Методика измерения вязкости.

Открыв пробку 8, наливают исследуемую жидкость так, чтобы правый уровень был немного выше расширения 5. Закрыв пробку, накачивают насосом воздух до тех пор, пока жидкость не займет примерно половину расширения 9. Затем открывают пробку и измеряют время перемещения уровня от метки 2 до метки 3. Благодаря сужению в районе метки 2 жидкость проходит эту метку очень быстро при незначительном расходе самой жидкости, поэтому время включения секундомера определяется очень точно. То же относится и к метке 3.

Внимание! В момент измерения второй уровень должен находится в расширении 5. Если это условие не выполняется, необходимо подкорректировать количество жидкости в вискозиметре. Также не должно быть пузырьков воздуха в капилляре.

Используя измеренное время, кинематическую вязкость вычисляют по формуле, приведённой в паспорте прибора (или на корпусе вискозиметра).

 

 

КАТЕТОМЕТР

Катетометр КМ-8 предназначен для измерения с точностью 0.03¸0.05 мм вертикальных отрезков, находящихся в одной плоскости измерений и удаленных от объектива зрительной трубы на расстоянии 470-2000 мм. Пределы измерений этого прибора 500 мм.

Конструкция прибора

Катетометр (рис. 38) состоит из массивной вертикальной колонны 1 с зеркальной шкалой 2, подвижной измерительной каретки 3 со зрительной трубой 4, совмещенной с отсчётным микроскопом и блока уровня 5.

Колонна 1 может легко поворачиваться вокруг вертикальной оси с помощью рукоятки. Установка колонны в вертикальном положении производится подъёмными винтами 6; проверка вертикальности – по круглому уровню 7.

Рис. 38

В колонну вмонтирована оправа с зеркальной 500 мм шкалой 2. Измерительная каретка 3 несёт отсчётный микроскоп и зрительную трубу 4, которая имеет микроскопический винт наклона 8.

Грубое перемещение каретки по вертикали осуществляется от руки, точное – с помощью микроскопического винта 9.

По изображению цилиндрического уровня, вынесенному в поле зрения зрительной трубы (справа) пользуясь винтом 8, можно установить строго горизонтальное положение главной оптической оси прибора.

Сменные насадочные линзы, которые позволяют вести наблюдение объекта на расстоянии от 470 до 2000 мм от объектива зрительной трубы, помещены в револьверном диске 10, вращение диска от руки. На диске указаны расстояния, на которые рассчитаны линзы.

Подсветка штрихов миллиметровой шкалы осуществляется лампой, питание от трансформатора, рассчитанного на напряжение 220 В.

Наводка на резкость изображения измеряемого объекта осуществляется ручкой 11; масштабной сетки, штрихов шкалы, пузырька уровня – окуляром 12.

Рис. 39

В поле зрения окуляра одновременно наблюдаются: изображение измеряемого объекта, изображение миллиметровой шкалы (слева), масштабной сетки (слева) и визирной сетки (в середине, рис. 39).

Основная шкала катетометра закреплена в его станине и неподвижна. Её деления видны в поле зрительной трубы в виде длинных горизонтальных линий, над которыми с левой стороны нанесены цифры (миллиметры).

Сетка окулярной шкалы (аналог нониуса у штангенциркуля) перемещается вместе со зрительной трубой относительно делений основной шкалы. Цифры 0 ¸ 9 в вертикальном ряду слева соответствуют десятым долям миллиметра. В сетке можно выделить мысленно десять вытянутых по горизонтали прямоугольников, имеющих высоту 0.1 мм. В каждом таком прямоугольнике проведена диагональ. Диагональ обозначена толстой белой линией на темном фоне. При измерении рекомендуется пользоваться нижней границей диагонали. Таким образом, если левый конец нижней границы диагонали находится на делении основной шкалы, то правый конец нижнего деления соседней (сверху) диагонали также будет на ней находится.

Отсчет снимается следующим образом (в мм). К делению основной шкалы нужно прибавить деление на правой стороне окулярной сетке, расположенное над основным делением (это десятые мм). Далее следует определить точку пересечения основного деления с нижней границей диагонали. Деления горизонтального ряда в верхней части сетки, соответствующие точке пересечения, покажут сотые доли мм.

На рис. 39показан пример. Приведенная ситуация соответствует отсчету 412.46 мм. Для измерения расстояний снимают два отсчета и берут разность.

 

Работа с катетометром

1. Установите прибор в вертикальное положение – пузырек круглого уровня должен быть в центре.

2. Перемещая каретку руками направьте объектив на исследуемый объект.

3. Включите трансформатор для подсветки миллиметровой шкалы.

4. Выставьте требуемое расстояние до измеряемого объекта, вращая револьверный диск. Пользуясь изображением уровня, установите трубу горизонтально с помощью винта 8. (В горизонтальном положении изображение пузырька уровня целое, в противном случае – “разрезанное”)

5. Наведите на резкость с помощью окуляра изображение миллиметровой шкалы, уровня и масштабной сетки. Наведите на резкость изображение измеряемого объекта с помощью ручки 11.

6. Переместив каретку сначала грубо рукой, а затем точно винтом 9, добейтесь совпадения центра визирной сетки с нужной точкой изображения исследуемого объекта.

7. Произведите отсчет по миллиметровой шкале и масштабной сетке.

8. Повторите операции 6 и 7 для второй точки объекта. Разность полученных значений дает расстояние между выбранными точками объекта (в миллиметрах).

4. СПРАВОЧНИЕ СВЕДЕНИЯ^*

Физические константы

Постоянная Больцмана k = 1.380662´10^-23 Дж/К

Постоянная Авогадро N _А = 6.022045´10²³ моль^{- 1}

Универсальная газовая постоянная R = 8.31 Дж/(К×моль^{- 1})

Ускорение свободного падения g = 9.81 м/с²

Плотности r некоторых веществ (при 20° С)

Вещество	r (кг/м^3)	Вещество	r (кг/м^3)
Вода		Кислород (н.у.)	1.47
Глицерин		Азот (н.у.)	1.25
Ртуть		Воздух (н.у.)	1.29
Этил. спирт		Углекислый газ	1.98

 

Коэффициенты динамической вязкости h некоторых веществ

Вещество	h (мПа×с)	Вещество	h (мПа×с)
Вода	1.002	Воздух (20°С и 101.3 кПа)	0.0088

 

Коэффициенты поверхностного натяжения s некоторых

жидкостей (при 20° С)

Жидкость	s (Н/м)	Жидкость	s (Н/м)
Вода	0.0727	Ртуть	0.465
Мыльный раствор воды	0.045	Этил. спирт	0.0285

Удельные теплоемкости с некоторых веществ

Вещество	с (Дж/кг×К)	Вещество	с (Дж/кг×К)
Вода		Медь
Глицерин		Алюминий
Спирт		Сталь

 

Эффективный диаметр s некоторых молекул

Молекула	s (нм)	Молекула	s (нм)
Водород	0.23	Азот	0.31
Кислород	0.29	Аргон	0.29

Скорость звука в воздухе (0° С) 331 м/с.

Удельная теплота парообразования воды 2.256 МДж/кг.

^*Справочные сведения взяты из справочника: Кухлинг Х. Справочник по физике. – М.: Мир, 1982.

Содержание

От автора..............…………………………………………………………………3

1. Введение..............……………………………………………………………….4

1.1. Техника безопасности.....................................................................…...4

1.2. Порядок выполнения работ............................................................…...4

1.3. Правила построения графиков.......................................................…...5

1.4. Вычислении погрешностей измерений..........................................…..6

1.5. Рекомендуемая литература.............................................................….10

2. Описания лабораторных работ..............……………………………………...11

2.1. Определение отношения теплоемкостей C_p/C_v воздуха по

скорости звука..............................................................................................11

2.2. Проверка закона Шарля.......................................................................14

2.3. Определение плотности воздуха.........................................................19

2.4. Определение вязкости воды с помощью сосуда Мариотта..............23

2.5. Определение теплоемкостей C_p/C_v газа методом Клемана-Дезорма.....26

2.6.Определение удельной теплоты парообразования воды................…32

2.7. Определение влажности воздуха.........................................................35

2.8. Изучение теплового расширения твердых тел...................................43

2.9. Определение коэффициента вязкости, длины свободного пробега

и эффективного диаметра молекул воздуха............................………….50

2.10. Изучение зависимости кинематической вязкости от температуры………………………………………………………………..56

2.11. Определение коэффициента поверхностного натяжения

жидкости методом отрыва кольца.........................................................….60

2.12. Определение коэффициента поверхностного натяжения

жидкости методом поднятия в капиллярах...............................................63

2.13. Изучение температурной зависимости коэффициента

поверхностного натяжения жидкости методом максимального

давления в пузырьках..................................................................................66

2.14. Изучение изменения энтропии в изолированной системе..............69

2.15. Экспериментальное исследование распределения

термоэлектронов по скоростям...................................................................73

2.16.Определение удельной теплоемкости жидкости

электрокалориметрическим методом........................................................81

2.17. Экспериментальное исследование зависимости температуры

кипения воды от давления.........................................................………….84

3. Приборы молекулярной физики………………………………………………90

3.1. Насосы................................................................................................….90

3.2. Манометры.............................................................................................93

3.3. Термометры........................................................................................…95

3.4. Приборы, измеряющие влажность.......................................................98

3.5.Термостат...............................................................................................100

3.6. Вискозиметр........................................................................................101

3.7. Катетометр...........................................................................................103

4. Справочные сведения...……………………………………………………...106