Определение вязкости вискозиметром Стокса

Вискозиметр Стокса 3 достаточно прост, содержит цилиндрическую емкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик. Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика в ней следующим образом.

1. Повернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости на 180^о и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе 3. Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости

n = g d² t (r_ш/r -1) / [18l + 43.2l (d/D)],

где g – ускорение свободного падения; d, D – диаметры шарика и цилиндрической емкости; r, r_ш - плотности жидкости и материала шарика.

3. Сравнить опытное значение коэффициента вязкости n с табличным значением n^* (см. табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Вид жидкости	r, кг/м³	t,с	l, м	d, м	D, м	r_ш, кг/м³	n, м²/с	n^*, м²/с
М-10					0,02

Примечание.В устройстве № 1 вместо вискозиметра Стокса может быть встроен вискозиметр - плотномер конструкции ТГАСУ, в котором шарик падает с малым зазором в открытой с обоих концов трубке. В этом случае следует: зафиксировать время падения шарика t и перепад уровней жидкости h в цилиндрической емкости и трубке; вычислить значения плотности жидкости r=r_ш/(1+А h) и кинематический коэффициент вязкости n=Вht, где А и В – постоянные прибора.

1.3.4. Измерение вязкости капиллярным
вискозиметром

Капиллярный вискозиметр 4 включает емкость с капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из емкости через капилляр.

1. Перевернуть устройство № 1 (см. рис. 1.1) в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S) из емкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

2. Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости n=М t (М - постоянная прибора) и сравнить его с табличным значением n^* (см. табл. 1.1). Данные свести в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

Вид жидкости	М, м²/с²	t, с	n, м²/с	T,^ОС	n^*, м²/с
М-10	5*10^-6	17.1

Примечание.В табл. 1.1 приведены значения коэффициента вязкости жидкостей при температуре 20 °С. Поэтому опытные значения, полученные при другой температуре, могут существенно отличаться от табличных значений.

1.3.5. Измерение поверхностного натяжения
сталагмометром

Сталагмометр 5 служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит емкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении емкости с заданным объемом.

1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель n.

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения s = Кr/n (К - постоянная сталагмометра) и сравнить его с табличным значением s ^* (см. табл.1.1). Данные свести в таблицу 1.6.Таблица 1.6

Вид жидкости	К, м³/с²	r, кг/м³	n	s, Н/м	s^*, Н/м
M-10	6.67*10^-3

РАБОТА 2. ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Цель работы. Изучение устройства и принципа действия жидкостных приборов для измерения давления.

Общие сведения

Гидростатическим давлением называют нормальное сжимающее напряжение в неподвижной жидкости, т. е. силу, действующую на единицу площади поверхности. За единицу измерения давления в международной системе принят паскаль (Па = Н/м²).

Различают абсолютное, атмосферное, манометрическое и вакуумметрическое давления.

Абсолютное (полное) давлениер отсчитывается от абсолютного вакуума. Атмосферное давление р_а создается силой тяжести воздуха атмосферы и принимается в обычных условиях равным 101325 Па или 760 мм рт. ст. Избыток давления над атмосферным называют манометрическим (избыточным) давлением (р_м = р - р_а), а недостаток до атмосферного давления - вакуумметрическим давлением (р_в = р_а - р).

Приборы для измерения атмосферного давления назвали барометрами, манометрического - манометрами, вакуума - вакуумметрами. По принципу действия и типу рабочего элемента приборы подразделяются на жидкостные, механические и электрические.

Жидкостные приборы исторически стали применяться первыми. Их действие основано на принципе уравновешивания измеряемого давленияр силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе:

p = rgh,

где r - плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба жидкости h (мм рт. ст., м вод.ст.).Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны только при измерении небольших давлений.

В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию чувствительного элемента (трубка, мембрана, сильфон), которая с помощью специальных механизмов передается на указатель. Такие приборы компактны и имеют большой диапазон измеряемых давлений.

В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал. Сигнал регистрируется показывающим (вольтметр, амперметр) или пишущим (самописец, осциллограф) приборами. В последнем случае можно фиксировать давление при быстропротекающих процессах.

2.2. Описание устройства № 2 и жидкостных
приборов

Ртутный барометр состоит из вертикальной стеклянной трубки с миллиметровой шкалой и закрытым верхним концом, которая заполнена ртутью, и чаши с ртутью, в которую опущена трубка нижним концом. Таким прибором впервые было измерено атмосферное давление итальянским ученым Э. Торричелли в 1642 г.

Для демонстрации других приборов служит устройство № 2, которое выполнено прозрачным и имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное давление, и резервуар 2, частично заполненный водой (рис. 2.1, а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3, 4 и 5. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.

Однотрубный манометр(пьезометр) 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а нижним - с резервуаром 2. Им определяется манометрическое давление p_м=rgh_пна дне резервуара.

Уровнемер 4соединен обоими концами с резервуаром и служит для измерения уровня жидкости H в нем.

Мановакуумметр 5 представляет собой U - образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым коленом он подключен к резервуару 2, а правым - к полости 1 и предназначен для определения манометрическогоp_мо= rgh_м
(рис. 2.1, а) или вакуумметрического p_во= rgh_в(рис. 2.1,б) давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2. Давление в резервуаре можно изменять путем наклона устройства.

При повороте устройства в его плоскости на 180⁰ против часовой стрелки (рис. 2.1, в) канал 4 остается уровнемером, колено мановакуумметра 5 преобразуется в пьезометр 6, а пьезометр 3 - в вакуумметр (обратный пьезометр) 7, служащий для определения вакуума p_во= r gh_внад свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.

a) p_о> p_а

б) p_о<p_а

в) p_о<p_а