4.3.2. Viszkozitásmérés Höppler viszkoziméterrel
A Höppler viszkoziméter az esősúlyos típuscsaládba tartozik. A műszer üvegcsövének belső átméróje 15,94 mm. Az üvegcsövön egymástól 100 mm-re két karcolás jelzi a mérési szakasz kezdő- és végpontját. Méréskor betöltjük a mérendő folyadékot az üvegcsőbe, és egy olyan mérető golyót, amely feltételezhetően megfelelő a folyadék viszkozitásához. Ha a golyó elegendően lassan esik (Re<10), a súrlódási viszonyokat a Stokes-egyenlet fejezi ki:
,
ahol
h a mérendő folyadék viszkozitása
g a nehézségi gyorsulás
r g a golyó sűrűsége
r f a mérendő folyadék sűrűsége
r a golyó sugara
v az esés sebessége
l az ejtési úthossz (egyenletes sebességű esésnél mérünk)
t az esés időtartama.A golyó nem süllyed akadálytalanul, hiszen a golyót körülvevó folyadék néhány tized milliméter vastag. Ezért a műszerállandót a rés méretéból számítják. A konstansokat összevonva az alábbi képlettel szokás számolni:
A golyók általában acélból készülnek, ilyenkor r= 7860 kg/m3. A fizika laborgyakorlatokon hígított gyümölcsszöp mérésekor ajánlott az 1 jelű üveggolyót használni. A golyóállandó és a műszerállandó azonos.
Tájékoztató jelleggel közöljük a BH2 viszkoziméter golyókészletének adatait.
Golyó |
Műszerállandó |
Mérhető minimális viszkozitás | |||
jele | átmérője | sűrűsége | CGS | SI | |
mm | kg/m3 | cP.cm3/g.s | Pa.m3/kg | Pa.s | |
GGL | 15,910 | 2409 | 0,001.10-6 | gázokra | |
1 | 15,805 | 2409 | 0,01013 | 0,01013.10-6 | 0,0006… |
2 | 15,630 | 2410 | 0,08063 | 0,08063.10-6 | 0,003… |
3 | 15,560 | 8100 | 0,13 | 0,13.10-6 | 0,025… |
4 | 15,000 | 7760 | 1,2 | 1,2.10-6 | 0,25… |
5 | 13,500 | 7770 | 10,6 | 10,6.10-6 | 2,5… |
6 | 10,000 | 7770 | 40,5 | 40,5.10-6 | 3…80 |
e | 12,500 | 7750 | 37 | 37.10-6 | 4,5…80 |
10,900 | 7750 | 38 | 38.10-6 | 5… |
A Höppler viszkoziméter nem függőleges, hanem ettől 10°-kal eltérő helyzetű. Ez megkönnyíti az átlátszatlan folyadékok mérését. A műszer a newtoni folyadékok mérésére készült. Nem newtoni folyadékoknál a látszólagos viszkozitás mérésére alkalmasak.
A mérésnél felhasznált eszközök
BH 2 típusú Höppler viszkoziméter.
U 10 típusú termosztát
stopperóra
desztillált víz (összehasonlításhoz)
hőmérő
areométer
mikrométer.
A mérés lefolyása
Kezdjük a mérést a legnagyobb golyóval. Mérjük meg az átmérőjét, mert ezzel lehet azonosítani (nincs felirat a golyókon). Töltsük be a mérendő folyadékot az üvegcsőbe, és indítsuk meg a termosztát vízcirkulációját. A hőmérsékletet szabályozzuk le a szobahőmérséklet alá.
Állítsuk vízszintesbe a viszkozimétert! Olvassuk le a beépített hőmérőt. A hátsó rögzítőcsap meglazítása után fordítsuk fejjel lefelé a műszer forgó részét a tengelye körül és várjuk meg, amíg a golyó lesüllyed. Most a műszert eredeti helyzetébe visszafordítva órával mérjük a golyó süllyedési időtartamát az üvegcsövön jelölt szintek között. Ha az esési idő kisebb 30 másodpercnél, a mérést eggyel nagyobb golyóval kell végezni; ha nagyobb 300 másodpercnél, akkor kisebb golyóval folytatjuk.
Mérési feladat
A fent leírt módon ismételjük meg a mérést úgy, hogy a termosztáton 5 °C-onként növekvő hőmérsékletet állítunk be. Készítsünk az alábbihoz hasonló táblázatot a rnérési jegyzókönyvbe.
Mérés
sorszáma |
Hőmérséklet |
Golyó |
Golyóállandó |
Viszkozitás | ||
átmérője | sűrűsége | dinamikai | kinematikai | |||
°C | mm | kg/m3 | Pa.m3/kg | Pa.s | m2/s | |
1 | ||||||
2 | ||||||
3 | ||||||
4 | ||||||
stb. |
Ábrázoljuk a viszkozitás hőmérsékletfüggését milliméterpapíron. A hőmérsékletet a vízszintes tengelyre vesszük fel. A föggőleges tengelyen a dinamikai és a kinematikai viszkozitást is ábrázolni kell. A rendelkezésre álló rövid idő miatt a folyadék sűrűségét állandó értékre vehetjük fel.