Wyznaczanie temperaturowej zależności współczynnika lepkości ...

Wydział Matematyki Fizyki i Chemii Uniwersytetu ŚląskiegoInstytut FizykiĆwiczenie nr 25I pracownia fizycznaWyznaczanie temperaturowej zależnościwspółczynnika lepkości cieczy za pomocąwiskozymetru Höpplera.Opracował: mgr B. GardasKatowice 2011

1. Zagadnienia do kolokwium wstępnegoPrzed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy zapoznać się z następującymizagadnieniami fizycznymi:⋆⋆⋆⋆⋆⋆Ciecz rzeczywista a idealna, prawo Archimedesa;tarcie wewnętrzne cieczy, współczynnik lepkości cieczy.Zasady dynamiki Newtona i prawo Stokesa, ruch ciała w cieczy lepkiej;ruch laminarny i burzliwy, liczba Reynoldsa;zasada działania wiskozymetru Höpplera;zależność współczynnika lepkości cieczy od temperatury.2. AparaturaDo wykonania ćwiczenia niezbędne będą następujące przyrządy (Rys. 25.1):⋆⋆Wiskozymetr Höpplera (wypełniony wodą), ultratermostat;stoper.3. WzoryWzory matematyczne wyrażające zależności między mierzonymi wielkościami fizycznymizebrane zostały poniżej.⋆ Lepkość wody η:η = K (ϱ k − ϱ c ) τ, (25.1)gdzie ϱ k = 2, 40 · 10 3 [kg/m 3 ] jest gęstością kuki (można uważać za wielkość stałą wbadanym zakresie temperatur), ϱ c − gęstość wody (w danej temperaturze), τ− czasopadania kulki. Ponadto[ ] kgK = 0, 077 · 10 −6 , (25.2)m · s⋆jest stałą aparaturową.Zależność temperaturowa współczynnika lepkości wody:η(T ) = Ae B/T lub ln(η) = B 1 T+ ln(A), (25.3)gdzie A, B są stałymi charakterystycznymi dla wody, T − temperatura bezwzględna.2

ultratermostattermometrwiskozymetr Höpplerawęże do przepływu wodystoperRysunek 25.1. Stanowisko do pomiaru temperaturowej zależności współ. lepkości wody.4. Wykonanie ćwiczenia4.1. Zapoznać się z obsługą ultratermostatu i wiskozymetru Höpplera. Wypoziomowaćwiskozymetr.4.2. Odczytać temperaturę początkową t p . Obrócić wiskozymetr o 180 ◦ aż do zaskoczeniazatrzasku. Zmierzyć czas spadania kuki między kreskami na rurce wewnętrznejwiskozymetru. Pomiar należy powtórzyć wielokrotnie.4.3. Włączyć ultratermostat, nastawić na termometrze kontaktowym temperaturę 5 ◦ wyższąod początkowej. Pomiar należy wykonać po ustabilizowaniu się temperatury (pook 10min).4.4. Odczytać ustabilizowaną temperature t. Wykonać wielokrotnie pomiar czasu spadaniakulki.4.5. Przeprowadzić pomiar dla następnych ustabilizowanych temperatur, aż do 80 ◦ .4.6. Przeprowadzić pomiary dla temperatur malejących (od 80 ◦ do pokojowej) co 5 ◦ .UWAGI:⋆ Ilość pomiarów w pkt. 4.1 − 4.3 ustalić z asystentem.⋆ Nie dolewać zimnej wody do zbiornika ultratermostatu.3

5. Opracowanie wyników5.1. Dla danej, ustabilizowanej temperatury t oszacować niepewność pomiarową ∆t. ObliczyćT , ∆T .5.2. Obliczyć dla ustalonej t, średni czas spadania kulki τ. Niepewność ∆t oszacowaćmetodą statystyczna (błąd średni kwadratowy) lub Studenta-Fishera.5.3. Korzystając ze wzoru (25.1) obliczyć η oraz ln(η). Oszacować ∆η.5.4. Zależność η = η(T ) przedstawić na wykresie. Zaznaczyć niepewności ∆η i ∆T . Wyróżnićpomiary dla temperatur rosnących i malejących.5.5. Przedstawić na wykresie zależność ln(η(T )) = f(1/T ). Analizując otrzymaną prostąwyznaczyć A i B oraz ich niepewności ∆A i ∆B. Można posłużyć się metodą graficznąlub metodą regresji liniowej.6. Przydatne strony internetowe⋆ Ciśnienie atmosferyczne i hydrostatyczne⋆ MIT OpenCourseWare (wykład 27)⋆ MIT OpenCourseWare (wykład 28)Dla zainteresowanych:⋆ MIT OpenCourseWare (cały kurs)⋆ Fluids LectureLiteratura[1] D. Halliday R. Resnick. Fizyka tom 1. PWN, Warszawa 1999.[2] H. Szydłowski. Pracownia Fizyczna tom 1. PWN, Warszawa 1999.[3] H. Szydłowski. Pracownia fizyczna wspomagana komputerem. PWN, Warszawa 2003.[4] T. Drynski. Ćwiczenia Laboratoryjne z Fizyki. WSP, Warszawa 1992.4