Порядок виконання роботи

1. Записати вихідні дані: сталу приладу b = (2,40± 0,05) 10^-6 м ²/с², густину рідини r ₀ = (1,25±0,05) 10³ кг/м³, густину кульки r = (2,25 ±0,05) 10³ кг/м³, температуру рідини t °С.

2. Відтягнути фіксатор 7 і обернути термостат 1 на 180°. Фіксатор 7 відпустити. Скляна кулька у внутрішньому циліндрі почне опускатися. Під час проходження кулькою середньої мітки на циліндрі увімкнути секундомір. Тричі виміряти секундоміром час t проходження кулькою відстані l між двома мітками на скляній трубці за початкової температури t ₁°С.

3. Увімкнути ЛАТР у мережу і подати напругу живлення (U = 80В) на нагрівник. У разі підвищення температури рідини у термостаті на 3–5°С живлення вимкнути і знову тричі виміряти час руху кульки на відстані l за цієї температури.

4. Виконати аналогічні досліди ще за трьох–п’яти різних температур.

5. Розрахувати середні значення t для кожної температури. Результати вимірювань та обчислень записати в таблицю:

Номер за пор.	t °, °С	D t °, °С	t, c	D t, С	r ₀, кг/м³	r, кг/м³	h, Па с	D h, Па с	ln h	1/ Т °С^-1

...

C.з.

6. За формулою (4) обчислити значення коефіцієнта в’язкості рідини для кожної температури.

7. Абсолютну похибку D h обчислити за формулою

8. Побудувати графіки залежностей h = f (t °С), ln h = f (1/ T).

9. Обчислити згідно з (7) енергію активації Е для трьох різних пар значень h і Т. Виконати усереднення і розрахувати D Е.

10. Записати кінцевий результат у вигляді

Е = (` E ± D` E), Дж/кмоль, Е_E =...%.

Контрольні запитання

1. Від чого залежить сила внутрішнього тертя в рідинах і газах?

2. У чому полягає фізичний зміст коефіцієнта в’язкості рідин?

3. Запишіть і поясніть формулу Стокса. За яких умов її можна застосовувати?

4. На яких принципах ґрунтується метод визначення коефіцієнта в’язкості рідини за допомогою віскозиметра Хепплера?

5. Які сили діють на кульку під час її руху в рідині?

6. Від чого залежить коефіцієнт в’язкості рідини?

7. Що таке енергія активації молекули рідини?

Лабораторна робота № 203. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА В’ЯЗКОСТІ РІДИНИ ЗА ДОПОМОГОЮ КАПІЛЯРНОГО ВІСКОЗИМЕТРА ОСТВАЛЬДА

Завдання: визначити коефіцієнт в’язкості рідини за допомогою капілярного віскозиметра Оствальда.

Приладдя: капілярні віскозиметри, ручна помпа, термометр, секун-домір, дистильована вода, досліджувана рідина.

Теоретичний матеріал, який необхідно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: головні поняття гідродинаміки, закон Пуазейля, ламі нар-ний і турбулентний потік рідини, гідростатичний тиск (див. також перелік матеріалу до роботи № 201).

Література:

1) § 7.6–7.9, с. 114–124;

2) § 14.2.3, с. 36–38;

3) § 60, с. 186–190;

4) § 28, 31–33, с. 51–52, 55–59.

Опис установки. Експериментальна установка для вимірювання в’язкості рідин (рис. 4) складається з двох однакових віскозиметрів 1 і 2, розміщених у термостаті 3. Нижні резервуари віскозиметрів заповнені дистильованою водою і досліджуваною рідиною. Пампа 4 призначена для піднімання рівня рідини у віскозиметрі. Час протікання рідини через капіляр вимірюють секундоміром 5.

Ідея роботи та виведення робочої формули. За формулою Пуазейля об’єм рідини V, яка протікає за час t по капіляру з радіусом R під дією гідростатичного тиску rgh,

, (1)

де l – довжина капіляра; r – густина рідини; h – висота капіляра; h– коефіцієнт в’язкості рідини.

Якщо відомі конструктивні розміри віскозиметра і виміряно значення потрібних величин експеримент-тально, то з (1) можна визначити h. У цій роботі використовують порівняльний метод визначення коефіцієнта в’язкості рідини, забезпечуючи в експерименті сталість величин V,R, h і l. Цього досягають використанням одного віскозиметра або двох ідентичних віскозиметрів з досліджуваною рідиною і рідиною з відомою в’язкістю. Тоді з (1) матимемо

i .

Однак V ₁= V ₂, тоді, прирівнявши праві частини рівнянь, легко отримати формулу для h:

, (2)

де h і r – коефіцієнт в’язкості та густина досліджуваної рідини; h ₀ і r ₀ – коефіцієнт в’язкості та густина дистильованої води.

Вираз (2) є робочою формулою лабораторної роботи.

Формулу Пуазейля (1) можна вивести з таких міркувань. Нехай по трубі радіусом R і довжиною l (рис. 5) тече в’язка рідина зі швидкістю v. Протікання забезпечує різниця сил тиску на торцях циліндра F ₁ та F ₂. Водночас між шарами рідини виникає сила внутрішнього тертя

, (3)

де dv / dr – градієнт швидкості в напрямі радіуса; S=2prl – площа бокової поверхні циліндричного шару рідини. Оскільки v = const, то F ₁– F 2= F ₃, або

. (4)

Проінтегруємо цю рівність, отримаємо

. (5)

Сталу інтегрування С визначаємо з умови, що біля стінок труби v = 0. Тоді

, а . (6)

Формула (6) свідчить, що швидкість рідини розподілена в напрямі, перпендикулярному до осі труби, за квадратичним законом і є максимальною на осі труби.

Визначимо тепер об’єм рідини, яка протікає через трубу за одиницю часу. Для цього розіб’ємо поперечний переріз труби на кільця товщиною dr з радіусом r. Тоді dV=2pvrdr. Після інтегрування