Ako merať viskozitu?
Na meranie viskozity naplňte odmerný valec kvapalinou, ktorá sa má merať, a označte polohy kvapaliny v hornej a spodnej časti valca. Vhoďte do kvapaliny mramor a spustite stopky. Potom zaznamenajte čas, ktorý musí lopta spadnúť medzi značky. Vypočítajte rýchlosť gule a potom vložte informácie, ktoré ste zhromaždili, do vzorca viskozity, aby ste dostali odpoveď! Ak sa chcete dozvedieť viac o koncepte viskozity, čítajte ďalej!
Na meranie viskozity naplňte odmerný valec kvapalinou, ktorá sa má merať, a označte polohy kvapaliny v hornej a spodnej časti valca.
Viskozitu možno definovať ako meranie odporu kvapaliny voči prúdeniu, tiež sa označuje ako vnútorné trenie kvapaliny. Zvážte vodu a melasu. Voda tečie relatívne voľne, zatiaľ čo melasa je menej tekutá. Pretože je melasa odolnejšia voči prúdeniu, má vyššiu viskozitu ako voda. Aj keď pri rozhodovaní o tom, ako merať viskozitu, existuje niekoľko spôsobov, z ktorých si možno vybrať, asi najmenej komplikovaná je vloženie loptičky do priehľadnej nádoby s kvapalinou, pre ktorú sa pokúšate určiť viskozitu.
Časť 1 z 2: pochopenie viskozity
- 1Definujte viskozitu. Viskozita meria odpor kvapaliny voči toku. Tekutina s vysokou viskozitou tečie veľmi pomaly, ako med. Tekutina s nízkou viskozitou tečie rýchlo, ako voda. Jednotkou viskozity je pascalová sekunda (Pa s).
- 2Definujte rovnicu viskozity. Tento experiment bude vykonávať merania gule a jej prechodu kvapalinou na výpočet viskozity. Rovnica pre viskozitu je [2 (p s -p l) ga 2]/9v kde p s je hustota gule, p l je hustota kvapaliny, g je gravitačné zrýchlenie, a je polomer guľa a v je rýchlosť gule.
- 3Pochopte premenné vo viskozitnej rovnici. Hustota je hmotnosť na jednotku objemu predmetu a je označená p. V tejto rovnici musíte zmerať hustotu gule, p s, a kvapaliny, ktorou p l prechádza. Polomer gule, a, možno zistiť zmeraním obvodu gule a jej vydelením 2π. Gravitačné zrýchlenie, g, je konštanta závislá od atmosféry planéty, na ktorej sa nachádzate. V tomto prípade ste na Zemi, takže g je 9,8 m/s 2. Rýchlosť gule v je vypočítaná počas experimentu a je to čas, za ktorý predmet prejde konkrétnu vzdialenosť v metroch za sekundu (m/s).
Na vykonanie výpočtu viskozity je potrebná hustota sféry a kvapaliny.
Časť 2 z 2: meranie viskozity
- 1Zhromaždite potrebné materiály na experiment. Na výpočet viskozity kvapaliny budete potrebovať guľu, odmerný valec, pravítko, stopky, príslušnú kvapalinu, váhu a kalkulačku. Tento experiment má mnoho krokov, ale ak ich budete správne dodržiavať, umožní vám vypočítať viskozitu akejkoľvek kvapaliny.
- Guľa môže byť malá mramorová alebo oceľová guľa. Uistite sa, že jeho priemer nie je väčší ako polovica priemeru odmerného valca, aby ho bolo možné ľahko vložiť do valca.
- Odmerný valec je plastová nádoba, ktorá má na boku odstupňované značky, ktoré vám umožňujú zmerať objem.
- Namiesto stopiek môžete používať hodinky, ale pomocou stopiek budú vaše merania presnejšie.
- Tekutina musí byť dostatočne priehľadná, aby videla mramor, ako kvapká tekutinou. Skúste otestovať mnoho rôznych kvapalín s rôznymi prietokmi, aby ste zistili, ako sa líšia ich viskozity. Môžete vyskúšať niektoré z bežných tekutín, vrátane vody, medu, kukuričného sirupu, kuchynského oleja a mlieka.
- 2Vypočítajte hustotu vami zvolenej gule. Na vykonanie výpočtu viskozity je potrebná hustota sféry a kvapaliny. Vzorec pre hustotu je d = m/v {\ Displaystyle d = m/v} , kde d je hustota, m je hmotnosť objektu a v je objem objektu.
- Zmerajte hmotnosť umiestnením gule na váhu. Zaznamenajte hmotnosť v gramoch (g).
- Určte objem gule pomocou vzorca V = (1,33) x π xr 3, kde V je objem, π je konštanta 3,14 a r je polomer gule. Polomer môžete nájsť tak, že zmeriate okolo stredu gule, aby ste získali jej obvod, a potom obvod vydelíte 2π.
- Objem môžete nájsť aj meraním výtlaku vody v odmernom valci. Zaznamenajte počiatočný stav vody, umiestnite guľu do vody a zaznamenajte novú hladinu vody. Od novej hladiny vody odpočítajte začiatočné písmeno. Toto číslo sa rovná objemu vašej gule v mililitroch (ml).
- Vypočítajte hustotu pomocou vzorca d = m/v {\ Displaystyle d = m/v} . Jednotka hustoty je g/ml.
- 3Určite hustotu kvapaliny, ktorú meriate. Pomocou rovnakého vzorca hustoty uvedeného vyššie budete ďalej vypočítavať hustotu príslušnej kvapaliny.
- Zmerajte hmotnosť kvapaliny najskôr odvážením prázdneho odmerného valca. Nalejte svoju kvapalinu do odmerného valca a potom znova odvážte. Odpočítajte hmotnosť prázdneho valca od hmotnosti valca s kvapalinou v ňom, aby ste získali hmotnosť kvapaliny v gramoch (g).
- Ak chcete zistiť objem kvapaliny, jednoducho určte množstvo tekutiny, ktoré ste naliali do odmerného valca, pomocou stupňovitých značiek na boku valca. Zaznamenajte objem v mililitroch (ml).
- Na výpočet hustoty kvapaliny v g/ml použite vzorec d = m/v {\ displaystyle d = m/v} .
- 4Naplňte a označte odmerný valec. Najprv naplňte odmerný valec kvapalinou, ktorú chcete odmerať. Potom označte polohy v hornej a dolnej časti valca. Experimentálnu kvapalinu pomaly nalejte do odmerného valca a naplňte valec asi do polovice až troch štvrtín cesty na vrchol.
- Nakreslite značku v hornej časti valca asi 2,5 centimetra (1 palec) od hornej časti kvapaliny.
- Nakreslite druhú značku asi 2,5 centimetra (1 palec) (1 palec) zo spodnej časti odmerného valca.
- Zmerajte vzdialenosť medzi hornými a dolnými značkami. Umiestnite spodnú časť pravítka na spodnú značku a zaznamenajte vzdialenosť k hornej značke.
Pretože výsledok s najväčšou pravdepodobnosťou nebude taký presný, bolo by vhodné zvoliť inú metódu merania viskozity. - 5Zaznamenajte si čas, kým loptička klesne medzi značky. Vložte loptu do tekutiny a spustite stopky, keď spodná časť loptičky dosiahne značku v hornej časti valca. Akonáhle loptička dosiahne značku, ktorú ste urobili v spodnej časti valca, zastavte stopky.
- Kvapaliny s nízkymi viskozitami budú pri tejto metóde ťažšie merať, pretože bude ťažšie presne spustiť a zastaviť stopky.
- Tento krok zopakujte najmenej trikrát (čím viackrát opakujete, tým presnejšie bude vaše meranie) a trikrát ich spriemerujte. Ak chcete zistiť priemer, sčítajte časy pre každú skúšku a vydelte ich počtom skúšok, ktoré ste vykonali.
- To funguje najlepšie, ak je lopta dostatočne malá, aby tok okolo lopty bol skutočne viskózny a ďaleko od turbulentných. Lopta musí byť tiež oveľa menšia ako nádoba, aby na ňu bolo možné zhodiť najmenej 10 polomerov gule z bočných stien.
- 6Vypočítajte rýchlosť gule. Velocity je meranie prejdenej vzdialenosti za uplynulý čas na prejdenie tejto vzdialenosti. Vzorec pre rýchlosť je v = d/t {\ Displaystyle v = d/t} kde v je rýchlosť, d je prejdená vzdialenosť a t je čas.
- Pomocou svojich meraní ich zapojte do rovnice a nájdite rýchlosť gule. V = d/t {\ Displaystyle v = d/t}
- 7Vypočítajte viskozitu kvapaliny. Získané informácie vložte do vzorca pre viskozitu: viskozita = [2 (p s -p l) ga 2]/9v kde p s je hustota gule, p l je hustota kvapaliny, g je zrýchlenie v dôsledku gravitácie (fixná hodnota 9,8 m/s 2), a je polomer gule a v je rýchlosť gule.
- Povedzme napríklad, že hustota vašej tekutiny je 1,4 g/ml, hustota vašej gule je 5 g/ml, polomer gule je 0,002 m a rýchlosť gule je 0,05 m/ s.
- Pripojenie do rovnice: viskozita = [2 (5 - 1,4) (9,8) (0,002)^2]/(9 x 0,05) = 0,00062784 Pa s
- Vedenie tabuľky údajov vám môže pomôcť sledovať vaše merania tam, kde by ste sa inak mohli dezorganizovať.
Vypočítajte rýchlosť gule a potom vložte informácie, ktoré ste zhromaždili, do vzorca viskozity, aby ste dostali odpoveď! - Všetky merania by mali byť metrické.
- Nenechajte zabudnúť pridať jednotky na konci výpočtu.
- Lopta, ktorú použijete, musí mať väčšiu hustotu ako kvapalina, aby tento proces fungoval.
- Keď naplníte odmerný valec kvapalinou, urobte bod, aby ste sa nedostali príliš blízko k vrcholu. Ak nenecháte dostatok miesta, výtlak tekutiny spôsobený guľou môže mať za následok pretečenie, čo by vaše výpočty vyhodilo.
- Na začiatku skontrolujte, či v odmernom valci nie je voda ani iná tekutina. Prítomnosť ďalšej tekutiny môže spôsobiť, že vaše merania budú nepresné.
- Kvapalinu z gule očistite a medzi jednotlivými behmi dôkladne vysušte, než ju vhodíte do odmerného valca.
- Malý pevný predmet v tvare gule alebo gule, ktorý nepláva na použitej tekutine
- Kvapalina na meranie
- Odstupňovaný valec väčší ako guľa
- Kalkulačka
- Stopky
- Meracia tyč alebo iné metrické pravítko
- Tuková ceruzka
- Mierka alebo rovnováha
Prečítajte si tiež: Ako zmapovať lineárnu oblasť medzi výkonovou funkciou a jej deriváciou?
Otázky a odpovede
- Čo to znamená, keď je jednotka meraná v „cP“?To znamená, že mernou jednotkou je centipose. 1 Pa s = 1000 cP zhruba. Obe jednotky sú správne. Vzorec, ktorý použijete, určí jednotky, ale môžete ich jednoducho previesť.
- Ak vzorec pre viskozitu platí iba vtedy, ak guľa dosiahla svoju koncovú rýchlosť, ako viem, ako ďaleko od povrchu sa to stane?Odkaz je uvedený v kroku číslo 4, vysvetlenie bude nasledovné, keď máte trenie alebo odpor produkovaný cestovným médiom (v tomto prípade kvapalným), ťah objektu sa vytvára v oblasti, v ktorej sa priamo dotýka média, zatiaľ čo v cestovanie, pretože tento experiment je založený na guli a bez ohľadu na rotáciu alebo vzdialenosti stien, teoretické trenie sa vytvára v prednej polovici v smere pohybu, akonáhle prejdete týmto bodom a loptička je pokrytá tekutinou, trenie stane sa konštantným (pretože zrýchlenie je dané gravitáciou) a v tom okamihu ste dosiahli maximálnu rýchlosť. To je dôvod, prečo navrhnúť značku 2,5 cm pod hladinou kvapaliny.
- Ako načasujem pád cez nepriehľadnú tekutinu?Pravdepodobne by to bolo ťažké, pokiaľ guľa nemá jasnú farbu a nie je ju možné vidieť cez kvapalinu. Pretože výsledok s najväčšou pravdepodobnosťou nebude taký presný, bolo by vhodné zvoliť inú metódu merania viskozity.
- Je viskozita priamo úmerná hustote kvapaliny? Ak áno, existuje nejaký graf na výpočet viskozity?Viskozita a hustota sa týkajú dvoch rôznych vlastností kvapaliny. Prvý z nich má do činenia so šmykovými účinkami medzi molekulami a druhý s molekulovou hmotnosťou a tým, ako tesne sú tieto molekuly zabalené.
- Čo znamená „A“ v viskozitnej rovnici?To je polomer gule. Povie vám, ako to zmerať v kroku 2 vyššie.
- Aká je viskozita vody?Pri 25°C je viskozita vody 8,90 × 10–4 Pa s.
- Aká je jednotka viskozity pri použití tejto rovnice?Mernou jednotkou použitou v tejto rovnici je pascalová sekunda (Pa s).
Nezodpovedané otázky
- Čo znamenajú h1 a h2 v rovnici viskozity?
- Mali by byť všetky jednotky pri meraní viskozity rovnaké?
- Čo sa používa na meranie viskozity mazacieho oleja, keď dosiahne asi štyridsať až sto stupňov Celzia?
- Existujú nejaké kalkulačky viskozity, ktoré môžem použiť online?
Komentáre (8)
- Dobré vysvetlenie s príkladmi!
- Veľký článok praktického významu. Pomohlo mi to získať praktické znalosti.
- Ste úžasní, pomohli ste mi s mojím projektom. Boh žehnaj.
- To je v mojom projekte veľmi užitočné. Potrebujem zmerať viskozitu kyseliny boritej+vody, kyseliny boritej+repkového oleja a rôznych kvapalín. Nemám žiadny nástroj na meranie toho istého a pomáham tomuto postupu pri lacnom zisťovaní viskozity.
- Článok vysvetlil experiment veľmi jednoduchým spôsobom.
- Veľmi jasné na pochopenie!
- Pomohlo mi to pri mojej práci a dokázanie veci, ďakujem.
- K dispozícii sú konkrétne podrobnosti.
