программа «вязкость»).

Таблица 1

Плотность , кг/м3	Время истечения , с	Вязкость , кг/м·с
Эталонная жидкость (вода)
10-3
Трансформаторное масло
Глицерин
Фармакологический препарат

 

5. Провести измерения, аналогичные п. 2, для воды, нагревая ее с помощью электрической плитки, от комнатной температуры
(20 ⁰С) до температуры 100 ⁰С с шагом 10 радусов.

6. Внести полученные результаты в табл. 2 (программа «вязкость»).

Таблица 2

,
, кг/м3 ·10-3	0,998	0,996	0,992	0,988	0,984	0,978	0,972	0,965	0,953
, кг/м·с ·10-3

 

7. Построить график зависимости для воды с помощью программы «вязкость».

8. Провести сравнительный анализ полученных результатов со справочными данными.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать определение вязкости жидкости.

2. Относится ли явление вязкости к идеальным или реальным газам?

3. Сформулировать закон Ньютона для вязкости.

4. Описать принцип действия вискозиметра Оствальда.

5. В каких единицах измеряется коэффициент вязкости?

6. Описать метод Пуазейля определения коэффициента вязкости.

7. В каких единицах измеряется коэффициент вязкости.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Цель работы: изучение явления поверхностного натяжения в жидкос-тях, экспериментальное определение их параметров ме-тодом кольца и проведение компьютерной обработки результатов измерений.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ

Жидкость является агрегатным состоянием, промежуточным между газообразным и твердым состоянием вещества. В жидкостях имеет место ближний порядок в расположении частиц, т.е. их упорядоченное расположение на сравнимых с межатомными расстояниях (расстояниях межатомного действия).

В поверхностном слое жидкости равнодействующая сил , приложенных к каждой молекуле, например, , не равна нулю (как в объеме тела, например, молекула ) и направлена внутрь жидкости (рис.1). На рисунке – радиус молекулы.

 

Рис. 1

 

Результирующие силы всех молекул поверхностного слоя оказывают на жидкость давление, называемое молекулярным. Вследствие этого молекулы из поверхностного слоя уходят вовнутрь жидкости, и поверхность стремится стать минимальной.

Суммарная энергия частиц жидкости складывается из энергии их теплового движения и потенциальной энергии, обусловленной силами межмолекулярного взаимодействия. Для перемещения молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой необходимо совершить работу. Эта работа совершается за счет кинетической энергии молекул и увеличивает их потенциальную энергию. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Дополнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости, называется поверхностной энергией, она пропорциональна площади слоя

, (1)

где – поверхностное натяжение.

В равновесном состоянии, характеризуемом минимальной потенциальной энергией, жидкость принимает форму с минимальной поверхностью, т. е. форму шара. Условием устойчивого равновесия жидкости является минимум поверхностной энергии. Поверхностное натяжение равно силе поверхностного натяжения , приходящейся на единицу длины контура, ограничивающего поверхность жидкости

. (2)

Единица поверхностного натяжения – ньютон/метр (H/м).

При комнатной температуре поверхностное натяжение большинства жидкостей имеет величину (10^-2 – 10^-1) Н/м.

Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение в жидкости, называются поверхностно активными. Например, мыло по отношению к воде (с 7,5×10^-2 до 4,5×10^-2 Н/м), спирты, эфиры, нефть.