A mérési bizonytalanság becslése
Cél: tanulmány viszkozitású folyadékok és meghatározás beállított dinamikus folyadék viszkozitási együtthatót (glicerin, ricinusolaj) Stokes módszerrel.
2. Elméleti bevezetés
Kétféle a folyadékáramlás (vagy gáz): lamináris és turbulens. A lamináris áramlás (a lamina- lemez) folyadékot, mivel van osztva rétegek, hogy csúsztassa egymáshoz képest keverés nélkül. A turbulens áramlás (lat. Turbulentus- gyors, rendetlen) folyékony intenzíven és véletlenszerűen keverve. Mindenesetre, hogy a folyadék mozgása, meg kell cselekedni, ő külső erő, és ez az erő kell, hogy legyen nagyobb, mint a turbulens áramlás. A lamináris áramlás, a teljesítmény az ellenállás a folyadék meghatározott kívánunk létrehozni annak viszkozitását.
Viszkozitás (belső súrlódás) - tulajdonsága folyadékok (vagy gázok) ellenállni mozgását egy részletben a másik, a relatív.
Az alapvető törvénye belső súrlódás lamináris áramlást hoztak Newton (1687).
Tekintsük a folyadék irányában mozgó az y-tengelyen (ábra. I).
A két réteg folyadék
Válassza S. zhidkostidva réteg területen található távolság SRI # 916; Z. Hagyja, hogy a sebesség ezek a rétegek közötti különbség # 916; V .Otnoshenie # 916; V / # 916; Z jellemzi a változási sebessége sebesség Techa-TION rétegről rétegre és a hívott sebességgradiens. Az alapvető törvénye viszkózus áramlás kimondja, hogy a belső súrlódási erő (viszkozitás) F eljárva a két réteg között, arányos érintkezési területen S és a sebességgradiens # 916; V / # 916; Z:
érték # 951; az úgynevezett dinamikus viszkozitási együtthatót (az együttható belső súrlódás). Szerint (I) a dinamikus viszkozitás számszerűen egyenlő a belső súrlódási erő egységnyi felületére két réteg mozog egymáshoz képest egy sebességgradiens egyenlő egységét. Az SI-egységek dimenziója a dinamikus viszkozitási együttható kg # 8729; m -1 # 8729; s -1 (Pa # 8729; s). A folyadék viszkozitásának határozza meg a kifejtett erő, amelynek célja egy olyan szilárd test mozog egy folyadékban. A lamináris folyadékáramlást réteg a test, közvetlenül szomszédos a szilárd felszíne, ami a tapadási képest álló-de a. Az arány a többi réteg a testhez viszonyított növekszik, mint a távolság a felületre. A kapott ható erő a test, lehet összeadásával a hálózati (I), ható az egyes részek a felület, ez függ a mérete és alakja a test. A labda megvalósítása egyenletes transzlációs mozgása egy kis MSE-növekedés határtalan folyadékban, Fc-ellenállási erő számítás volt 1851-ben, a megyei. Angol fizikus J. Stokes .:
ahol r a sugara a labdát, # 965; - sebességet a labdát. A természet a viszkozitás a molekuláris-kinetikus elméletét a mozgás és a kölcsönhatás o6yasnyaet mo-molekulák. Ahol is folyadékok mechanizmusa előfordulásának belső-negotreniya jelentősen változik.
A távolság a gázmolekulák sokkal nagyobb sor molekuláris erők. A a gáz viszkozitása - következtében véletlenszerű (termikus) molekuláris mozgását, ami a csere molekulák közötti mozgó egymáshoz képest rétegesen. Vrezultate molekulákat a lassan mozgó rétegek esnek gyors, ezáltal lassítják le őket, és fordítva. Mivel az átlagos MSE-rostteplovogo molekuláris mozgását növekszik a hőmérséklet emelkedésével a T (arányában √T), a a gáz viszkozitása is arányosan növekedett melegítés √T.
A folyadékok, molekulák, ahol a távolság a set-edik kisebb, mint a gázokban, viszkozitás miatt intermolekuláris kölcsönösen a kölcsönhatás. A molekulák a folyadék a legtöbb időt lengjen az egyensúlyi helyzet, és csak időnként make ugrik-nek a sorrendben a molekula méretétől is. Folyadék áramlását a gyűjtemény számos ilyen ingadozások. Ve-ugrik valószínűsége növekszik az intenzitás rezgések, azaz a hőmérséklet növekedésével. Ezért a folyadék viszkozitásának csökkentésére etsya amikor melegítjük. Folyadék viszkozitása nagy mértékben függ a kémiai összetétel és a molekuláris szerkezete. Vchastnosti, viszkozitása a vizes glicerin észrevehetően csökkent növekvő víztartalmú benne (táblázat. 1).
A viszkozitás a vizes glicerin-oldatot
Az oldat viszkozitása (Pa # 8729; c)
Ahhoz, hogy megtalálja a dinamikus viszkozitási együttható J. Stokes javasolt alapuló módszer sebességét mérő őszi-egyformán vannak jelen a szervezetben folyadékkal. Tekintsük a labda mozog függőlegesen, egy oszlopban a folyékony (ábra. 2). A labda, három erő:
1) Gravity F = mg. Kifejezése a M tömegét a sűrűség # 961; és a V térfogata a labdát, kapjuk:
ahol V = 4 / 3πr 3. g - a nehézségi gyorsulás;
2) A felhajtóerő (Archimedes erő). A törvény szerint az Archi-mézes felhajtóerő egyenlő a tömeg a kiszorított folyadék:
ahol # 961; o- a folyadék sűrűségét, a „-” jel azt jelenti, hogy az erő irányát, a megyei fel. (A pozitív irányban a függőleges Z tengely, amelyre vetítjük erő kiválasztott irányba „le”);
3) a húzóerő (Stokes erő)
Itt a „-” jel azt jelenti, hogy a hatalom a Stokes, de ellentétes irányú # 965;. A kapott Fr erő egyenlő:
A leíró egyenlet a mozgás a labda nyerik a második Zuko-Newton:
Keresse függőség labda sebességét időről időre lehet döntés ebben a differenciál egyenletek. Átalakítani, hogy az alábbi formában:
# 961; Vd # 965; / (# 961 - # 961; o) a Vg - 6π # 951; r # 965; = dt (8)
Ezután megszorozzuk a bal és jobb oldalán a -6π # 951; r / # 961; V. megkapjuk
Integrálása mindkét oldalon:
# 965; - (# 961 - # 961; o) Vg / 6π # 951; r = const # 8729; e -6π # 951; R / # 961; V # 8729; t (11)
Const mennyiség függ a kezdeti sebesség a labda # 965; t = 0 (2. ábra).
őszén egy test folyadék
Funkció e -6π # 951; R / # 961; V # 8729; t csökken nagyon gyorsan növekvő idővel t. Ezért, függetlenül a kezdeti sebesség t idő múlva> Vg / 6π # 951; r labda mozog egy lényegében állandó sebességgel. Tól (11) képletű:
A sebességet mérő és tudván, # 961;. # 961; o. R, V, lehet találni a együtthatója dinamikus viszkozitás a következő képlet szerint:
Nem szabad elfelejteni, hogy a glicerin keverékében kálium-permanganáttal képez robbanó elegyet. Ricinusolaj és a glicerin gyúlékony folyadékok, veszélyesen közeledik a tüzet.
A használata üvegedények. Amikor a munka, hogy legyen óvatos az üveg.
Eszközök és kellékek: üveg hengeres edényt a vizsgált folyadék; egy sor labdák, különböző anyagok és méretek; MIR-12 mikroszkóp; egy üveg tárgylemezre; stopper; hidrométert; hőmérő; lépték; csipesz.
5.1. Mért mikroszkóp d átmérője a labdát, és a mért gyöngy elhelyezett csipesszel a tárgylemezen található a mikroszkóp tárgyasztalon. Igazítsa a látómezejében szemlencse md rometra a jobbra, majd a bal szélén a labdát (ábra. 3). Távolítsuk el a vízszintes-pontszám skála (egészek milliméter), és a skálán dob (tized és század milliméter). Keresse az átmérője a labdát, mint a különbség ezek között számít. A átmérője minden egyes gyöngy mért három különböző NAP-szisztematikus módon. A rögzített eredmények (táblázat. 2). A átmérője a labda, hogy a számtani átlagát a kapott eredményeket.
Vezetői a labda átmérője mérés
5.2. Annak meghatározására, a folyamatos sebesség a labda csepp zhidkos-ti. Ehhez a labda csipesszel, tegye a közepén nyitott a folyadék felszíne és felszabadulását. Amikor a labda kerül sor az első címke, indítsa el a stoppert. Mérjük meg a mozgás a labda közötti met-kami. Ha a szem a megfigyelő beütést kell elhelyezni szinten a megfelelő címkét. Végzett mérések minden golyó. Tata-be az eredményeket (táblázat. 3.). Számolja a sebessége a labda # 965 = # 953; / t, és rögzíteni az eredményeket a (3. táblázat).
A mérési eredmény átmérőjű golyók
Ball szám, az anyag
Visszaszámlálás bal szélén # 951; 1. # 8729; 10 -3 m
5.3. Ismételje meg 5.1. és 5.2. 5-6 labdák, különböző anyagok és méretek.
5.4. Mérjük meg a folyadék sűrűsége egy sűrűségmérő. Eredmények rögzített (táblázat. 3.). (Glicerin mérés előtt gondosan meg kell fordulni-Shat keverővel, így például a glicerin elnyeli vízgőz a levegőből, és ezzel megváltoztatjuk a sűrűség).
5.5. Méréséhez a folyadék hőmérsékletét hőmérő.
5.6. Keresse a referenciaérték a sűrűsége a labdát, és hogy a (táblázat. 3.).
5.7. Minden egyes gyöngy kiszámolása viszkozitása a következő képlet szerint (13) elő van formázva, hogy a faj
A kapott eredményeket a számítástechnikában (Tab. 3).
A kísérleti eredmények és számítások
a folyadék sűrűsége # 961; o. kg / m3
A sűrűsége a labda ;, # 961 kg / m 3
sebesség # 965;, m / s
viszkozitás # 951 # 8729;, Pa c
Közepes viszkozitású # 951; vö Pa # 8729; a
5.8. Számítsuk ki a középértéket és a viszkozitást rögzített (Tab. 3).
5.9. Abban az esetben, glicerin százalékos arányának meghatározására-zhany vizet tartalmaz. Erre a célra, szerint (táblázat. 1) ábrázoljuk a viszkozitás-függése látnia a glicerin százalékos arányának a-Nai közelebb a mért.
ÉRTÉKELÉS mérési hiba
6.1 abszolút és relatív hiba mérési a dinamikus viszkozitási együtthatót bruttó hibák kiszámításával [4] alapján a (14) képletű
6.2. Szerezd meg a képletet a relatív hiba # 949 = # 916; # 951; / # 951;. képlet alapján (16), és differenciáló logaritmusa nagyságának # 961;. # 953;. t, d.
6.3. Ahhoz, hogy alátámassza a fontosságát abszolút hibát közvetlenül mért értéke (# 961;. # 953;. t, d).
6.4. Számítsuk ki a relatív viszkozitás a hiba # 949 = # 916; # 951; / # 951; .
6.5. Számoljuk ki a abszolút hiba # 916, # 951 = # 949; # 951; Wed.
6.6. Írj egy következtetést. Az eredmény a vezetést formájában # 951; = (# 951; vö ± # 916, # 951;), Pa # 8729; p.
Ennek eredményeként a viszkozitás mérésével a folyadék tanult és együtthatója dinamikus viszkozitás a folyadék (glicerin, ricinusolaj) Stokes módszerrel.
A telek viszkozitás függvényében a glicerin százalékos arányának