Метод определения коэффициента вязкости с помощью капиллярного вискозиметра кратко

Обновлено: 04.07.2024

В данной работе вязкость жидкостей определяется капиллярным методом с помощью вискозиметра Оствальда, схематично представленного на рис. 3. В одном из колен этого вискозиметра имеется небольшая полая сфера, объемом V , которая капилляром соединяется с резервуаром, расположенным в другом плече. Эта система заполняется жидкостью так, чтобы нижний резервуар был заполнен полностью и превышение уровня жидкости над его верхней границей составляло 1-2 мм. Вначале вискозиметр заполняют дистиллированной водой, которая в данной работе является эталонной жидкостью, вязкость которой точно известна.

Затем медленно закачивают воду с помощью груши (или шприца) в левое плечо вискозиметра, заполняя полую сферу объемом V. Поскольку при этом уровень воды в левом плече вискозиметра выше, чем в правом, то после освобождения груши жидкость под действие собственного весового давления ΔР=r₀gh начнет перетекать через капилляр из левого плеча вискозиметра в правое до выравнивания уровней. С помощью секундомера определяют время t_о, за которое вода вытекает из верхней полости объемом V. Согласно формуле Пуазейля (4) этот объем равен:

Здесь ρ₀ - плотность воды, а h₀ - вязкость воды при данной температуре. Определив несколько раз время истечения воды t₀, вискозиметр заполняют раствором, вязкость которого необходимо определить. При этом необходимо залить такое же количество жидкости в вискозиметр, как и при его заполнении водой. Затем несколько раз измеряют время tистечения объема V исследуемой жидкости , который определяется формулой:

где h- вязкость раствора, а r - его плотность.

Разделив выражение (5) на (6) получим после преобразования формулу для определения вязкости исследуемого раствора:

Определив средние значения времени истечения t раствора и t₀ воды и зная вязкость h₀ воды, плотности ρ раствора и ρ₀ воды, находят вязкость h раствора.

Порядок выполнения работы

Схема установки для определения вязкости исследуемого раствора представлена на рис.4. Практическая часть работы выполняется в следующей последовательности:

1.Залейте дистиллированную воду из пробирки в вискозиметр Оствальда до верхней границы нижнего полого резервуара, расположенного в широком колене вискозиметра.

2. С помощью шприца медленно перекачайте воду в полую верхнюю сферу в узкой части вискозиметра на 7-10 мм выше ее верхней границы. Зажмите пальцами патрубок, соединяющий вискозиметр с канюлей шприца.

3.Сняв шприц, отпустите патрубок, теперь вода начнет перетекать в широкое колено вискозиметра под собственным весом.

4.Включите секундомер в тот момент, когда уровень опускающийся жидкости окажется на верхней границе сферы V.

5. Остановите секундомер в тот момент, когда уровень опускающийся жидкости окажется на нижней границе этой сферы, экспериментально определяя таким образом время t₀ истечения воды.

6.Опыт повторите 5 раз и для расчета возьмите среднее время истечения воды t₀.

7. Вылейте воду из вискозиметра в пробирку для дистиллированной воды и заполните его исследуемой жидкостью.

8.Повторите пункты 2 – 5 и аналогичным образом определите время истечения раствора глицерина t из верхней сферы объемом V (Рис.5), повторив опыт 5 раз.

9. Результаты эксперимента, табличные и расчетные величины занесите в табл. 1. результатов измерений.

Жидкость	Время истечения t, сек	Плотность кг/м 3	Вязкость мПа·с
№ опыта	tср, с
Вода	1,0
Раствор

На основании полученных экспериментальных и расчетных данных рассчитайте значение вязкости раствора и величину случайной ошибки косвенного измерения вязкости раствора глицерина, при доверительной вероятности γ = 0,95 и количестве измерений n = 5.

Контрольные вопросы:

1. Что определяет коэффициент вязкости жидкости? В каких единицах он измеряется? Укажите связь между системными и несистемными единицами измерения вязкости.

2. Напишите формулу для вычисления силы трения в текущей жидкости. В чем отличие ньютоновских и неньютоновских жидкостей?

3. Каковы значения вязкости воды и вязкость крови? Укажите значение вязкости крови в норме и пределы изменения этого показателя при патологических процессах. Какие факторы влияют на вязкость движущейся крови в организме?

4. Сформулируйте основной закон течения вязкой жидкости. Проведите аналогию между законами гидродинамики и цепи электрического тока.

5. Что такое гидравлическое сопротивление сосуда (трубы), как оно определяется?

6. В чем отличие ламинарного и турбулентного течения жидкости? Что показывает число Рейнольдса?

7. В каких участках сосудистой системы течение крови может иметь турбулентный характер? Как обнаруживается турбулентное течение крови? Каковы физиологические последствия турбулентного течения крови?

8. Опишите суть основных методов определения вязкости жидкости (метод Стокса, капиллярные методы, ротационные методы).

9. Каков порядок действий при определении вязкости жидкости с использованием вискозиметра Оствальда? Выведите необходимую расчетную формулу.

Решить задачи:

1. Какой характер имеет течение жидкости в гладкой трубе при числе Рейнольдса = 2700?

2. Оцените гидравлическое сопротивление сосуда, если при расходе крови в 0,2 л/мин разность давлений на его концах составляет 3 мм.рт.ст.

3. Определите линейную скорость крови в аорте радиусом 1,5 см, если длительность систолы 0,25с, ударный объем крови 60 мл. Каков характер этого кровотока, если критическое число Рейнольдса равно 1160, а плотность крови 1050 кг/м 3 ?

Литература:

1. Лещенко В.Г., Ильич Г.К. Медицинская и биологическая физика., Мн, Новое знание, 2011г.

2. Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика. Пособие. – Мн.: БГМУ, 2000.

3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.- М.: Высшая школа, 1987.

4. Горский Ф.К., Сакевич Н.М. Физический практикум с элементами электроники.Мн.: Выш.шк.1978г.

где h- вязкость раствора, а r - его плотность.

Порядок выполнения работы

4.Включите секундомер в тот момент, когда уровень опускающийся жидкости окажется на верхней границе сферы V.

6.Опыт повторите 5 раз и для расчета возьмите среднее время истечения воды t₀.

7. Вылейте воду из вискозиметра в пробирку для дистиллированной воды и заполните его исследуемой жидкостью.

9. Результаты эксперимента, табличные и расчетные величины занесите в табл. 1. результатов измерений.

Жидкость	Время истечения t, сек	Плотность кг/м 3	Вязкость мПа·с
№ опыта	tср, с
Вода	1,0
Раствор

Контрольные вопросы:

5. Что такое гидравлическое сопротивление сосуда (трубы), как оно определяется?

6. В чем отличие ламинарного и турбулентного течения жидкости? Что показывает число Рейнольдса?

Решить задачи:

1. Какой характер имеет течение жидкости в гладкой трубе при числе Рейнольдса = 2700?

Литература:

1. Лещенко В.Г., Ильич Г.К. Медицинская и биологическая физика., Мн, Новое знание, 2011г.

2. Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика. Пособие. – Мн.: БГМУ, 2000.

3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.- М.: Высшая школа, 1987.

4. Горский Ф.К., Сакевич Н.М. Физический практикум с элементами электроники.Мн.: Выш.шк.1978г.

2) ознакомление с работой вискозиметра Оствальда и медицинского вискозиметра.

7.1 Определение коэффициента вязкости жидкости с помощью капиллярного вискозиметра

Теоретические сведения

Течение реальной жидкости по трубе постоянного сечения сопровождается падением статического давления. Это явление объясняется наличием у жидкости внутреннего трения (вязкости) и сопровождается переходом части ее механической энергии во внутреннюю. При ламинарном течении жидкости по трубе скорость слоев непрерывно меняется от максимальной (по оси трубы) до нуля (у стенок).

Любой из слоев тормозит движение соседнего слоя, расположенного ближе к оси трубы, и оказывает ускоряющее действие на слой, расположенный дальше от оси.

Между соприкасающимися слоями жидкости действуют касательные силы внутреннего трения. Модуль этих сил зависит от площади S слоев и градиента скорости d /dx (изменения скорости на единицу длины в направлении, перпендикулярном скорости) и определяется законом Ньютона:

где η – динамический коэффициент вязкости, численно равный силе трения, возникающей между параллельно движущимися слоями жидкости единичной площади при единичном градиенте скорости.

В системе СИ за единицу вязкости принимается вязкость жидкости, у которой сила трения между двумя соприкасающимися слоями, рассчитанная на единицу площади (1 квадратный метр) равна одному ньютону при градиенте скорости 1 или 1 .

Единица вязкости в СИ – Паскаль-секунда ( ):

Для единицы вязкости в системе СГС установлено название “пуаз” (Пз).

Вязкостью в один пуаз обладает жидкость, у которой сила трения между двумя соседними слоями, рассчитанная на 1 площади соприкосновения слоев при градиенте скорости 1 , равна одной дине (единица силы в системе СГС):

Легко видеть, что 1 Па×с = 10 пуаз=10 Пз,

1Пз= 1 пуаз = 0,1 Па×с.

На практике часто употребляется в сто раз меньшая единица вязкости – сантипуаз. Примерно такую вязкость имеет вода при 20 °С.

1 сантипуаз = 10 -2 пуаз=10 -3 Па×с.

Вязкость других жидкостей имеет разнообразные значения. Вязкость этилового спирта при 20 °С равна 1,2 сантипуаза, этилового эфира – около 0,2 сантипуаза. Глицерин имеет вязкость 850 сантипуазов при температуре 20 °С и 350 сантипуазов при 30 °С.

Вязкость некоторых жидкостей (эмульсии, суспензии, растворы полимеров) зависит от режима их течения – давления, градиента скорости. Это объясняется тем, что структурные элементы жидкости (белковые молекулы, дисперсные частицы) располагаются в потоке по-разному при разных скоростях. Такие жидкости называют неньютоновскими. Кровь (суспензия клеток крови в белковом растворе – плазме) также относится к неньютоновским жидкостям.

При течении жидкости по трубке, стенки которой смачиваются ею, можно считать, что слой жидкости, непосредственно прилегающий к внутренней поверхности трубки, прилипает к ней и остается неподвижным. Более удаленные от стенок слои скользят вдоль соседних слоев, и скорость движения жидкости возрастает по мере удаления от стенок. С наибольшей скоростью движутся частицы жидкости, находящиеся на оси трубки.

Рассмотрим стационарный поток жидкости, ламинарно текущей слева направо через трубку круглого сечения, радиус которой (рисунок 7.1).

Мысленно выделим в жидкости цилиндр радиуса и длины , ось которого совпадает с осью трубки. Обозначим давление на его торцах через и . В стационарных условиях результирующая сил давления на основания цилиндра уравновешивается силой вязкого трения, действующей на боковую поверхность цилиндра со стороны наружных слоев жидкости. По закону вязкого трения эта сила равна:

где – площадь боковой поверхности цилиндра,

h – динамическая вязкость жидкости,

Заменяя через площадь боковой поверхности и приравнивая нулю сумму сил, действующих на цилиндр, можно записать:

Знак “–” в формуле (7.4) свидетельствует о том, что с увеличением расстояния от оси трубки скорости частиц жидкости уменьшаются ( >0, 3 /с).

Прежде чем применять формулу Пуазейля к конкретным расчетам, всегда следует убедиться в том, что течение жидкости является ламинарным.

В реальной жизни мы редко встречаемся с ламинарным течением. Движение воды в водопроводе и в реке, движение воздуха в атмосфере практически всегда оказывается турбулентным. Разделить эти два режима можно, исследуя зависимость объемной скорости истечения от давления. При ламинарном течении объемная скорость пропорциональна разности давлений на концах трубки:

а при турбулентном – корню квадратному из нее:

Характер течения жидкости зависит от числа Рейнольдса Re, которое определяется с помощью формулы:

где – скорость потока,

– динамический коэффициент вязкости жидкости.

4. Вычислите коэффициент вязкости исследуемой жидкости по формуле:

5. Рассчитайте относительную и абсолютную погрешности коэффициента динамической вязкости:

Вязкость, внутреннее трение - свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одного их слоя относительно другого. Вязкость жидкостей легче всего обнаруживается при их переливании или помешивании.

Количественно вязкость характеризуется значением величины, называемой динамической вязкостью или коэффициентом внутреннего трения и обозначаемой n или u. Характерной особенностью этого вида трения является то, что оно наблюдается не на границе твердого тела и жидкости, а во всем объеме жидкости.

Единицей динамической вязкости в Международной системе единиц (СИ) является паскаль-секунда (Па*с). Паскаль-секунда равна динамической вязкости среды, касательное напряжение в которой при ламинарном (упорядоченном) течении и при разности скоростей слоев, находящихся на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равной 1 м/с, составляет 1 Па.

Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости среды к ее плотности при той же температуре:

Единицей кинематической вязкости в СИ является квадратный метр в секунду (м2/с). При кинематической вязкости 1 м2/с динамическая вязкость среды плотностью 1 кг/м3 равна 1 Па*с.

Часто пользуются также величиной относительной, или условной, вязкости (ВУ) - отношением вязкости данной жидкости к вязкости воды при той же температуре (см. ниже).

Широкий диапазон значений вязкости, а также необходимость измерять вязкость в условиях низких или высоких температур и давлений обусловливает большое разнообразие методов определения вязкости и конструкции вискозиметров.

Типы вискозиметров

В зависимости от способа измерения вискозиметры подразделяются на капиллярные (вискозиметры истечения), шариковые, ротационные, вибрационные и ультразвуковые.

При пользовании капиллярными вискозиметрами измеряется время истечения известного количества (объема) жидкости сквозь капиллярные трубки определенного диаметра. Стеклянные капиллярные вискозиметры чаще других используются в практике химических лабораторий.

При пользовании шариковыми вискозиметрами измеряется скорость падения шарика в исследуемой жидкости - она тем меньше, чем больше вязкость жидкости.

В ротационных вискозиметрах измеряется крутящий момент или угловая скорость вращения одного из двух соосных тел, в зазоре между которыми находится испытуемая жидкость. Область измерения вязкости 0,5-1000000 Па*с. Они широко используются для определения вязкости высокомолекулярных жидкостей и растворов полимерных соединений.

Измерение вязкости вибрационными вискозиметрами основано на зависимости амплитуды колебаний тела в исследуемой жидкости от ее вязкости.

Ультразвуковыми вискозиметрами измеряют скорость затухания колебаний магнитострикционного материала, помещенного в исследуемую жидкость.

Независимо от конструкции вискозиметра, определение вязкости следует проводить в условиях строгого термостатирования.

Стеклянные капиллярные вискозиметры

Для измерения вязкости прозрачных жидкостей служат вискозиметры ВПЖ-1, ВПЖ-2, типа Пинкевича, ВПЖМ, а для непрозрачных - ВНЖ (рис. 204).

Кинематическая вязкость жидкости v равна произведению времени т истечения через капилляр определенного ее объема на постоянную вискозиметра C. Постоянная C не зависит от температуры и определяется только геометрическими размерами вискозиметра.

Для определения постоянной вискозиметра пользуются эталонными жидкостями с известной кинематической вязкостью. Измеряя время истечения определенного объема эталонной жидкости определяют постоянную вискозиметра:

Вискозиметры выпускаются с разными капиллярами, причем диаметр капилляра резко сказывается на постоянной вискозиметра. В каждом наборе имеется по девять вискозиметров, диаметры внутренних капилляров которых варьируются в пределах 0,34-5,5 мм, что соответствует значениям С = 0,003-30 сСт/с. Набор вискозиметров типа Пинкевича состоит из 11 вискозиметров с диаметрами капилляров от 0,4 до 4,0 мм.

В качестве эталонной жидкости при калибровке вискозиметров для маловязких жидкостей может служить свежеперегнанная дистиллированная вода, кинематическую вязкость которой принимают равной 1,0067 сСт/с при 20 °С и 0,89748 сСт/с при 25 °С.

По существующему положению каждый капиллярный вискозиметр заводского изготовления должен снабжаться паспортом, в котором указана его постоянная. Так, вискозиметры ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВНЖ выпускаются со значением постоянной С: 0,003; 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 1; 3; 10 и 30 сСт/с. Постоянная вискозиметров типа ВПМЖ составляет 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 1 и 3 сСт/с.

Определение кинематической вязкости

Методики определения кинематической вязкости практически наиболее распространены.

Калибровка вискозиметров

Новые вискозиметры, а также вискозиметры, находящиеся давно в работе, следует периодически подвергать проверочной калибровке.

Калибровка заключается в определении времени протекания через вискозиметр эталонной жидкости. Перед выполнением работы вискозиметр промывают последовательно петролейным эфиром, хромовой смесью, водопроводной и дистиллированной водой, спиртом и диэтиловым эфиром, после чего продувают чистым, сухим воздухом.

Пусть для калибровки выбран вискозиметр типа ВПЖ-1 (рис. 204). На отводную трубку 3 надевают резиновый шланг, соединенный с грушей, и, зажав пальцем колено 2, переворачивают вискозиметр, опускают отверстие колена 1 в сосуд с эталонной жидкостью, засасывают ее в вискозиметр с помощью резиновой груши или водоструйного насоса до метки М2, следя за тем, чтобы в расширениях 4 и 5 не образовалось разрывов жидкости. Затем колено 1 вынимают из жидкости и снимают шланг с отводной трубки 3.

На колено 1 надевают резиновую трубку; вискозиметр погружают в жидкостной термостат так, чтобы расширение 4 оказалось в жидкости, и укрепляют строго вертикально с помощью зажима на штативе. Другим зажимом укрепляют термометр, шарик которого должен быть на одном уровне с серединой капилляра 6. В термостате устанавливают температуру 20 ±0,2 °С и вискозиметр выдерживают при этой температуре 10-15 мин.

Затем грушей или насосом, присоединенными к резиновой трубке, засасывают жидкость в колено 1 примерно до 1/3 его высоты, следя, чтобы не образовалось разрывов жидкости или пузырьков воздуха. Прекратив засасывание, дают жидкости стекать в расширение 5 и наблюдают опускание уровня жидкости. Как только уровень вытекающей жидкости коснется метки М1 включают секундомер; когда уровень жидкости коснется метки М2, останавливают секундомер. Записав время истечения жидкости, повторяют определение не менее четырех раз. Затем вискозиметр моют, сушат, вновь заполняют эталонной жидкостью и вновь производят не менее четырех определений.

Если разность между средним временем двух опытов не превышает 0,3%, то находят среднее арифметическое времени истечения т эталонной жидкости в обоих опытах и вычисляют постоянную вискозиметра:

Проведение определения

Определяют время протекания через вискозиметр испытуемой жидкости точно так же, как при калибровке поступали с эталонной. Следует лишь иметь в виду, что время предварительной выдержки вискозиметра с испытуемым веществом в термостате следует увеличивать с повышением температуры проведения испытания (от 10 мин при 20 °С до 20 мин при 100 °С).

Среднюю арифметическую величину времени истечения жидкости в вискозиметре определяют с точностью до 0,1 с и вычисляют кинематическую вязкость (в сантистоксах) по формуле:

где С - постоянная вискозиметра, сСт/с; т - среднее арифметическое время истечения жидкости, с; g - ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, см/с2 (можно принять g/980,7 = 1, если дополнительная погрешность 0,02% не имеет значения); К - коэффициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости в результате расширения ее при нагревании; для ВПЖ-1 К = 1; для ВПЖ-2 и ВПЖ-4 К = 1 ±0,00004 dt; для ВНЖ K = 1 ±0,000087 dt; для ВПЖМ К = 1 ±0,000074 dt (dt - разность между температурой жидкости при заполнении вискозиметра и при определении вязкости).

Определение динамической вязкости разбавленных растворов полимеров (по ГОСТ 18249-72)

Концентрацию раствора полимера выбирают так, чтобы отношение времени истечения раствора т ко времени истечения растворителя то составляло 1,2-1,6. В соответствии с этим подбирают вискозиметр.

Величина навески полимера, выбор растворителя, его объем и условия растворения указываются в стандартах или технических условиях на данный полимер.

При определении вязкости на вискозиметрах типа ВПЖ-2 приготовляют растворы четырех концентраций, на вискозиметре ВПЖ-1-одной концентрации; растворы меньших концентраций получают разбавлением в самом вискозиметре. Для этого в вискозиметр наливают 13-16 мл раствора, измеряют время истечения, после чего последовательно добавляют измеренный объем растворителя и перед каждым последующим измерением времени истечения тщательно перемешивают. Концентрацию разбавленного раствора А1 вычисляют по формуле:

где А - концентрация раствора полимера, залитого в вискозиметр, г/мл; V - объем раствора в вискозиметре, мл; V1 - объем добавленного растворителя, мл.

Вискозиметр типа ВПЖ-2 заполняют чистым растворителем или раствором так же, как описано выше. Отклонения температуры термостатирования не должны превышать при комнатных температурах ±0,05 °С, при повышенных ±0,15 °С. Уровень термостатирующей жидкости должен быть на 3-4 см ниже верхнего конца колена вискозиметра.

После 15-минутного термостатирования вискозиметра с растворителем или раствором полимера определяют время истечения растворителя т0 или растворов различных концентраций т. При этом за результат принимают среднее арифметическое не менее трех определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,4 с.

Динамическая вязкость разбавленных растворов n или растворителя n0 (в сантипуазах) вычисляют по формулам:

где С - постоянная вискозиметра, сСт/с; р, р0 - плотность раствора полимера или растворителя при температуре испытания, г/см3; т, т0 - время истечения раствора или растворителя, с.

Определение условной вязкости

Метод определения условной вязкости применяется для нефтепродуктов, лакокрасочных материалов и ряда других вязких жидкостей, вязкость которых нельзя определить с помощью стеклянных капиллярных вискозиметров. Для ряда нефтепродуктов вязкость нормируется в условных единицах.

Условной вязкостью называют отношение времени истечения из вискозиметра типа ВУ 200 мл испытуемого продукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °С, являющемуся постоянной (водным числом) прибора. Величина этого отношения выражается как число условных градусов.

Водное число вискозиметра должно контролироваться лабораторией организации, которой принадлежит прибор.

Условная вязкость при температуре t обозначается знаком ВУt.

Прибором для измерения условной вязкости служит вискозиметр типа ВУ-4 (рис. 205). Он состоит из резервуара 1 с трубкой 8 в его дне. Резервуар помещают в сосуд 2, служащий водяной или масляной баней. Резервуар закрывают крышкой с двумя отверстиями. В одно из отверстий вставляют деревянный стержень 6, который закрывает трубку 8; в другое помещают термометр 4. Внутри резервуара 1, на равном расстоянии от дна, прикреплены три заостренных изогнутых вверх под прямым углом штифта 5. По ним устанавливают уровень наливаемой в резервуар исследуемой жидкости, и, кроме того, эти штифты служат для установки прибора в горизонтальное положение. Во внешнем резервуаре помещены мешалка 7 и термометр со шкалой от 10 до 110 °С и ценой деления 1 °С.

Прибор устанавливают на железном треножнике 10, на двух ножках которого имеются установочные винты 9. Для подогрева термостатирующей жидкости в сосуде 2 к треножнику прикрепляется газовая горелка или прибор снабжают электрообогревательным устройством с терморегулятором.

Для измерения объема вытекающей из вискозиметра жидкости к прибору прилагается специальная мерная колба, калиброванная при 20 °С на 200 мл.

Определение водного числа вискозиметра ВУ

Внутренний резервуар промывают последовательно петролейным или диэтиловым эфиром, этиловым спиртом и дистиллированной водой и высушивают воздухом. Затем вискозиметр вставляют ножками в прорези треножника и закрепляют зажимными винтами. Выходное отверстие 3 закрывают чистым стержнем 6. Во внутренний резервуар вискозиметра 1 наливают профильтрованную дистиллированную воду до уровня, при котором острия трех штифтов 5 едва лишь выдаются над зеркальной поверхностью воды; температура воды должна быть 20 ±0,2 °С.

Водой такой же температуры заполняют и внешний сосуд 2. Мерную колбу подставляют под сточную трубку 8 внутреннего резервуара и, приподняв стержень 6, спускают всю воду из резервуара в колбу, не замеряя времени ее истечения; при этом водой наполняется и вся трубка 8, на нижнем конце которой повисает капля воды. Опустив конец стержня 6 в выходное отверстие 3, вновь осторожно выливают воду из колбы в резервуар по стеклянной палочке; опорожненную колбу держат 1-2 мин над резервуаром в опрокинутом положении и затем вновь подставляют под сточную трубку.

Воду во внутреннем резервуаре и внешнем сосуде тщательно перемешивают: в первом - вращением крышки вокруг стержня 6, во втором - мешалкой 7. Убедившись, что температура воды в обоих резервуарах равна 20 °С и в течение 5 мин отклонение температуры не превышает ±0,2 °С, приподнимают коротким движением стержень 6, пуская одновременно секундомер, и наблюдают вытекание воды из резервуара. В момент, когда нижний край мениска достигнет кольцевой метки на колбе, останавливают секундомер. Наблюдение времени истечения 200 мл дистиллированной воды повторяют не менее 4 раз. Для стандартного вискозиметра время истечения 200 мл воды при 20 °С должно быть равным 51 ±1 с.

Проведение определения

Перед каждым определением резервуар 1 промывают и высушивают. Сточное отверстие закрывают стержнем 6 и наполняют внутренний резервуар испытуемой жидкостью, предварительно подогретой несколько выше заданной температуры определения. Уровень налитой жидкости должен быть немного выше остриев штифтов 5.

В сосуд 2 наливают воду (при определении вязкости до 80 °С) или вазелиновое масло, нагретые несколько выше заданной температуры определения.

Подняв немного стержень 6, дают стечь избытку испытуемой жидкости, с тем чтобы острия всех трех штифтов лишь едва заметно выдавались над уровнем жидкости.

Установив вискозиметр, закрывают его крышкой и под сточное отверстие ставят чистую специальную мерную колбу на 200 мл, в то же время осторожно вращая вокруг стержня крышку прибора, в которую вставлен термометр.

Когда термометр будет показывать точно заданную температуру определения, следует выждать 5 мин, быстро вынуть стержень и одновременно пустить секундомер. Когда жидкость в мерной колбе дойдет точно до метки, секундомер останавливают и отсчитывают время истечения с точностью до 0,2 с.

Условную вязкость при температуре t в условных градусах вязкости вычисляют по формуле:

где тt - время истечения из вискозиметра 200 мл испытуемого продукта при температуре t, с; тH2O - водное число вискозиметра, с.

Методика измерения вязкости капиллярным вискозиметром основана на уравнении Пуазейля:

, (2)

где – объем жидкости, протекающей через капилляр за время,- радиус, а– длина капилляра,- градиент давления; и- давление в начале и в конце капилляра (>).

Непосредственное определение коэффициента вязкости по этой формуле встречает серьезные экспериментальные трудности, т.к. радиус капилляра входит в формулу в четвертой степении погрешность при измерении радиуса значительно снижает точность экспериментальных данных. Поэтому вместо непосредственного определения коэффициента вязкости по формуле (2) пользуются сравнительным методом. Для этого берут поочередно две жидкости и измеряют время истечения одинаковых объемов каждой жидкости через один и тот же капилляр. Тогда для первой жидкости можно записать:

(3)

аналогично для второй жидкости

. (4)

Поскольку , то можно найти из этого условия коэффициент вязкости второй жидкости:

. (5)

В нашем опыте жидкость вытекает под действием силы тяжести поэтому, с учетом того, что давление столба жидкости получим:

где и – плотности первой и второй жидкости. Тогда формула (5) примет вид:

. (6)

Таким образом, зная время истечения вязких жидкостей, их плотности и коэффициент вязкости одной из них, можно найти вязкость другой жидкости. В качестве жидкости с известным коэффициентом вязкости обычно берут дистиллированную воду.

Рисунок 2. Капиллярный вискозиметр

2. Определение коэффициента вязкости жидкости с помощью медицинского вискозиметра

Этим методом непосредственно можно определить относительную вязкость, т.е. во сколько раз отличается вязкость исследуемой жидкости от вязкости эталонной жидкости.

Метод определение вязкости жидкости с помощью медицинского вискозиметра основан на том, что согласно формуле Пуазейля объем вязкой жидкости, протекающей по капилляру за определенный промежуток времени, при прочих равных условиях (в частности, при одинаковых радиусах капилляров, разностях давлений на концах капилляров) обратно пропорционально коэффициенту вязкости жидкости. Следовательно, для двух сравниваемых жидкостей можно записать:

и ,

где l – длина капилляраа иб (рис.3), тогда получим:

(если r₁= r₂). (7)

Из этой формулы видно, что пути l₁и l₂, проходимые эталонной и исследуемой жидкостью в капиллярных трубкахАиБ(рис.3) одинакового сечения, обратно пропорциональны их коэффициентам вязкости и. Зная значение и, измерив соотношение- относительную вязкость, можно найти коэффициент вязкости исследуемой жидкостипо формуле:

= k .

Применяемый в клинике прибор для определения вязкости крови, состоит из двух градуированных пипеток АиБ, закрепленных на общей подставкеП(рис. 3).

Рисунок 3. Медицинский вискозиметр

Вязкость исследуемой жидкости = k, где – вязкость воды при данной температуре (табл.3).

Читайте также: