Изучение физических свойств жидкости

Описание устройства № 1

Устройство для измерения параметров, характеризующих физические свойства и технические характеристики жидкости, а именно - коэффициента объемного расширения, плотности жидкости, кинематического коэффициента вязкости, а также коэффициента поверхностного натяжения - содержит пять приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (рис.21), на котором указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3-5 начинают действовать при перевертывании устройства № 1. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех устройствах, ареометр 2 позволяет измерить плотность жидкости, вискозиметр Стокса 3 и капиллярный вискозиметр 4 - определить вязкость, а при помощи сталагмометра 5 определяют поверхностное натяжение жидкости.

1. Определение коэффициента объемного расширения

Термометр 1 имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненные термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на температурном расширении жидкости. Варьирование температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объема термометрической жидкости и ее уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.

Коэффициент объемного расширения термометрической жидкости определяется в следующем порядке на основе мысленного эксперимента, то есть предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельных значений термометра, и уровень жидкости в капилляре возрос на величину l.

Порядок выполнения работы

1. Подсчитать общее число градусных делений Dt в шкале термометра измерить расстояние l (м) между крайними штрихами шкалы.

2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости по следующей формуле:

DV =π ·r²l,

где r - радиус капилляра термометра, м.

Рис. 21. Схема устройства №1:

1- термометр; 2 - ареометр; 3 - вискозиметр Стокса; 4 – капиллярный; 5 - сталагмометр

3. С учетом начального (при О⁰ С) объема термометрической жидкости Vнайти значение коэффициента температурного расширения b_T по уравнению (3) и сравнить его со справочным значением b_T.

4. Занести значения используемых величин в табл. 1 (см. Приложение).

2. Измерение плотности жидкости при помощи ареометра

Ареометр 2 служит для определения плотности жидкости поплавковым методом. Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части (см. рис. 21). Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра h является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована сразу по плотности.

Порядок выполнения работы

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле

где m - масса ареометра, кг; d - диаметр ареометра, м; h - глубина погружения ареометра, м.

Эта формула получена приравниванием силы тяжести ареометра G=m·g и выталкивающей (архимедовой) силы Р_арх=ρ ·g·V, где объем погруженной части ареометра

3. Сравнить опытное значение плотности ρ со справочным значением ρ ^*.

4. Значения используемых величин свести в табл. 2 (см. Приложение).

3. Определение вязкости вискозиметром Стокса

Вискозиметр Стокса 3 достаточно прост и содержит цилиндрическую ёмкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик (см. рис. 21). Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика в ней следующим образом.

Порядок выполнения работы

1. Повернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости на 180° и зафиксировать секундомером время τ прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе 3. Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднее арифметическое значение времени τ.

2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости по следующей зависимости:

v=g·d²τ ( ρ _ш/ρ -1)/(18·l + 43, 2 ·l (d/D)),

где g - ускорение свободного падения, м/с²; d и D- диаметры шарика и цилиндрической ёмкости соответственно, м; ρ и ρ _ш - плотности жидкости и материала шарика соответственно, кг/м³.

3. Сравнить опытное значение кинематического коэффициента вязкости v с табличным значением v^*.

4. Значения используемых величин свести в табл. 3 (см. Приложение).

4. Измерение вязкости капиллярным вискозиметром

Капиллярный вискозиметр 4 включает ёмкость с капилляром (см. рис. 21). Вязкость определяется по времени истечения жидкости τ из ёмкости через капилляр.

Порядок выполнения работы

1. Перевернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости, определить секундомером время τ (с) истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S) из ёмкости вискозиметра 4 и температуру t по термометру 1 (см. рис.21).

2. Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости по
следующей зависимости:

v =M·τ

где М - постоянная прибора.

Сравнить опытное значение кинематического коэффициента вязкости v с табличным значением v ^*.

3. Значения используемых величин свести в табл. 4 (см. Приложение).

4. Измерение поверхностного натяжения сталагмометром

Сталагмометр 5 служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель. Он содержит ёмкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли (см. рис. 21). Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести), и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении ёмкости с заданным объемом.

Порядок выполнения работы

1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение капель п.

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения по следующей зависимости:

σ =К·ρ /n

где К - постоянная сталагмометра.

3. Сравнить опытное значение коэффициента поверхностного натяжения σ с табличным значением σ ^*.

4. Значения используемых величин свести в табл. 5 (см. Приложение).

Лабораторная работа №2.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒