Viscositeit meten

Viscositeit kan worden gedefinieerd als de meting van de stromingsweerstand van een vloeistof, ook wel de inwendige wrijving van een vloeistof genoemd. Denk aan water en melasse. Water stroomt relatief vrij, terwijl melasse minder vloeibaar is. Omdat melasse meer bestand is tegen stroming, heeft het een hogere viscositeit dan water. Hoewel er een aantal methoden zijn om uit te kiezen bij het bepalen van de viscositeit, is het misschien het minst gecompliceerd om een ​​bal in een doorzichtige container met de vloeistof te laten vallen waarvoor u de viscositeit probeert te bepalen.

Deel een van de twee:
Viscositeit begrijpen

1. 1 Definieer viscositeit. Viscositeit meet de weerstand van een vloeistof tegen stroming.^[1] Een vloeistof met hoge viscositeit stroomt heel langzaam, zoals honing. Een vloeistof met lage viscositeit stroomt snel, zoals water. De eenheid voor viscositeit is een Pascal-seconde (Pa's).^[2]
2. 2 Definieer de vergelijking voor de viscositeit. In dit experiment worden metingen uitgevoerd van een bol en de doorvoer van vloeistof om de viscositeit te berekenen. De vergelijking voor de viscositeit is [2 (p_s-p_l) ga²] / 9v waar p_s is de dichtheid van de bol, p_l is de dichtheid van de vloeistof, g is versnelling als gevolg van de zwaartekracht, een is de straal van de bol, en v is de snelheid van de bol.^[3]
3. 3 Begrijp de variabelen in de viscositeitsvergelijking. Dichtheid is massa per volume-eenheid van een object en wordt aangeduid met een p. In deze vergelijking moet je de dichtheid van beide bollen meten, p_sen de vloeistof, p_l, het gaat door. De straal van de bol, een, kan worden gevonden door de omtrek van de bol te meten en te delen door 2π. De versnelling als gevolg van de zwaartekracht, g, is een constante afhankelijk van de atmosfeer van de planeet waar je op bent. In dit geval ben je op aarde dus g is 9,8 m / s².^[4] De snelheid van de bol, v, wordt berekend tijdens het experiment en is de tijd die een object nodig heeft om een ​​specifieke afstand af te leggen in meter per seconde (m / s).

Deel twee van twee:
Viscositeit meten

1. 1 Verzamel de benodigde materialen voor het experiment. Om de viscositeit van een vloeistof te berekenen, hebt u een bol, een maatcilinder, een liniaal, een stopwatch, de betreffende vloeistof, een weegschaal en een rekenmachine nodig.^[5] Dit experiment heeft vele stappen, maar als het goed wordt gevolgd, kunt u de viscositeit van een vloeistof berekenen.
   • De bol kan een kleine bal van marmer of staal zijn. Zorg ervoor dat de diameter niet groter is dan de helft van de diameter van de maatcilinder, zodat deze gemakkelijk in de cilinder kan vallen.
   • Een maatcilinder is een plastic container met markeringen aan de zijkant waarmee u het volume kunt meten.
   • U kunt een horloge gebruiken in plaats van een stopwatch, maar uw metingen zullen nauwkeuriger zijn met een stopwatch.
   • De vloeistof moet helder genoeg zijn om het marmer te zien als het door de vloeistof is gevallen. Probeer veel verschillende vloeistoffen met verschillende stroomsnelheden te testen om te zien hoe hun viscositeit verschilt. Enkele veel voorkomende vloeistoffen die u zou kunnen proberen, zijn onder andere water, honing, glucosestroop, bakolie en melk.
2. 2 Bereken de dichtheid van de door jou gekozen bol. De dichtheid van zowel de bol als de vloeistof is nodig om de viscositeitsberekening uit te voeren. De formule voor dichtheid is $\ displaystyle d = m / v$, waar d is dichtheid m is de massa van het object, en v is het volume van het object.
   • Meet de massa door de bol op een balans te plaatsen. Noteer de massa in gram (g).
   • Bepaal het volume van een bol met behulp van de formule V = (4/3) x π x r³, waar V is volume, π is de constante 3.14, en r is de straal van de bol. Je kunt de straal vinden door te meten rond het midden van de bol om de omtrek te krijgen en de omtrek vervolgens te delen door 2π.
   • Je kunt ook volume vinden door de waterverplaatsing in een maatcilinder te meten. Noteer het initiële waterniveau, plaats de bol in het water en noteer het nieuwe waterniveau. Trek de beginwaarde van het nieuwe waterniveau af. Dit getal is gelijk aan het volume van uw bol in ml (ml).
   • Bereken de dichtheid met de formule $\ displaystyle d = m / v$. De eenheid voor dichtheid is g / ml.
3. 3 Bepaal de dichtheid van de vloeistof die u meet. Als u dezelfde dichtheidsformule van boven gebruikt, berekent u vervolgens de dichtheid van de betreffende vloeistof.
   • Meet de massa van de vloeistof door eerst de lege maatcilinder te wegen. Giet uw vloeistof in de maatcilinder en weeg hem dan opnieuw. Trek de massa van de lege cilinder van die van de cilinder af met de vloeistof erin om de massa van de vloeistof in gram (g) te verkrijgen.
   • Om het volume van de vloeistof te bepalen, bepaalt u eenvoudig de hoeveelheid vloeistof die u in de maatcilinder hebt gestort met behulp van de graduele markeringen aan de zijkant van de cilinder. Noteer het volume in ml (ml).
   • Gebruik de formule $\ displaystyle d = m / v$ en uw metingen om de dichtheid van de vloeistof in g / mL te berekenen.
4. 4 Vul en markeer de maatcilinder. Vul eerst uw maatcilinder met de te meten vloeistof. Markeer vervolgens de posities bovenaan en onderaan de cilinder. Giet langzaam je experimentele vloeistof in de maatcilinder en vul de cilinder ongeveer halverwege tot driekwart van de weg naar boven.
   • Teken aan de bovenzijde van de cilinder ongeveer 2,5 centimeter (1 in) (1 in) vanaf de bovenkant van de vloeistof.
   • Teken een tweede merkteken ongeveer 2,5 centimeter (1 in) (1 in) vanaf de onderkant van de maatcilinder.
   • Meet de afstand tussen de bovenste en onderste markering. Plaats de onderkant van de liniaal op het onderste merkteken en noteer de afstand tot de bovenste markering.
5. 5 Noteer de tijd die het duurt voordat de bal tussen de punten valt. Laat de bal in de vloeistof vallen en start de stopwatch wanneer de onderkant van de bal het merkteken bovenaan de cilinder bereikt. Als de bal het merkteken bereikt dat je op de bodem van de cilinder hebt gemaakt, stop je de stopwatch.
   • Vloeistoffen met een lage viscositeit zullen met deze methode moeilijker te meten zijn, omdat het moeilijker zal zijn om de stopwatch nauwkeurig te starten en te stoppen.
   • Herhaal deze stap minstens drie keer (hoe meer keren je herhaalt, hoe nauwkeuriger je meting zal zijn) en gemiddelde de drie keer samen. Om het gemiddelde te vinden, telt u de tijden op voor elke proef en deelt u deze door het aantal proeven dat u heeft uitgevoerd.
   • Dit werkt het best als de bal klein genoeg is dat de stroming rond de bal echt viskeus en ver van turbulent is. De bal moet ook veel kleiner zijn dan de container, zodat de bal ten minste 10 ball-radii van de zijwanden kan vallen.
6. 6 Bereken de snelheid van de bol. Snelheid is een maat voor de afgelegde afstand over de verstreken tijd om die afstand af te leggen. De formule voor snelheid is $\ displaystyle v = d / t$ waar v is snelheid d is afgelegde afstand, en t het is tijd.
   • Gebruik uw metingen om ze in de vergelijking te pluggen $\ displaystyle v = d / t$ om de snelheid van de bol te vinden.
7. 7 Bereken de viscositeit van de vloeistof. Steek de informatie die u hebt verkregen in de formule voor de viscositeit: viscositeit = [2 (p_s-p_l) ga²] / 9v waar p_s is de dichtheid van de bol, p_l is de dichtheid van de vloeistof, g is versnelling als gevolg van de zwaartekracht (een vaste waarde van 9,8 m / s²), een is de straal van de bol, en v is de snelheid van de bol.^[6]
   • Stel dat de dichtheid van uw vloeistof 1,4 g / ml is, de dichtheid van uw bol 5 g / ml, de straal van de bol 0,002 m en de snelheid van de bol 0,05 m / s.
   • Aansluiten op de vergelijking: viscositeit = [2 (5 - 1.4) (9.8) (0.002) ^ 2] / (9 x 0.05) = 0.00062784 Pa s