Mätning av en vätskas viskositet: 10 steg (med bilder)

Steg
- Del 1 av 2: Förstå viskositet
- Del 2 av 2: Mätning av viskositet
Tips
Varningar
Förnödenheter

Viskositet kan definieras som graden av motstånd hos en vätska att strömma. Ta vatten och melass. Vatten flyter relativt fritt, medan melass är mindre flytande. Eftersom melass flyter mindre lätt har den en högre viskositet än vatten. Även om det finns ett antal metoder att välja mellan när man mäter viskositet, är det kanske minst komplicerade att släppa en boll i en klar behållare med vätska vars viskositet du vill bestämma. Men detta fungerar bara om bollen är liten nog att flödet runt bollen är riktigt trögflytande och ingen turbulens skapas. Bollen bör också vara mycket mindre än behållaren så att bollen kan falla ner i vätskan minst 5 "kultvärsnitt" från sidoväggen.

Steg

Del 1 av 2: Förstå viskositet

1. Definitionen av viskositet. Viskositet mäter motståndet hos en vätska att strömma. En vätska med hög viskositet, som honung, flyter mycket långsamt. En vätska med låg viskositet, som vatten, flyter snabbt. Enheten för viskositet är en pascal sekund (Pa s).

2. Definiera ekvationen för viskositet. Detta experiment använder dimensionerna av en sfär och dess passage genom en vätska för att beräkna dess viskositet. Ekvationen för viskositet är: [2(s_s-sid_l)ga]/9v. Här är sid_s sfärens densitet, sid_l vätskans densitet, g gravitationsaccelerationen, a sfärens radie, och v sfärens hastighet.

3. Förstå variablerna i viskositetsekvationen. Densitet är massan per volymenhet av ett föremål och betecknas med a sid. I denna ekvation mäter du densiteten för båda sfärerna, sid_s, som vätskan, sid_l vad han går igenom. Sfärens radie, a kan hittas genom att mäta sfärens omkrets och dividera den med 2π. Accelerationen på grund av gravitationen g, är en konstant beroende på atmosfären på planeten du befinner dig på. I det här fallet är du på jorden, och så är det g lika med 9,8 m/s. Farten v av sfären, beräknas under experimentet och är tiden (i meter per sekund (m/s)) det tar objektet att färdas en viss sträcka.

Del 2 av 2: Mätning av viskositet

1. Samla det nödvändiga materialet för experimentet. För att beräkna en vätskas viskositet behöver du en sfär, en graderad cylinder, en linjal, ett stoppur, vätskan i fråga, en våg och en miniräknare. Detta experiment har många steg, men när det följs på rätt sätt kan du beräkna viskositeten för vilken vätska som helst med den.

Sfären kan vara en liten kula av marmor eller stål. Se till att diametern inte överstiger halva diametern på den graderade cylindern så att den lätt kan släppas in i cylindern.
En graderad cylinder är en plastbehållare med markeringar på ena sidan för att mäta en volym.
Du kan använda en klocka istället för ett stoppur, men dina mätningar blir mer exakta med ett stoppur.
Vätskan ska vara tillräckligt klar för att se marmorn när den sjunker ner genom vätskan. Testa olika vätskor med olika flödeshastigheter för att se hur deras viskositet skiljer sig.

2. Beräkna densiteten för din valda sfär. De densitet av både atmosfären och vätskan behövs för att beräkna viskositeten. Formeln för densitet är

d = m / v

$d=m/f$ , varigenom d tätheten är, m föremålets massa och v föremålets volym.

Mät massan genom att placera sfären på en våg. Skriv ner massan i gram (g).

Bestäm det sfärens volym med formeln V=(4/3) x π x r, där V är volymen, π är konstanten 3,14 och r sfärens radie. Du kan beräkna radien genom att mäta sfärens omkrets och dividera den med 2π.

Du kan också hitta volym genom att mäta förskjutningen av vatten i en graderad cylinder. Notera vattnets utgångsläge, placera glödlampan i vattnet och notera sedan den nya vattennivån. Subtrahera den första vattennivån från den andra vattennivån. Resultatet är volymen på din glödlampa i milliliter (ml).

Beräkna sfärens densitet med formeln

d = m / v

$d=m/f$ . Enheten för densitet är g/ml.

3. Bestäm densiteten för vätskan du vill mäta. Med hjälp av samma densitetsformel kommer du sedan att beräkna densiteten för vätskan i fråga.

Mät vätskans massa genom att först väga den tomma mätcylindern. Häll vätskan i den kalibrerade cylindern och väg den sedan igen. Subtrahera massan av den tomma cylindern från cylindern som innehåller vätskan, för vätskans massa i gram (g).

Bestäm volymen av vätskan med hjälp av den kalibrerade mätcylindern och markeringarna på sidan av den graderade cylindern. Anteckna volymen i milliliter (ml).

Använd formeln

d = m / v

$d=m/f$ och dina uppmätta värden, för att beräkna vätskans densitet i g/ml.

4. Fyll den graderade cylindern med vätskan som ska mätas och markera positionerna i toppen och botten av cylindern. Häll långsamt din experimentella vätska i den graderade cylindern, fyll cylindern halvvägs eller tre fjärdedelar.

Gör ett märke nära toppen av cylindern, cirka 2,5 från toppen av vätskan.

Rita ett andra märke ungefär en tum från botten av den graderade cylindern.

Mät avståndet mellan de övre och nedre markeringarna. Placera botten av linjalen på det nedre märket och mät avståndet till det översta märket.

5. Mät den tid det tar för bollen att överbrygga avståndet mellan de gjorda märkena. Släpp bollen i vätskan och starta stoppuret när kulans botten har nått märket i toppen av cylindern. När kulan har nått märket du gjort på cylinderns botten, stoppa stoppuret.

Lågviskösa vätskor är svårare att mäta med denna metod eftersom det är svårare att starta och stoppa stoppuret exakt.

Upprepa detta steg minst tre gånger (ju fler gånger du upprepar detta, desto mer exakt blir din läsning) och beräkna medelvärdet av tre gånger. För att hitta medelvärdet, addera tiderna för varje enskilt experiment och dividera med antalet experiment du utfört.

6. Beräkna sfärens hastighet. Hastighet är ett mått på tillryggalagd sträcka kontra den tid det tar att resa den sträckan. Formeln för hastighet är

v = d / t

$v=d/t$ varigenom v hastigheten är, d tillryggalagd sträcka och t tiden.

Tillämpa dina mått på ekvationen

v = d / t

$v=d/t$ för att bestämma sfärens hastighet.

7. Beräkna vätskans viskositet. Använd informationen som erhålls i formeln för viskositet: viskositet=[2(s_s-sid_l)ga]/9v varigenom sid_s är sfärens densitet, sid_l vätskans densitet, g gravitationsaccelerationen (ett fast värde, 9,8 m/s), a sfärens radie och v sfärens hastighet.

Låt oss till exempel säga att vätskans densitet är 1,4 g/ml, sfärens densitet är 5 g/ml, sfärens radie är 0,002 m och sfärens hastighet är 0,05 m/s.

Koppla in detta i ekvationen: viskositet=[2(5-1,4)(9,8)(0,002)^2] /(9 x 0,05)=0,00062784 Pa s

Tips

En datatabell hjälper dig att hålla reda på dina mätningar så att du kan hålla ordning på allt.
Alla mått måste vara metriska.
Glöm inte att skriva ner enheter i slutet av beräkningen.

Varningar

Se till att det inte finns vatten eller andra vätskor i mätcylindern när du startar. Närvaron av en annan vätska kan göra dina avläsningar felaktiga.
När du fyller den graderade cylindern med vätska, var försiktig så att du inte kommer för nära toppen. Om du inte lämnar tillräckligt med utrymme kan förskjutningen av vätskan som orsakas av sfären resultera i att vätskan rinner över, vilket gör att dina beräkningar blir felaktiga.
Rengör och torka glödlampan efter användning mellan varje test, innan du tappar tillbaka glödlampan i mätcylindern.
Bollen du använder måste ha en högre densitet än vätskan som testas för att denna process ska fungera.