4.3. Mérési gyakorlatok reológiából
4.3.1. Viszkozitás mérés Ostwald-Fenske viszkoziméterrel
A mérés elmélete
Az Ostwald-féle viszkoziméter U alakú üvegcső, rajta két gömbbel. Az U cső egyik szárában l hosszúságú és r belsó sugarú kapilláris van. Ha ezen a kapillárison p nyomáskülönbség hatására t ideig belső súrlódású folyadék halad lamináris áramlással, akkor az átfolyt folyadék térfogata a Hagen-Poiseuille törvény értelmében:
A mérés abból áll, hogy a készülékbe töltött folyadékot a kapilláris szár V térfogatú gömbjébe szívjuk az a jel fölé és mérjük azt a t időt, amely alatt a meniszkusz az a jeltől a b jelig sülyed (A jegyzetben: 69. oldal 36. ábra). A készüléken először átfolyatjuk az a és b jel közé eső V térfogatú ismert h i folyadékot, és mérjük az átfolyási időt (ti). Utána az ismeretlen h x folyadékból folyatjuk át a két jel közé eső térfogatot és mérjük az átfolyási időt (tx).
Ebben az összefüggésben a készülék állandói nem szerepelnek. Ismert folyadékként desztillált vizet használunk, amelynek belső súrlódási együtthatóját különböző hómérsékleten táblázat tartalmazza.
A folyadék sűrűségét areométerrel mérjük. Az Ostwald viszkoziméterrel való mérésnél az egyik hibaforrás az, hogy a folyadék nemcsak a kapillárisban, hanem a gömbökbén, valamint az alsó gömböt és a kapillárist összekötő csőben is folyik, tehát itt is van belső súrlódás. A relatív mérésnél ez a hiba nem zavar, mivel a két mérést ugyanazon készülékkel végezzük, tehát az ebből keletkező hiba az összehasonlításnál elhanyagolható.
A víz dinamikai viszkozitása
hőmérséklet, °C | viszkozitás, mPa.s |
0 | 1,797 |
5 | 1,525 |
10 | 1,301 |
15 | 1,138 |
20 | 1,006 |
25 | 0,8938 |
30 | 0,7998 |
35 | 0,7229 |
40 | 0,6563 |
60 | 0,4735 |
80 | 0,3570 |
95 | 0,2993 |
A másik hibaforrás, hogy az időmérést nem pontosan az a jelnél való áthaladás pillanatában kezdjük el, és nem pontosan a b jelnél való áthaladás pillanatában fejezzük be. Ez az időmérés pontatlanságából eredő szubjektiv hiba az ismert és az ismeretlen folyadék mérésénél egyaránt jelentkezik.
Az időmérés pontatlanságából eredő hibát a következóképpen számoljuk ki. Minden mérést legalább. háromszor végzünk el és kiszámítjuk a méréshez tartozó átlagot:
képlet alapján
Az időmérés hibája: Ismerve a t és D t
értékét az h x hibája:
ahol h x a t átlaggal számolt
érték. A relatív hiba százalékosan is
kifejezhető.
A mérés menete:
A viszkozimétert állványba fogjuk. A felső és az alsó gömb középpontját függőlegesbe húzzuk: Az alsó gömbbe 10 ml desztillált vizet töltünk, majd a kapilláris csőben a vizet az a jel fölé szívjuk, s mérjük a meniszkusz süllyedését az a-tól a b jelig. Gondos tisztítás után ugyanezt tesszük az előre elkészített különböző ismeretlen folyadékokkal. A tisztításon kívül minden újabb mérés előtt átöblítjük a viszkozimétert az új folyadékkal.
A méréshez szükséges:
1db Ostwald-féle viszkoziméter
1db állvány és fogó
stopperóra
desztillált víz
bor
Mérési feladatok:
1. Mérjük meg a kiadott folyadékok relatív (vízre vonatkoztatott) dinamikai viszkozitási együtthatóját.
2. Számítsuk ki a mérés hibáját!
Mérési eredmények összefoglalása