Цел: да се изследва ефекта на вискозно триене и един от методите за определяне на вискозитета на течности.
Инструменти и аксесоари: топки от различни диаметри, микрометър, шублер, владетел.
Елементи на теорията и експериментален метод
Всички реални течности и газове е присъщо на вътрешното триене, наричан също вискозитета. Вискозитет се проявява по-специално, които са възникнали в течност или газ движение след прекратяването на причините, поради които той е бил наречен, да се преустанови. От ежедневния опит, например, е известно, че за да се създаде и поддържа постоянен поток на течност в тръба трябва да има разлика в налягането между краищата на тръбата. Тъй като постоянен поток от течност се движи без ускорение, необходимостта от действието на силите на натиск, показва, че тези сили се балансират от някои сили, които затрудняват движението. Тези сили са силите на вътрешно триене.
могат да бъдат идентифицирани два основни режима на потока на течност или газ:
може да бъде разделен на тънки слоеве, всеки от които се движи в общия поток своя скорост и не се смесва с другите слоеве в ламинарен поток течност поток (газ). Ламинарен поток е в покой.
Когато потокът става турбулентен режим нестабилна - скоростта на частиците във всяка точка на всички времена на случаен принцип се променя. Потокът по този начин има интензивно смесване на течността (газ).
Обмислете режима за ламинарен поток. Самостоятелните в два слоя С. площта на потока на разстояние # 8710; Z един от друг и движещи се с различна скорост V 1 и V 2 (фиг.1). След това между тях сила на вискозно триене е пропорционална на градиент DV / DZ скорост в посока, перпендикулярна на посоката на потока:
където коефициентът # 956; по дефиниция, тя се нарича вискозитета или коефициент вътрешно триене, DV = V 1 2-V.
От (1) се вижда, че вискозитетът се измерва в Паскал секунди (Ра).
Трябва да се отбележи, че вискозитета зависи от характера и състоянието на течност (газ). По-специално, вискозитетът може да зависи в голяма степен от температурата, която се наблюдава, например, във вода (вж. Приложение 2). Не поддържа тази връзка на практика, в някои случаи може да доведе до значителни несъответствия между теоретичните изчисления и експериментални данни.
Вискозитетът на газ поради сблъсъка на молекули (виж Приложение 1), в течности -. междумолекулни взаимодействия ограничаващи молекулна подвижност.
Вискозитетите на някои течни и газообразни вещества са дадени в Приложение 2.
Както вече бе споменато, потокът от течност или газ може да протече в един от двата режима - ламинарен или турбулентен. Английски физик Осбърн Рейнолдс установено, че естеството на потока се определя от безразмерна величина
При което - количество наречен кинематичен вискозитет, V - скорост на флуида (или телесна течност) за, D - някои характеристика резолюция. В случай на флуиден поток в тръба под D реализира характеристика напречно сечение на тръбата (например, диаметър или радиус). При движение на тялото в течността под D реализира характеристика размера на тялото, като диаметъра на топката. За стойности на Re<1000 течение считается ламинарным, при Re> През 1000 потокът става турбулентен.
Един от методите за измерване на вискозитета вещества (viscosimetry) е падане метод топка, или метод на Stokes. Stokes показа, че топката се движи със скорост V в вискозна среда, силата на вискозно триене равни. където D - диаметър на топката.
Помислете за движение на топката, когато тя попада. Според втория закон на Нютон (фиг. 2)
,
Когато F - силата на вискозно триене - Архимед сила - силата на гравитацията, # 961; F и # 961; - плътност на течен материал и гранулите респективно. Решаването на този диференциално уравнение е следната зависимост от скоростта на топката от време на време:
Къде V 0 - начална скорост на топката, и
Е скоростта на стабилно движение (когато T >> # 964;). Количеството е времето за почивка. Тази стойност показва колко бързо режим стационарен движение. Обикновено се смята, че когато Т ≈3 # 964; движение не се различава от стационарен. По този начин, чрез измерване на скоростта Vy. Тя може да се изчисли vyazkoct течност. Имайте предвид, че формулата Stokes прилага на Рейнолдс номера по-малко от 1000, т.е. в режим ламинарен поток на течност шийката.
Лабораторна апаратура за измерване на вискозитета на течности по метода на Stokes е стъклен съд, пълен с тест течност. Най-високо, по оста на цилиндъра, хвърлят топки. Горните и долните части на плавателния съд са хоризонтална маркировка. Измерване на времето с хронометър движение на топката между марките и знаеше, разстоянието между тях, да намерите на скоростта на стабилно движение на топката. Ако бутилката е по-тесен, формулата за изчисление трябва да бъде изменен в смисъл на стените.
С оглед на тези изменения, формулата за изчисляване на вискозитета става:
Когато L - разстояние между марките, D - вътрешен диаметър на съда.
Редът на изпълнение
1. Измерете шублер чрез съд вътрешен диаметър с линийка - разстояние между хоризонталните маркировки върху плавателния съд, и с микрометър - диаметрите на топки, използвани в експеримента. Ускоряването на тежестта счита равна на 9,8 m / s2. плътност на течности и плътност на топки вещества, изброени в лабораторни условия.
2. Пропускането алтернативно мъниста в течността за измерване на преминаването на всеки от тях пътя между марки. Резултатите се записват в таблицата. Таблицата показва броя на експеримента, а диаметърът на топката по време на преминаването му, а резултатът от изчисляването на вискозитета за всеки експеримент.
3. Оценка на абсолютна грешка в резултатите от измерването и крайните стойности за продукция на # 956;. В този случай, се използва следната формула:
,
,
, , ,
Къде Ct. Cd. CL - разделяне единична цена, която е направена съответното измерване, К = 1,1, Tc∞ = 1,96 (при ниво на доверие на P = = 0,95).
4. Определяне на стойността на числото на Рейнолдс за един от експериментите и извод приложимостта на формула Stokes.
5. Оценка на пътя, изминат от топката, докато в режим стационарно движение. Ясно е, че за времето Т, изминатото разстояние се определя от интеграла
Показват, че когато T = 3 # 964; пътека S = 2V Y # 964; и оценка на този размер. Се направят изводи за коректността на преживяването.
Сходни публикации
Свързани статии