Инструкционная карта к лабораторно-практической работе №1 по дисциплине "Гидравлика" на тему "Определение плотности и вязкости жидкости""

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРАВЛИКА»

Тема 1.2 «Основные физические свойства жидкости»

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Тема: «Определение плотности и вязкости жидкости»

Цель работы: освоение техники измерения плотности, вязкости жидкостей.

Литература: В.Г. Ерохин, М.Г. Маханько «Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники», М.: «Энергия», 1979, стр. 24.

Оборудование и принадлежности: инструкционная карта, калькулятор, справочные таблицы, термометр, ареометр, вискозиметр, капиллярный вискозиметр.

1. Общие сведения

1.1 Измерение плотности жидкостей и газов

Плотность жидкостей измеряется путем взвешивания сосуда с точно известным объемом - мерной колбой, мензуркой, пипеткой. Для прецизионных измерений используют ампулы с точно известным объемом - пикнометры. Объем пикнометра наиболее точно можно определить, взвешивая его с какой-либо стандартной жидкостью - с водой или с четыреххлористым углеродом. Взвешивая пикнометр с водой или исследуемой жидкостью, плотность определяют как

(1)

где m_ж - масса жидкости; m_п - масса пикнометра; m_в - масса воды; ρ_в - плотность воды при данной температуре.

Плотность газов определяется из основных соотношений молекулярной физики, определяющих, что один моль идеального газа занимает при нормальных условиях объем в 22,4 л (т. н. молекулярный объем). При произвольной температуре Т и давлении р в атмосферах молярный объем равен

  (2)

где Т - абсолютная температура, р - давление и R - универсальная газовая постоянная.

Классификация ареометров

Различают ареометры постоянного объема и ареометры по­стоянной массы. Ареометр постоянного объема погружается в жидкость всегда на одну и ту же глубину, в то время как глубина погружения ареометра постоянной массы различна в зависимости от плотности испытуемой жидкости.

Ареометры постоянной массы по своему назначению делятся на две группы:

1) для измерения плотности жидкостей (называются денсиметрами); шкалы денсиметров градуированы в единицах плотности;

2) для измерения концентрации растворов; шкалы этих ареометров градуированы в процентах по объему или массе.

Денсиметры подразделяются на:

а) денсиметры общего назначения, служащие для измерения плотности различных жидкостей легче и тяжелее воды (водные растворы кислот, солей, щелочей и др.);

б) нефтеденсиметры (для измерения плотности нефтепродуктом);

в) лактоденсиметры (для измерения плотности молока и сыворотки);

г) денсиметры для морской воды;

д) урометры (для измерения плотности мочи);

е) аккумуляторные денсиметры (для измерения плотности раствора электролита в аккумуляторах);

ж) денсиметры АК (для жидкостей типа кислот).

К ареометрам для измерения концентрации растворов относятся:

а) спиртомеры - для измерения крепости (концентрации) водноспиртовых растворов, определяемой процентным (по объему) содержанием безводного спирта в растворе;

б) сахаромеры - для определения процентного (по массе) содержания сухих веществ в сахарных растворах;

в) клеемеры - для определения концентрации клеевых растворов, выраженной процентным (по массе) содержанием костного клея в воде;

г) гидрометры - для определения процентного (по объему) содержания этиленгликоля в его водном растворе.

1.2 Измерение вязкости

Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами. В вискозиметрах используются два разных принципа:

- по скорости вытекания жидкости из малого отверстия или из капилляра;

- по скорости падения шарика в вязкой жидкости.

Первый принцип основан на формуле Пуазейля, дающей зависимость между объемом жидкости, вытекающей из трубки радиусом R и длиной l:

  (3)

где P₁ и P₂ - давление на торцах трубки; R - радиус трубки; I - длина; t - время вытекания.

Второй принцип измерения вязкости основан на измерении скорости падения шара в вязкой среде (формула Стокса):

  (4)

где v -скорость падения шара в жидкости; ρ - плотность материала шара; ρ' - плотность жидкости; r - радиус шара.

Одним из широко используемых приборов для измерения вязкости является вискозиметр Энглера, в котором измеряется время вытекания 200 г. жидкости по сравнению со временем вытекания 200 г воды через то же отверстие. Вязкость измеряют в градусах Энглера, что соответствует отношению времени вытекания жидкости ко времени вытекания воды при тех же условиях. Соотношение между Пуазами и градусами Энглера дается формулой:

  (5)

где ρ - плотность жидкости в г/см³.

Вязкость, обозначенная в формуле (5) и определенная через силу сопротивления движению называется еще динамической вязкостью. Существует понятие  кинематической вязкости - это вязкость, отнесенная к единичной плотности, т. е.:

  (6)

Измеряется кинематическая вязкость в единицах м² /сек в системе СИ. Та же единица в СГС-системе называется  стоксом, т. е. 1 Стокс = 10^-4 м²/с.

Обратная вязкости величина называется  текучестью:

  (7)

1. Ход работы:

 Схема устройства.

1 – термометр;

2 - ареометр;

3 – вискозиметр;

4 - капиллярный вискозиметр;

5 – сталагмометр.

2.1 Измерение плотности жидкости ареометром

Порядок выполнения работы:

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

2) Вычислить плотность жидкости по формуле

где m и d –масса и диаметр ареометра. Эта формула получена путем приравнивания силы тяжести ареометра G=mg и выталкивающей (архимедовой) силы P_A=pgw , где объем погруженной части ареометра w= (d²/4)h.

3) Сравнить опытные значения плотности ρ со справочным значением ρ*. Значение используемых величин свести в таблицу.

2.2 Определение вязкости вискозиметром Стокса

Порядок выполнения работы:

1) Повернуть устройство №3 в вертикальной плоскости на 180⁰ и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе 3. Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить 3 раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

2) Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости по формуле

где g - ускорение свободного падения;   d, D - диаметры шарика и цилиндрической емкости;  ρ, ρ_ш - плотности жидкости и материала шарика;

3) Сравнить опытным путем значение коэффициента вязкости  с табличным значением * . Значения используемых величин свести в таблицу.

2.3 Измерение вязкости капиллярным вискозиметром

Порядок выполнения работы:

1) Перевернуть устройство №4 в вертикальной плоскости и определить секундомером время стечения через капилляр объема жидкости между метками из емкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

2) Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости  (М – постоянная прибора)  и сравнить его с табличным значением. Данные свести в таблицу.

Вывод: В ходе проведения лабораторной работы ознакомились с методами измерения………………..