Måling af en væskes viskositet: 10 trin (med billeder)

Indhold

Trin
- Del 1 af 2: Forståelse af viskositet
- Del 2 af 2: Måling af viskositet
Tips
Advarsler
Fornødenheder

Viskositet kan defineres som graden af modstand af en væske til at strømme. Tag vand og melasse. Vand flyder relativt frit, mens melasse er mindre flydende. Fordi melasse flyder mindre let, har den en højere viskositet end vand. Selvom der er en række metoder at vælge imellem, når du måler viskositet, er det måske mindst komplicerede at slippe en kugle ned i en klar beholder med væske, hvis viskositet du vil bestemme. Men dette virker kun, hvis bolden er lille nok til, at flowet rundt om bolden er virkelig tyktflydende, og der ikke skabes turbulens. Bolden skal også være meget mindre end beholderen, så bolden kan falde ned i væsken mindst 5 `kugletværsnit` fra sidevæggen.

Trin

Del 1 af 2: Forståelse af viskositet

1. Definitionen af viskositet. Viskositet måler en væskes modstand mod at strømme. En væske med høj viskositet, såsom honning, flyder meget langsomt. En væske med lav viskositet, såsom vand, flyder hurtigt. Enheden for viskositet er et pascal sekund (Pa s).

Billede med titlen Mål viskositet Trin 2

2. Definer ligningen for viskositet. Dette eksperiment bruger dimensionerne af en kugle og dens passage gennem en væske til at beregne dens viskositet. Viskositetsligningen er: [2(s_s-s_l)ga]/9v. Her er s_s kuglens tæthed, s_l væskens densitet, g gravitationsaccelerationen, -en kuglens radius, og v kuglens hastighed.

Billede med titlen Mål viskositet Trin 3

3. Forstå variablerne i viskositetsligningen. Massefylde er massen pr. volumenenhed af et objekt og er angivet med a s. I denne ligning måler du tætheden af begge kugler, s_s, som væsken, s_l hvad han går igennem. Kuglens radius, -en kan findes ved at måle kuglens omkreds og dividere den med 2π. Accelerationen på grund af tyngdekraften g, er en konstant afhængig af atmosfæren på den planet, du befinder dig på. I dette tilfælde er du på Jorden, og det er du også g lig med 9,8 m/s. Farten v af kuglen, beregnes under eksperimentet og er den tid (i meter per sekund (m/s)), det tager objektet at rejse en vis afstand.

Del 2 af 2: Måling af viskositet

Billede med titlen Mål viskositet Trin 4

1. Saml de nødvendige materialer til eksperimentet. For at beregne viskositeten af en væske skal du bruge en kugle, en gradueret cylinder, en lineal, et stopur, den pågældende væske, en skala og en lommeregner. Dette eksperiment har mange trin, men når det følges korrekt, kan du beregne viskositeten af enhver væske med det.

Kuglen kan være en lille kugle af marmor eller stål. Sørg for, at diameteren ikke overstiger halvdelen af diameteren af gradueringscylinderen, så den let kan frigøres i cylinderen.
En gradueret cylinder er en plastikbeholder med markeringer på den ene side til måling af volumen.
Du kan bruge et ur i stedet for et stopur, men dine mål bliver mere nøjagtige med et stopur.
Væsken skal være klar nok til at se marmoren, når den falder ned gennem væsken. Test forskellige væsker ved forskellige strømningshastigheder for at se, hvordan deres viskositet adskiller sig.

Billede med titlen Mål viskositet Trin 5

2. Beregn tætheden af din valgte kugle. Det massefylde af både atmosfæren og væsken er nødvendige for at beregne viskositeten. Formlen for tæthed er

d = m / v

$d=m/f$ , hvorved d tætheden er, m objektets masse og v objektets volumen.

Mål massen ved at placere kuglen på en vægt. Skriv massen ned i gram (g).

Bestem det kuglens volumen med formlen V=(4/3) x π x r, hvor V er volumenet, π er konstanten 3,14 og r kuglens radius. Du kan udregn radius ved at måle kuglens omkreds og dividere den med 2π.

Du kan også finde volumen ved at måle forskydningen af vand i en gradueret cylinder. Bemærk den oprindelige placering af vandet, placer pæren i vandet og noter derefter den nye vandstand. Træk den første vandstand fra den anden vandstand. Resultatet er volumen af din pære i milliliter (ml).

Beregn tætheden af kuglen med formlen

d = m / v

$d=m/f$ . Enheden for massefylde er g/ml.

Billede med titlen Mål viskositet Trin 6

3. Bestem massefylden af den væske, du vil måle. Ved at bruge den samme massefyldeformel vil du så beregne densiteten af den pågældende væske.

Mål væskens masse ved først at veje den tomme målecylinder. Hæld væsken i den kalibrerede cylinder og vej den derefter igen. Træk massen af den tomme cylinder fra cylinderen, der indeholder væsken, for væskens masse i gram (g).

Bestem væskens volumen ved hjælp af den kalibrerede målecylinder og markeringerne på siden af målecylinderen. Optag volumen i milliliter (ml).

Brug formlen

d = m / v

$d=m/f$ og dine målte værdier for at beregne væskens tæthed i g/ml.

Billede med titlen Mål viskositet Trin 7

4. Fyld målecylinderen med væsken, der skal måles, og marker positionerne i toppen og bunden af cylinderen. Hæld langsomt din eksperimentelle væske i målecylinderen, fyld cylinderen halvt eller tre fjerdedele.

Lav et mærke nær toppen af cylinderen, cirka 2,5 fra toppen af væsken.

Tegn et andet mærke omkring en tomme fra bunden af den graduerede cylinder.

Mål afstanden mellem de øverste og nederste mærker. Placer bunden af linealen på det nederste mærke og mål afstanden til det øverste mærke.

Billede med titlen Mål viskositet Trin 8

5. Mål den tid, det tager for bolden at bygge bro over afstanden mellem mærkerne. Slip bolden ned i væsken og start stopuret, når bunden af bolden har nået mærket i toppen af cylinderen. Når bolden har nået det mærke, du lavede i bunden af cylinderen, skal du stoppe stopuret.

Lavviskositetsvæsker er sværere at måle med denne metode, fordi det er sværere at starte og stoppe stopuret nøjagtigt.

Gentag dette trin mindst tre gange (jo flere gange du gentager dette, jo mere nøjagtig bliver din læsning) og udregn gennemsnittet ud af tre gange. For at finde gennemsnittet skal du lægge tiderne for hvert enkelt eksperiment sammen og dividere med antallet af eksperimenter, du har udført.

Billede med titlen Mål viskositet Trin 9

6. Beregn kuglens hastighed. Hastighed er et mål for den tilbagelagte distance versus den tid, det tager at rejse den distance. Formlen for hastighed er

v = d / t

$v=d/t$ hvorved v hastigheden er, d den tilbagelagte afstand og t tiden.

Anvend dine målinger på ligningen

v = d / t

$v=d/t$ til at bestemme kuglens hastighed.

Billede med titlen Mål viskositet Trin 10

7. Beregn væskens viskositet. Brug oplysningerne opnået i formlen for viskositet: viskositet=[2(s_s-s_l)ga]/9v hvorved s_s er kuglens tæthed, s_l væskens densitet, g gravitationsaccelerationen (en fast værdi, 9,8 m/s), -en kuglens radius og v kuglens hastighed.

Lad os f.eks. sige, at væskens tæthed er 1,4 g/ml, kuglens tæthed er 5 g/ml, kuglens radius er 0,002 m, og kuglens hastighed er 0,05 m/s.

Sæt dette ind i ligningen: viskositet=[2(5-1,4)(9,8)(0,002)^2] /(9 x 0,05)=0,00062784 Pa s

Tips

En datatabel hjælper dig med at holde styr på dine målinger, så du kan holde alt organiseret.
Alle mål skal være metriske.
Glem ikke at skrive enheder ned i slutningen af beregningen.

Advarsler

Sørg for, at der ikke er vand eller andre væsker i målecylinderen, når du starter. Tilstedeværelsen af en anden væske kan gøre dine aflæsninger forkerte.
Når du fylder målecylinderen med væske, skal du passe på ikke at komme for tæt på toppen. Hvis du ikke efterlader nok plads, kan forskydningen af væsken forårsaget af kuglen resultere i, at væsken løber over, hvilket får dine beregninger til at være forkerte.
Rengør og tør pæren efter brug mellem hver test, før du taber pæren tilbage i målecylinderen.
Den bold, du bruger, skal have en højere densitet end den væske, der testes, for at denne proces kan fungere.

Fornødenheder

Lille, solid kugle eller kugleformet genstand, der ikke flyder på væsken under test
Væske til at måle tætheden af
Målecylinder, med en diameter fem gange større end kuglen
Lommeregner
Stopur
Målestok eller anden metrisk lineal
Highlighter blyant
Vægt eller balance