Цель работы: ознакомиться с принципом работы капиллярного вискозиметра, измерить вязкость глицерина различной плотности.
Методы измерения вязкости основаны на регистрации параметров, функционально связанных с вязкостью. Связь между этими экспериментально определяемыми параметрами и вязкостью обосновывается в математических теориях.
Экспериментальная часть
Определение вязкости жидкости методом капиллярного истечения.
Принцип измерения вязкости этим методом основан на определении времени истечения определенного объема жидкости через капилляр из измерительного резервуара.
Ход работы:
- Собрали прибор, как показано на рисунке 1 опустили капиллярную трубку в сосуд 7 с исследуемой жидкостью.
Рисунок 1 – Схема капиллярного стеклянного вискозиметра типа ВПЖ-3
В вискозиметр через насадку 1, открыв стеклянный кран 2, засосали раствор глицерина из сосуда с помощью водоструйного насоса до тех пор, пока насадка не наполнилась примерно наполовину. Затем закрыли кран.Отделили от вискозиметра насадку, опустили сосуд и измерили время истечения раствора глицерина между отметками М1 и М2. Сделали по 5 измерений при температуре 20°C и 40 °C (таблица 1).Ареометром измерили плотность исследуемой жидкости (таблица 1).
Таблица 1 – Лабораторные данные по плотности растворов глицерина и времени их истечения из капилляра
| Концентрация раствора, масс.% | Плотности при
20°C, г/мл |
Плотности при
40°C, г/мл |
Время истечения при 20°C, с | Время истечения при 40°C, с |
| 30 | 1,069 | 1,066 | 3 | 1 |
| 40 | 1,098 | 1,091 | 4 | 2 |
| 50 | 1,128 | 1,116 | 6 | 3 |
| 60 | 1,157 | 1,143 | 10 | 5 |
| 70 | 1,183 | 1,171 | 22 | 9 |
Коэффициент вязкости жидкости рассчитывали по формуле
где k‘ = 8,856 (мСт/с) — константа вискозиметра,
t – время истечения жидкости (в секундах),
d − плотность жидкости в г/см3.
Значение вязкости, рассчитанное по этой формуле, имеет размерность миллипуаз (мП).
Таблица 2 – Лабораторные данные по плотности растворов глицерина и времени их истечения из капилляра, а также значения вязкости
| Концентрация раствора, масс.% | Плотности при
20°C, г/см3 |
Плотности при
40°C, г/см3 |
Время истечения при 20°C, с | Время истечения при 40°C, с | Коэффициент вязкости жидкости при 20 °C, мП | Коэффициент вязкости жидкости при 40°C,
мП |
| 30 | 1,069 | 1,066 | 3 | 1 | 28,4 | 9,4 |
| 40 | 1,098 | 1,091 | 4 | 2 | 38,9 | 19,3 |
| 50 | 1,128 | 1,116 | 6 | 3 | 59,9 | 29,6 |
| 60 | 1,157 | 1,143 | 10 | 5 | 102,5 | 50,6 |
| 70 | 1,183 | 1,171 | 22 | 9 | 230,5 | 93,3 |
Рассчитать относительную и абсолютную ошибки измерений, узнав справочное значение вязкости исследуемой жидкости.
Абсолютную погрешность рассчитываем по формуле:
Относительную погрешность рассчитываем по формуле:
Таблица 3 – Расчетные значения абсолютной и относительной ошибок
| Концентрация раствора, масс.% | Коэффициент вязкости жидкости при 20 °C, сП | Стандартные значения вязкости жидкости при 20 °C, сП | Абсолютная ошибка измерений ΔX | Относительная ошибка измерений |
| 30 | 2,84 | 2,501 | 0,339 | 13,55 |
| 40 | 3,89 | 3,750 | 0,140 | 3,73 |
| 50 | 5,99 | 6,050 | -0,060 | -0,99 |
| 60 | 10,25 | 10,96 | -0,710 | -6,48 |
| 70 | 23,05 | 22,94 | 0,110 | 0,48 |
Вывод: В ходе работы измерены значения вязкости и плотности раствора глицерина при различных концентрациях. Как видно из полученных данных с повышение температуры вязкость падает (таблица 2). Это объясняется тем, что жидкостях молекулы расположены близко друг к другу, и вязкость вызывается силами молекулярного сцепления. Эти силы с увеличением температуры уменьшаются, в результате чего вязкость снижается. Однако, как видно из таблицы 2, вязкость с увеличением концентрации увеличивает, что связано с увеличением молекул в растворе и ростом сил молекулярного сцепления.