Lab meghatározása együttható átlátszó folyadék viszkozitása módszerrel Stokes
Lab № 2
Meghatározása a relatív viszkozitású, átlátszó folyadék MÓDSZER STOKES
Célkitűzés: ismeri a módszert az együttható megállapításának viszkozitási átlátszó folyadék mozgatásával egy csepp folyadék.
Hardver: üveghenger egy átlátszó folyadékkal; stopper; mikrométer; lépték; Az ólom golyó.
Az elmélet az anyag és módszer a teljesítmény
Transport Phenomena kombinált csoportban a folyamatok szabálytalanságaival kapcsolatos rendellenességek sűrűség, hőmérséklet, vagy a sebesség a normális mozgását az egyes anyagréteget. Átviteléhez jelenségek közé diffúzió, belső súrlódás és a hővezetési.
Phenomenon a belső súrlódás (viszkozitás) a előfordulása közötti súrlódási erők a rétegek a gáz vagy folyadék, mozgó, egymáshoz képest párhuzamosan és a különböző sebességek nagyságát. Réteg gyorsabban mozog, a gyorsuló erő hat egy lassan mozgó szomszédos réteg. Belső súrlódási erőket, amelyek akkor ebben az esetben, irányul érintőlegesen az érintkezési felület a rétegek (ábra. 1, 2).
A nagysága a belső súrlódási erő között a szomszédos rétegek arányos a területen, és a sebesség gradiens, vagyis a kapcsolatban, a kísérletileg kapott Newton
Az érték az úgynevezett együttható belső súrlódás és dinamikus viszkozitási együtthatóval. Az SI mérjük.
Beérkező az (1) érték azt jelzi, hogy a sebesség a folyadék a térben történő mozgatásával a megfigyelési pont egy olyan irányban, amely merőleges a rétegek. sebességgradiens koncepció ábrán látható. 1, 2.
Ábra. 1. Állandó sebességgradiens
Az 1. ábra a sebességeloszlás a folyadék rétegek két párhuzamosan elhelyezkedő lemeze, amelyek közül az egyik a helyhez kötött és a másik a sebesség. Hasonló a helyzet a réteg kenőanyag a mozgó részek között. Ebben az esetben, a folyékony rétegek közvetlenül szomszédos az egyes lemezek azonos sebességgel vele. Mozgó rétegek részben magával ragadja a szomszédos. Ennek eredményeként, a lemez közötti rést, változik a folyadék sebessége irányban egyenletesen. Tehát itt
.
Ábra. 2. Változtatható sebesség gradiens
A 2. ábra a folyadék sebességét eloszlása a mozgatása függőlegesen lefelé a labda sebességét.
Azt feltételezzük, hogy a sebesség alacsony, így, hogy a turbulencia a folyékony képződnek. Ebben az esetben, a folyékony közvetlenül szomszédos a felszínre a labda sebessége. Ebben a mozgás részt részben elválasztható a labdát a folyékony rétegek. Ebben az esetben a sebesség változó leggyorsabban az irányt a labda közel.
Szabad a sebességgradiens felületén a test azt jelzi, hogy működik a belső súrlódási erő, ami függ a viszkozitási együtthatót. Áttetsző elhatározta folyékony jellege és tipikusan függ lényegében a hőmérséklettől.
Az erőssége a belső súrlódási együttható és a folyadék viszkozitásának lehet különböző eljárásokkal határozhatjuk meg - a folyadék-kiáramlás sebessége a nyíláson keresztül, a mozgás sebessége a testnedvekben, stb Ebben a vizsgálatban, hogy meghatározzuk a módszer által javasolt Stokes.
Vegyünk például egy kis labdát egyenletes mozgási sugár a folyadékban. Jelöljük a sebessége a labda képest a folyadék át. A sebességeloszlás a szomszédos rétegek a folyadék magával ragadott labdát kell a ábrán bemutatott formában. 2. A közvetlen közelében a gömb felülete egyenlő ezt a sebességet, és a távolság csökken, és lényegében nullára csökken, egy bizonyos távolságra a felszínen a labdát.
Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a gömb sugara, annál nagyobb a súlya a folyadékot szív mozgásban, és arányosnak kell lennie a sugara a labdát :. Ekkor az átlagos értéket a golyófelület sebességgradiens egyenlő
.
A felület a labda, és a teljes súrlódási erő által tapasztalt a mozgó labda
.
Részletesebb számítások azt mutatják, hogy a világ, végül - Stokes képlet.
Szerint a Stokes képlet, például, hogy meghatározzuk a süllyedés a részecskék a köd és a füst. Ezt fel lehet használni megoldására fordított probléma - mérjük a sebességet a labda csepp a folyadék viszkozitása lehet meghatározni.
A lehullott labdát a folyadék mozog egyenletesen gyorsuló, de mivel ez növeli a sebességet növeli, és az erejét ellenállása a folyadék, amíg a gravitációs erő a folyékony gyöngy összegével egyenlő az ellenállási erők és a folyadék mozgását súrlódási erő a labdát. Miután ez a mozgás kerül sor állandó sebességgel.
Amikor labda mozog, folyékony réteget határos felületén, a labdát tapad és mozog labda sebességét. Legközelebbi szomszédos folyékony rétegek is vannak hajtva, de hogy megkapják sebesség, annál kisebb a távolabb vannak a labdát. Így, a számítás során figyelembe kell venni a környezeti ellenállási súrlódás külön folyadék rétegek egymás ellen, nem a súrlódási csepp folyadék.
Ha a labda esik be a folyékony, kiterjed végtelenül minden irányban, anélkül, hogy maga mögött hagyva minden csavarják (alacsony fordulatszám csepp, kis labda), majd, amint azt Stokes drag erő egyenlő
ahol - a belső folyadék súrlódási együttható; - sebessége a labdát; - a sugarát.
Továbbá erők a labda egy nehézségi erő, és a felhajtóerő egyenlő a súlya a kiszorított folyadék gyöngy. A labda
ahol, - sűrűsége a labdát anyag és a minta folyadék.
Mindhárom erők függőlegesen: a gravitációs erő - le, lift és vonóerő - felfelé. Az első alkalommal, amikor belép a folyadék, a labda felgyorsul. Tekintettel arra, hogy abban az időben halad a labda a felső jel a sebesség a már kialakult, megkapjuk
,
ahol - a folyosón a labdát a jelek közötti távolság - a jelek közötti távolság.
Mozgását a labdát növekszik, a gyorsulás csökken, és végül eléri a labda sebességét, ahol a gyorsulás lesz egyenlő nullával, akkor
Behelyettesítve (4) egyenlet értéke változó, kapjuk:
Megoldása (5) egyenlet vonatkozásában a belső súrlódási együttható, kapjunk számítási képlet:
Ábra. 3. A készülék Stokes
A 3. ábra a berendezés, amely a széles üveghenger bevonva két gyűrűs jelölések és vízszintes (- közötti távolság jelek), amely tele van vizsgálati folyadékkal (ricinusolaj, transzformátor olaj, glicerin) úgy, hogy a folyadék szintje volt 5¸8 cm-rel a felső jelet.
Az, hogy a teljesítmény
Méréséhez a belső folyadék súrlódási tényező, mint például az olaj, vesszük nagyon kis golyókat. A átmérőjét a golyók mikrométerrel megmérjük. Miközben a labda csepp - stopper.
1. Egy mikrométerrel mérjük meg a gömb átmérője.
2. Mérje meg a süllyedés egyes golyók két címkék és. Izzó alsó tölcsér nyílás és a áthaladási idő a felső jel indítsuk el a stoppert, és amikor a rajta áthaladó le az aljára címkét.
3. Töltse a tapasztalat, legalább öt alkalommal.
4. Mérje meg a két jel közötti távolság. Számolja a mozgás sebessége a labdát, és az (5), hogy az érték a viszkozitási együtthatót.
5. Az a folyadék sűrűségét, és megteszi a golyó ki a fizikai mennyiségek az asztalra.
6. Keresse meg a középértéke viszkozitási együtthatóval rendelkező, megbecsülni az abszolút és relatív mérési hiba.
1. Mi az eljárás viszonyának meghatározása a folyadék viszkozitása Stokes?
2. Milyen erők hatnak a labdát, ha mozog a folyadék?
3. Hogyan működik az együttható belső súrlódása folyadékokat a hőmérséklet?
4. Melyik a folyadék áramlását az úgynevezett lamináris és turbulens? Által meghatározott Reynolds számú áramlás?
5. Mi a fizikai értelmében a együtthatója a folyadék viszkozitása?
6. Miért mérések csak akkor érvényesek, alacsony sebességnél?
7. folyékony glicerinnel vagy vízzel viszkozitást meg lehet határozni pontosabban ezzel a módszerrel?
8. Két vezető golyó különböző átmérőjű. Néhány közülük a ráta csökkenése a folyadék lesz?
9. Jellemezze az egyéb közlekedési jelenségek (diffúzió és a hővezetési). Milyen törvények engednek?