21_lepkosc.pdf

(45 KB) Pobierz
21
104
ZALE ś NOSC LEPKO ŚĆ I CIECZY OD TEMPERATURY
WST Ę P
W wyniku działania sił mi ę dzycz ą steczkowych podczas ruchu poszczególnych
warstw cieczy wzgl ę dem siebie, wyst ę puje tarcie wewn ę trzne zwane lepko ś ci ą .
Je Ŝ eli dwie warstwy cieczy odległe od siebie o dx wykazuj ą stał ą ró Ŝ nic ę
pr ę dko ś ci dv (dv ró Ŝ ne od zera), to siła styczna potrzebna do pokonania tarcia
wewn ę trznego b ę dzie opisana wzorem Newtona :
F =
h
A dv
dx
(21.1)
gdzie:
h
- współczynnik proporcjonalno ś ci zwany lepko ś ci ą dynamiczn ą
A
- pole powierzchni ulegaj ą cej przesuwaniu
Ciecze, których lepko ść jest w danej temperaturze stała, niezale Ŝ na od wielko ś ci
gradientu pr ę dko ś ci
dv
dx
nosz ą nazw ę cieczy newtonowskich. Ciecze wykazuj ą ce
odchylenia od tej reguły s ą cieczami nienewtonowskimi .
jest równa jedno ś ci, je Ŝ eli siła 1
dyny przypadaj ą ca na 1 dm 2 powierzchni ciekłej spowoduje ró Ŝ nic ę szybko ś ci 1
cm/sek pomi ę dzy dwoma warstwami cieczy odległymi od siebie o 1 cm. W
układzie SI, je Ŝ eli sił ę F wyrazi ć w newtonach [N], odległo ść warstw dx w
metrach [m], a powierzchni ę A w [m 2 ] oraz pr ę dko ść dv w [m/s], to otrzymuje si ę
jednostk ę lepko ś ci dynamicznej w postaci N s m -2 . Dlatego:
h
1P 0,1 N s
m 2
=
×
(21.2)
Lepko ść dynamiczna odniesiona do g ę sto ść i cieczy d nazywa si ę lepko ś ci ą
kinematyczn ą :
W uprzednio obowi ą zuj ą cym układzie CGS jednostk ą lepko ś ci dynamicznej był
puaz: P = g cm -1 s -1 . Mówi ą c inaczej, warto ść
195078052.002.png 195078052.003.png 195078052.004.png
105
n = d
(21.3)
Jednostk ą lepko ś ci kinematycznej był Stokes 1 St = cm 2 s -1 . W układzie SI
jesdnostk ą jest m 2 s -1 , czyli:
m
s
2
1St 10
=
-
4
(21.4)
Je Ŝ eli rozpatrujemy lepko ś ci roztworów to mo Ŝ emy wprowadzi ć nast ę puj ą ce
poj ę cia, które b ę d ą funkcjami zmierzonych współczynników lepko ś ci
rozpuszczalnika (
h 0 ) i roztworu (
h
):
- lepko ść wzgl ę dna:
Lepko ść cieczy wyra Ŝ ona w stosunku do lepko ś ci innej cieczy uwa Ŝ anej za
wzorcow ą nazywana jest lepko ś ci ą wzgl ę dn ą :
h
wzgl .
= 0
h
h
(21.5)
- lepko ść wła ś ciwa:
h
wł . = h h
h
-
A
=
h
wzgl . - 1
(21.6)
A
- lepko ść zredukowana
Jest to lepko ść wła ś ciwa odniesiona do jednostkowego st ęŜ enia:
h
zred. = 1
c h h
-
A
= h w³ .
c
(21.7)
h
A
- lepko ść graniczna:
jest to lepko ść zredukowana ekstrapolowona do rozcie ń czenia niesko ń czenie
du Ŝ ego:
[
h
] = lim
c 0
( 1
c h h
-
A
) = ()
(21.8)
h
®
A
195078052.005.png
106
Lepko ść cieczy wynika z oddziaływa ń mi ę dzycz ą steczkowych. Czynnikiem
hamuj ą cym ruch cieczy jest wzajemne przyci ą ganie cz ą stek. Inny jest mechanizm
lepko ś ci gazów. Pod niezbyt wysokim ci ś nieniem siły mi ę dzycz ą steczkowe w
gazach s ą małe. Tarcie wewn ę trzne o ś rodka gazowego wynika ze zderze ń mi ę dzy
cz ą steczkami. Cz ą steczki poruszaj ą ce si ę w kierunku przepływu gazu wykonuj ą
tak Ŝ e ruchy chaotyczne we wszystkich innych kierunkach. Wskutek tego nast ę puje
wzajemne przenikanie cz ą steczek z jednej warstwy do drugiej. Wymiana energii
kinetycznej mi ę dzy nimi powoduje zmniejszenie ich składowej pr ę dko ś ci w
kierunku ruchu całego o ś rodka. Lepko ść gazów jest znacznie mniejsza od lepko ś ci
cieczy.
Lepko ść cieczy na ogół zmienia si ę znacznie wraz z temperatur ą . W miar ę wzrostu
temperatury, w wyniku zwi ę kszania si ę energii kinetycznej cz ą steczek,
zmniejszaj ą si ę siły przyci ą gania działaj ą ce mi ę dzy cz ą steczkami, efektem czego
jest zmniejszenie si ę tarcia wewn ę trznego. Gazy zachowuj ą si ę odwrotnie: wraz ze
wzrostem temperatury ich lepko ść wzrasta, gdy Ŝ wzrasta liczba zderze ń mi ę dzy
cz ą steczkami.
Zale Ŝ no ść lepko ś ci cieczy od temperatury wyrazi ć mo Ŝ na w postaci empirycznego
wzoru podanego przez Arrheniusa-Guzmanna :
log
h = +
A
T
B
(21.9)
gdzie A i B s ą stałymi charakterystycznymi dla danego układu.
Metody pomiaru lepko ś ci:
- metody oparte na pomiarze czasu przepływu okre ś lonej obj ę to ś ci cieczy przez
rurk ę kapilarn ą pod wpływem znanej ró Ŝ nicy ci ś nie ń ,
- metody oparte na pomiarze szybko ś ci opadania kulki o odpowiednich wymiarach
i znanej g ę sto ś ci w rurze wypełnionej badan ą ciecz ą ,
- metody oparte na pomiarze obrotu cylindra w cieczy.
Wyznaczanie lepko ś ci przy u Ŝ yciu wiskozymetru Höpplera polega na pomiarze
czasu opadania kulki:
h = ×
k t d d 0 [cP]
(
-
)
(21.10)
gdzie: d i d 0 wyra Ŝ aj ą g ę sto ść kulki i cieczy; tjest czasem opadania kulki za ś stała
proporcjonalno ś ci k zwana jest stał ą kulki.
195078052.001.png
107
Pomiary lepko ś ci pozwalaj ą znale źć ś redni ą wiskozymetryczn ą mas ę
cz ą steczkow ą polimeru:
h = ×
K M a
(21.11)
gdzie K oraz a s ą stałymi charakterystycznymi dla danego polimeru i jego
rozpuszczalnika.
CEL Ć WICZENIA
Wyznaczenie zale Ŝ no ś ci lepko ś ci cieczy (roztworu polimeru) od temperatury.
APARATURA
Lepko ś ciomierz Höpplera.
Stoper.
Krystalizator.
Zestaw kulek.
Termostat.
Suszarka.
SZKŁO
Piknometr.
ODCZYNNIKI
Roztwory wodne poliglikoluetylenowego (PEG) 1, 2, 3, 4 i 5 %.
WYKONANIE Ć WICZENIA
Pomiar zale Ŝ no ś ci lepko ś ci cieczy od temperatury:
1. Zmierzy ć lepko ść wybranego roztworu PEG w temperaturach:
20, 25, 30, 35, 40 oraz 45 0 C.
2. Pomiary nale Ŝ y wykona ć trzykrotnie.
3. Zmierzy ć g ę sto ść wybranego roztworu PEG.
[ ]
108

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin