15.16, UWM Weterynaria, Biofizyka - ćwiczenia

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z BIOFIZYKI

SPRAWOZDANIE

Temat: Pomiar współczynnika lepkości za pomocą wiskozymetru Ostwalda. Wyznaczanie bezwzględnego współczynnika lepkości metodą Stokesa.

1) Prawo Stokesa - określające siłę oporu ciała w kształcie kuli poruszającego się w (cieczy lub gazie).

Prawo wyraża się wzorem:

gdzie:

– siła oporu,

η – płynu,

r – ,

– ciała względem płynu.

2) Prawo Archimedesa – na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu równa ciężarowi wypartej przez to ciało cieczy.

Q = Vρg (ciężar ciała),

gdzie:

ρ – gęstość ciała.

W = Vρ0g (siła wyporu),

gdzie:

ρ0 – gęstość cieczy.

R = W – Q (siła wypadkowa)

ρ > ρ0 ;   R < 0 ciało tonie;

ρ = ρ0; R = 0 ciało pływa na dowolnej głębokości;

ρ < ρ0; R > 0 ciało pływa częściowo zanurzone.

3) Prawo Poiseuille’a – objętość cieczy V przepływająca w czasie t przez kapilarę o promieniu R i długości l pod wpływem różnicy ciśnień Dp wynosi:

gdzie:

η – płynu.

4) Oddziaływania van der Waalsa – oddziaływanie międzycząsteczkowe uniwersalne, ma charakter elektryczny. Mogą tu występować  3 rodzaje sił:

- siły dipolowe;

- siły indukcyjne;

- siły dyspersyjne.

5)Zjawisko lepkości – zjawisko tarcia wewnętrznego – właściwość i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Współczynniki lepkości:

a) Dynamiczny współczynnik lepkości (η) – równa się liczbowo sile tarcia wewnętrznego przyłożonej do jednostki powierzchni warstwy płynącej cieczy przy jednostkowym spadku prędkości.

η=

gdzie:

F - siła tarcia

- zmiana prędkości ruchu warstw na jednostkę długości wewnętrznej normalnej do powierzchni warstwy.

b) Kinematyczny współczynnik lepkości (ν) – stosunek dynamicznego współczynnika lepkości danej cieczy do jej gęstości (ρ)
jednostka: [m2/s]

V=

c) Względny dynamiczny współczynnik lepkości (ηwz) – iloraz dynamicznego współczynnika lepkości ηc danej cieczy i współczynnika lepkości cieczy porównawczej η0

ηwz =

d) Względny kinematyczny współczynnik lepkości (νwz) - iloraz kinematycznego współczynnika lepkości νc  danej cieczy i współczynnika lepkości cieczy porównawczej ν0

νwz= νc/ ν0

e) Właściwy współczynnik lepkości:

ηwz=-1

6) (warstwowy) - przepływ stanowi zespół warstw przemieszczających się jedna względem drugiej bez ich mieszania (wirów). Przepływ tego typu występuje przy małych prędkościach przepływu płynu lub dla płynu o dużej lepkości. Bezwymiarowym parametrem decydującym o laminarności lub o obecności turbulencji jest .

7) (wirowy) - w płynie występuje mieszanie, powstają - stąd też określenie przepływu , który ze swej natury jest zmienny w czasie. Prędkość przestaje wtedy być prostą funkcją położenia.

8) Równanie ciągłości strugi – jest oparte na bilansie masy, zakłada, że ilość masy cieczy dopływającej i odpływającej jest równa:

ρ – gęstość cieczy;
V – prędkość przepływu płynu;
A – pole przekroju poprzecznego rurociągu.

9) Prawo Bernouliego – prawo to określa, że suma ciśnienia słupa cieczy (ρgh), statycznego (p) i dynamicznego związanego z ruchem cieczy (ρv2/2) w każdym miejscu przewodu jest stała i równa się ciśnieniu całkowitemu, jakie panuje w strumieniu płynącej cieczy:

ρgh + ρv2/2  + p = const  [Pa]

gdzie:

p – ciśnienie statyczne,

½ρv2 – ciśnienie dynamiczne,

ρgh – ciśnienie hydrostatyczne.

Suma energii kinetycznej, potencjalnej i ciśnienia jednostki masy (lub objętości) ustalonego przepływu cieczy doskonałej jest wielkością stałą.

10) Płyny newtonowskie (doskonale lepkie) – jest to znaczna część płynów, np. woda, gazy w tym i powietrze. Dla płynów newtonowskich lepkość zależy od własności substancji tworzącej płyn i jego parametrów termodynamicznych takich jak temperatura i ciśnienie.

11) Płyn nienewtonowski − każdy płyn, który nie spełnia hydrodynamicznego prawa Newtona. W przeciwieństwie do płynu newtonowskiego, lepkość płynów nienewtonowskich nie jest wartością stałą w warunkach izobarycznych, lecz jej wartość zmienia się w czasie.

12) Lepkość krwi zależy w głównej mierze od:

- hematokrytu (stosunku objętości krwinek w danej objętości krwi do objętości tej krwi), powyżej 60% lepkość krwi wzrasta znacznie;

- temperatury – lepkość w 0oC jest około 2,5 raza większa niż w 37oC;

- przekroju naczynia, w którym ta krew płynie – dla naczyń o średnicy mniejszej niż 0,3mm lepkość zmniejsza się w miarę zmniejszania pola przekroju naczynia; dla naczyń o średnicy większej niż 0,3mm – lepkość nie zależy od przekroju;

- szybkości przepływu.

13) Wyznaczanie bezwzględnego współczynnika lepkości metodą Stokesa [Pa*s]

η=[2r2g(ρk-ρc)t]/(9L)

r - promień kulki;
g – przyspieszenie ziemskie;
ρk – gęstośc kulki;
ρc – gęstośc cieczy;
t – czas opadania kulki na odcinku L.

14) Wyznaczanie względnego współczynnika lepkości metodą Ostwalda

ηwz = (ρctc)/ (ρwtw)

ρw – gęstośc wody destylowanej;
ρc – gęstośc cieczy;
tc – czas przepływu cieczy przez kapilarę;

tw – czas przepływu wody destylowanej przez kapilarę.

15) Równanie Newtona dla płynięcia cieczy - siła lepkości jest wprost proporcjonalna do wyrażenia dv/dh (gradient prędkości/spadek prędkości) i pola powierzchni S, na ktorą stycznie działa siła.

F= η( dv/dh )S [N]
 

Wyznaczanie współczynnika lepkości – metoda Stokesa

Nr pomiaru

r

t

L

v

η

ηśr