В жидкостях внутреннее трение обусловлено действием межмолекулярных сил. Рас-стояния между молекулами жидкости сравнительно невелики, а силы взаимодействия значительны. Молекулы жидкости, подобно молекулам твердого тела, колеблются око-ло
положения равновесия, но эти положения не являются постоянными. По истечении некоторого времени молекула скачком переходит в новое положение. Это время назы-вается временем «оседлой жизни» молекулы. Среднее время «оседлой жизни» молекул называется временем релаксации . Вязкость жидкости обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия, характерными для каждого вещества. Вещества с малой вязкостью - текучи, и наоборот, сильно вязкие вещества могут иметь механическую твердость, как, например, стекло. Вязкость существенно зависит от количества и состава примесей, а также от температуры. С повышением температуры время релаксации уменьшается, что обуславливает рост подвижности жидкости и уменьшение ее вязко-сти.
Бросая шарик в сосуд, отмечают по секундомеру время t прохождения шариком расстояния l = АВ между двумя метками.
Если в формулу (6) подставить выражение для скорости движения v=l/t и вместо радиуса r ввести диаметр шарика d, то окончательная расчетная формула приобретает вид:
( 7)
Ход выполнения работы
1. Измерьте расстояние между метками А и В.
2. При необходимости измерьте с помощью ареометра плотность жидкости 0.
3. Измерьте микрометром или штангенциркулем диаметр d шарика.
4. Бросив шарик в сосуд с жидкостью, измерьте время t прохождения шариком рас-стояния между метками А и В.
5. По формуле (7) вычислите вязкость жидкости .
6. Аналогичные измерения проделайте с пятью шариками. Результаты измерений и вычислений заносите в таблицу 1 отчета.
7. По результатам всех опытов найдите среднее значение вязкости .
8. Для оценки систематической погрешности измерения вязкости используйте расчетную формулу (7). Выведите формулу для вычисления относительной погреш-ности измерения. При этом условно считается, что табличные величины, входящие в формулу, не имеют погрешностей, а погрешности измеренных величин /, d, опре-деляются точностью приборов, использованных для их измерения.
9. Полученное значение вязкости сравните с табличной величиной для дан-ной жидкости. При объяснении причин расхождения укажите какой из используемых измерительных приборов вносит в окончательный результат наибольшую погрешность.
Часть II. Определение вязкости воздуха по методу Пуазейля
Теория метода
При ламинарном движении жидкостей и газов по гладким цилиндрическим трубам расход (объем жидкости или газа, протекающих через поперечное сечение трубы за одну секунду), зависит от ее вязкости, диаметра трубы, ее длины и разности давления на ее концах. Соответствующее соотношение было выведено Пуазейлем и носит его имя.
V=p r2t/l ,
куда входят перепад давления, радиус трубы, длительность течения, коэффициент вязкости, длина трубы.
На основании этого соотношения разработан и широко применяется метод измерения вязкости жидкостей и газов - метод Пуазейля.
Для газов он состоит в измерении скорости ламинарного протекания газов в тонком капилляре с известными размерами и при контролируемой разности давлений. В данной работе по методу Пуазейля определяется вязкость воздуха. На величину вязкости газов большое влияние оказывают посторонние примеси. Для атмосферного воздуха, например, следует учитывать содержание водяных паров. В установках для точных измерений воздух перед поступлением в капилляр осушают различными, чаще всего химическими осушителями. Важно также помнить, что вязкость газов в большой степени зависит от их температуры, что также предусмотрено в лабораторных приборах.
Экспериментальная установка
Экспериментальная установка для определения воздуха (рис. 4) состоит из сосуда 1 со сливным шлангом 2, капилляра 3, мерительного стакана 4 и жидкостного манометра 5. Перед опытом сосуд заполняется водой. При опущенном шланге 2 уровень воды в со-суде уменьшается и возникает перепад давлений воздуха на концах А и В капилляра 3, который измеряется манометром 5. Освободившийся объем занимает воздух, прони-кающий в сосуд через капилляр. При этом объем вытекшей воды равен объему воздуха, прошедшему через капилляр.
Расчетная формула для определения коэффици-ента вязкости по методу Пуазейля имеет вид:
(8)
где d- диаметр капилляра, / - его длина, V- объем прошедшего через капилляр воздуха (объем вы-текшей из сосуда жидкости), р - перепад давле-ний на концах капилляра (показание манометра), t - время протекания воздуха через капилляр.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11