	Biologie	Chimie	Didactica	Fizica	Geografie	Informatica
	Istorie	Literatura	Matematica	Psihologie

Fizica

Index » educatie » Fizica
» Determinarea coeficientului de vascozitate al unui lichid cu vascozimetrul ostwald

Determinarea coeficientului de vascozitate al unui lichid cu vascozimetrul ostwald

Facultatea de Automatica si Calculatoare

LABORATORUL DE FIZICA

DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE VASCOZITATE AL UNUI LICHID CU VASCOZIMETRUL OSTWALD

1. Scopul lucrarii

Scopul lucrarii este determinarea vascozitatii dinamice pentru diferite lichide.

2. Teoria lucrarii

Curgerea fluidelor reale este insotita intotdeauna de aparitia unor forte de frecare interna. Aceste forte se datoresc faptului ca diferitele straturi paralele ale fluidului care curge au viteze diferite; straturile situate mai aproape de peretii conductei au viteze mai mici in comparatie cu cele situate mai aproape de axul conductei.

Experienta arata ca forta de frecare interna F care se exercita intre doua starturi vecine ale lichidului este proprtionala cu marimea suprafetei de contact A si cu gradientul vitezei considerat pe o directie perpendiculara pe viteza, deci si pe aria de contact A, si este de forma:

(1)

unde h este coeficientul de frecare interna sau vascozitatea dinamica , cu unitatea de masura (decapoise).

Relatia (1) este valabila daca curgerea lichidului se face in asa fel incat straturile de lichid aluneca paralel unul peste altul, adica daca curgerea este laminara. Daca curgerea se face cu viteza sporita, atunci ea nu mai este laminara; in fiecare punct al fluidului apar abateri dezordonate ale vectorului viteza fata de valorea sa medie, iar curgerea se numeste turbulenta sau turbionara. Trecerea de la regimul laminar la cel turbionar are loc cand marimea:

(2)

numita numarul lui Reynolds, (unde d este diametrul conductei, iar r este densitatea lichidului), atinge o anumita valoare critica ().

Fig. 1

Sa consideram un tub cilindric de lungime l si de raza R, prin care curge un lichid, curgerea fiind laminara, in interiorul caruia delimitam un alt cilindru de raza r (fig. 1). Forta de frecare care actioneza asupra suprafetei laterale a acestui cilindru este:

(3)

Aceasta forta este echilibrata de forta datorata diferentei de presiune Dp care actioneaza asupra bazelor; deci:

(4)

Semnul minus indica faptul ca forta F, fiind forta de frecare, are semn contrar fortei datorata diferentei de presiune Dp.

Integrand relatia (5) se obtine viteza v

(5)

unde C este o constanta.

Admitand ca pe peretele conductei, r R, viteza este zero se obtine pentru C valoarea:

(6)

Din relatiile (5) si (6), se obtine:

(7)

formula numita legea Poiseuille-Hagen, lege care da distributia vitezelor pe sectiunea conductei.

Printr-o coroana cilindrica de raza r si grosime dr debitul volumic elementar dQ_v este:

dQ_v prv dr (8)

iar debitul volumic este:

(9)

relatie numita legea Poiseuille; ea permite determinarea lui h

In practica se fac determinari relative. Cunoscand vascozitaea dinamica h a unui lichid de referinta (de exemplu apa) se determina vascozitatea dinamica h a unui alt lichid. Se determina duratele de curgere t si t necesare curgerii aceluiasi volum V din lichidul de referinta si din lichidul pentru care urmeaza sa-i determinam vascozitatea dinamica, in aceleasi conditii: aceelasi tub, aceasi diferenta de nivel si aceeasi temperatura. tinand cont ca:

(10)

(11)

si egaland cele doua relatii se obtine:

(12)

Dar curgerea se face sub aceeasi diferenta de nivel, deci diferentele de presiune sunt proportionale cu densitatile respective, adica:

(13)

tinand cont de relatia (13) relatia (12) devine:

, (14)

relatie folosita pentru determinarea vascozitatii dinamice necunoscute h

3. Descrierea instalatiei experimentale si a aparaturii utilizate

Aparatul utilizat este vascozimetrul Ostwald. Acesta (fig. 2), este format dintr-un tub in forma de U a carui ramura mai larga AB se termina la partea inferiora cu un rezervor sferic. Cealalalta ramura consta dintr-un tub capilar C terminat la partea superioara cu un rezervor sferic mai mic E. De o parte si de alta a rezervorului E sunt marcate doua repere m si n care determina un volum bine definit de lichid, al carui timp de scurgere se va determina experimental. Vascozimetrul trebuie sa stea in pozitie perfect verticala.

Fig. 2

4. Modul de lucru

Am folosit vascozimetrul spalat si apoi am verificat pozitia verticala a acestuia.. Apoi am folosit o palnie ca sa turnam lichidul, in cazul nostru mai intai alcoolul, in compartimentul B pana cand acesta a fost aproape plin. Am utilizat o pompita pentru a sufla prin orificiul A pana cand lichidul a umplut cu peste 2 cm compartimentul E, trecand astfel de punctul m. Dupa care am lasat ca lichidul sa se scurga pana cand a ajuns in dreptul indicatorului m, moment in care am pornit cronometrul si am masurat timpul de golire al compartimetului E, pana cand lichidul a ajuns in dreptul indicatorului n.

Am facut astfel 10 determinari, si apoi aparatul a fost spalat si am folosit ca lichid apoi apa, dupa ce in prealabil am masurat temperatura camerei: 23⁰ C. Rezultatele masuratorilor le-am trecut in urmatorul tabel:

nr.

crt.

t₀

(s)

t₁

(s)

kg/m·s)

5. Prelucrarea rezultatelor experimentale

Pentru fiecare lichid am facut astfel 10 determinari ale timpului de scurgere. Apoi am calculat mediile si , apoi folosind relatia (14) am determinat valoarea medie a vascozitatii dinamice. Abaterea patratica medie a rezultatelor am calculat-o cu formula propagarii erorilor. In relatiile (14) si (3), marimile h r si r variaza cu temperatura. Am considerat ca variatia lui r si r cu temperatura sunt neglijabile, considerand ca densitatile au urmatoarele valori:

apa: r = 1000 kg/m³;

alcool: r 792 kg/m³.

Valoarea vascozitatii dinamice a apei la temperatura de 23⁰ C a fost luata din tabelul:

t (⁰C)	h (kg/m·s)	t (⁰C)	h (kg/m·s)

6.Erorile statistice

Pentru orice experiment exista o valoare reala x₀ care nu poate fi determinata exact prin masuratori, de aceea se face media valorilor masurate care este cea mai apropiata de x₀. Pentru abaterea patratica medie se foloseste formula: