5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL



Hasonló dokumentumok
7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

5. Laboratóriumi gyakorlat

Reológia Mérési technikák

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Transzportjelenségek

A viszkózus folyás aktiválási energiájának meghatározása Höppler-féle viszkoziméterrel.

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározása különböző módszerekkel

FOLYADÉK BELSŐ SÚRLÓDÁSÁNAK MÉRÉSE

Fogalom meghatározás A viszkozitás az a nyíróerő, amely az anyag belsejében az alakváltozással szemben hat, tehát tulajdonképpen belső súrlódás.

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Felületi feszültség és viszkozitás mérése. I. Felületi feszültség mérése. Felületi feszültség mérés és viszkozimetria 2. Fizikai kémia gyakorlat 1

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

6. Oldatok felületi feszültségének meghatározása. Előkészítő előadás

HÁZI FELADATOK. 2. félév. 1. konferencia Komplex számok

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Termodinamika (Hőtan)

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

POLIMERTECHNIKA Laboratóriumi gyakorlat

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VEGYIPAR ISMERETEK EMELT SZINTŰ GYAKORLATI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Folyadékok és gázok mechanikája

Mivel foglalkozik a hőtan?

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Ellenáramú hőcserélő

Folyadékok és gázok áramlása

Folyadékok és gázok áramlása

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

Kémiai reakciók sebessége

AZ ALUMINUM KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA LÚGOS KÖZEGBEN

Vérkeringés. A szív munkája

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

(2006. október) Megoldás:

Az oldatok összetétele

Debreceni Egyetem. Feladatok a Matematika II. tárgy gyakorlataihoz. Határozatlan integrál

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Diffúzió 2003 március 28

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Fermi Dirac statisztika elemei

Abszolútértékes egyenlôtlenségek

Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

Spontaneitás, entrópia

Figyelem! Csak belső és saját használatra! Terjesztése és másolása TILOS!

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

A nátrium-klorid oldat összetétele. Néhány megjegyzés az összetételi arány méréséről és számításáról

Zaj- és rezgés. Törvényszerűségek

Sók oldékonysági szorzatának és oldáshőjének meghatározása vezetés méréssel

Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Agrár-környezetvédelmi Modul Vízgazdálkodási ismeretek. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

Modern Fizika Labor Fizika BSC

1. feladat Összesen 21 pont

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:

Határfelületi reológia vizsgálata cseppalak analízissel

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

Hőtágulás - szilárd és folyékony anyagoknál

1. feladat Összesen 5 pont. 2. feladat Összesen 19 pont

Az úszás biomechanikája

Nemzeti Akkreditáló Testület. MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2010 számú akkreditált státuszhoz

A keverés fogalma és csoportosítása

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Gyakorlati Forduló Válaszlap Fizika, Kémia, Biológia

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Átírás:

5. gy. VIZES OLDAOK VISZKOZIÁSÁNAK MÉRÉSE OSWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉERREL A fluid közegek jellemző anyagi tulajdonsága a viszkozitás, mely erősen befolyásolhatja a bennük lejátszódó reakciók sebességét, vagy az adott közegben zajló transzportfolyamatokat. A viszkozitás miatt az áramló folyadék egymáson elcsúszó rétegei-, vagy gázoknál a molekulák között elmozdulást akadályozó súrlódási erő lép fel. (Viszkozitása a szilárd anyagoknak is van, de ez oly nagymértékű, kvázi végtelen, hogy a gyakorlatban nem is beszélünk a szilárd anyag viszkozitásáról.) A viszkozitás (belső súrlódás) a fluid közeg (gáz, folyadék) áramlásakor fellépő, a közeg folyásával, áramlásával szembeni ellenállást (nyíróerőt) kifejező fizikai mennyiség. [] A viszkozitás transzportsajátság. A belső súrlódás a közeg az egymással érintkező rétegei között jelenik meg. Nézzük meg a magyarázathoz az. ábrán felvázolt helyzetet. A v x F s dv x dy y y z x v=0. ábra. A viszkozitás értelmezése ételezzük fel, hogy két párhuzamos, egymástól y távolságra levő, A felületű lemez között ideálisan folyó fluid fázis (pl. folyadék) helyezkedik el. Az egyik lemezt mozdítsuk el a másikhoz képest a lemez síkjával párhuzamosan v x sebességgel, a másik lemez maradjon mozduzlatlan. A lemezek felületén a közeg nyugalomban van, így a súrlódás a közeg egyes rétegei között lép fel, minden réteg a szomszédos rétegen súrlódik. Ekkor a rétegek között fellépő súrlódó erők (F s ) legyőzése állandó nagyságú munkavégzéssel lehetséges, így tartható fenn az állandó sebesség (v x ). A munkavégzést előidéző súrlódó erő egyenesen arányos az elmozduló felület nagyságával (A), és a réteg sebességével (v x ), valamint fordítottan arányos a két réteg távolságával (y). Az összefüggést a Newton-féle törvény fejezi ki: dv x Fs A dy ahol arányossági tényező a dinamikai viszkozitás; a két lemez közötti közeg belső súrlódási együtthatója. Mértékegysége: N. s. m - = Pa? s Az előjel azért negatív, mert a súrlódó erő a folyadék sebességvektorával ellenkező irányú. A belső súrlódás tehát az az erő, amely két, egységnyi területű rétegnek egymáshoz képest egységnyi sebességgel történő elmozdításához szükséges. A fenti egyenletnek megfelelően viselkedő folyadékok az ún. newtoni folyadékok. Használatos a kinematikai viszkozitás () is, ami alatt a dinamikai viszkozitás és a sűrűség hányadosát értjük. ahol (ró) a sűrűség, kg? m -3 a dinamikai viszkozitás, Pas (nű) a kinematikai viszkozitás, mértékegysége, m. s -.

A viszkozitás változik a hőmérséklettel. Kondenzált rendszerekben (ilyenek a folyadékok) a hőmérsékletnövekedés hatására csökken a viszkozitás az alábbi összefüggés szerint: H η Aexp R ahol A preexponenciális tényező, az adott anyagi rendszerre állandó, H a viszkózus folyás aktiválási entalpiája, J/mol. Gáz fázisok esetében a viszkozitás növekszik a hőmérséklet növekedésével, mivel az ütközések számának növekedésével a részecskék mozgása akadályozottabb lesz. Ez érthető is, ha meggondoljuk, hogy a viszkozitás arányos a közeg belső ellenállásával, vagyis a benne ébredő súrlódási erővel, a súrlódó erő nagysága pedig az ütköző molekulák számával nő. A viszkozitás mérés egyik módszere a Hagen-Poiseuille-törvényen alapszik, amely a kapillárisban történő folyadékáramlás körülményeit írja le. E törvény összefüggést állapít meg az r sugarú, l hosszúságú kapillárisban p nyomáskülönbség hatására t idő alatt átfolyó folyadék térfogata és viszkozitása között. A törvény lamináris áramlásra vonatkozik. Ha törvényből kifejezzük a dinamikai viszkozitást, az alábbi összefüggést kapjuk: 4 R p t 8 V k t ahol R a kapilláris sugara, m l a kapilláris hossza, m V a folyadék térfogata, amely a kapillárison áthalad, m 3 ρ a folyadék sűrűsége, kg/m 3 p nyomáskülönbség, amelynek hatására a folyadék átkényszerül a kapillárison, Pa t k az átfolyási idő, s viszkoziméter állandó; a készülék méretével összefüggő jellemzőit, valamint az állandókat foglalja magába. Ezt a k állandót ismert viszkozitású folyadék (általában desztillált víz) átfolyási idejének a mérésével kell megállapítani (kalibráció). Ha a fenti kifejezést elosztjuk a folyadék sűrűségével, akkor a kinematikai viszkozitás () az átfolyási idő ismeretében közvetlenül számítható. k t Esetünkben a kinematikai viszkozitás meghatározásához az Ostwald-Fenske-féle viszkozimétert használjuk. A mérés abból áll, hogy a termosztátban elhelyezett Ostwald-féle viszkoziméter alsó gömbjéből az adott V térfogatú folyadékot a készülék kapilláris szárú ágában levő gömbbe vízsugárszivattyúval az A jel fölé szívjuk, majd mérjük azt a t időt, amely alatt a V térfogatú folyadék szintje az A jeltől a gömb alatti B jelig süllyed. A vizsgálandó oldat betöltése előtt azonban ismert kinematikai viszkozitású desztillált vízzel megállapítjuk a készülék viszkoziméterállandóját. A B. ábra. Ostwald-Fenske-féle viszkoziméter

VIZES SÓOLDAOK VISZKOZIÁSÁNAK MÉRÉSE OSWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉERREL A mérési feladat:. Határozza meg a viszkoziméter-állandót!. Mérje meg az adott oldat kinematikai viszkozitását különböző hőmérsékleteken! 3. Mérje meg ugyanezen hőmérsékleteken az oldat sűrűségét, és számítsa ki az oldat dinamikai viszkozitását! 4. Ábrázolja az = f(t) függvényt! A gyakorlat kivitelezése: A kiadott koncentrációjú só-oldat viszkozitását változó hőmérsékleten mérjük. A termosztátot az első hőmérsékletre beállítjuk, a viszkoziméterbe és a Mohr-Westphal-mérleg edényébe desztillált vizet töltünk. Miközben a hőmérséklet a készülékekben állandósul, elkészítjük a megadott töménységű sóoldatot, majd ellenőrizzük a sűrűségmérő beállítását. Utóbbi a sóoldatok relatív sűrűségének mérésére szolgál. Mivel a sűrűségmérő eszközt 0 Cos desztillált vízzel kalibrálják mérés előtt, ezért ebben az esetben a relatív sűrűség megadja, hogy a vizsgált oldat sűrűsége hányszorosa a 0 C-os desztillált víz sűrűségének. A relatív sűrűség dimenzió nélküli arányszám. A viszkoziméterbe töltött desztillált vízzel elvégezzük a kalibrációt úgy, hogy a vizet vízsugárszivattyú segítségével -3 mm-rel az alsó gömb felső jele (A) fölé szívjuk és stopper órával megmérjük A-tól B jelig a lefolyási időt egymás után háromszor. Az időadatok átlagából a desztillált víz kinematikai viszkozitásának ismeretében (. táblázat) kiszámítjuk a viszkoziméter állandót: desztvíz k t desztvíz k t desztvíz desztvíz A desztillált vizet a készülékekből kiöntjük, az oldatot betöltve a fenti módon az első, beállított hőmérsékleten mérjük a lefolyási időket, majd Mohr-Westphal mérleggel megállapítjuk a relatív sűrűségeket is. A mérést fentiek szerint a következő, beállított hőmérsékleten is elvégezzük megfelelő termosztálási idő kivárása után. Hőmérséklet, t, C. táblázat: A víz sűrűsége és viszkozitása különböző hőmérsékleten Sűrűség,, g.cm -3 Dinamikai viszkozitás,, mpa? s Kinematikai viszkozitás,, mm. s - 5 0,9993,38,39 0 0,9983,00,004 5 0,99708 0,8904 0,8930 30 0,99568 0,7976 0,80 35 0,9937 0,797 0,743 40 0,995 0,6534 0,6585 A mérési adatok kiértékelése Az aktiválási elmélet szerint a folyadékok viszkozitásának () hőmérséklet-függését az alábbi összefüggés adja meg: d ln H. d R 3

A fenti összefüggésben a H a viszkózus folyás aktiválási entalpiája (aktiválási energiája), R pedig az egyetemes gázállandó (8,34 J/mol. K). Két hőmérséklet között elvégezve a határozott integrálást, az alábbi kifejezéshez jutunk: H H d ln d, ln. R R Innen a viszkózus folyás aktiválási entalpiája kiszámítható: H R ln a.) A viszkozitás aktiválási energiájának numerikus meghatározása A gyakorlaton két hőmérsékleten (, ) meghatározzuk az oldat dinamikai viszkozitását (, ). Ezeket az értékét behelyettesítjük fenti kifejezésbe, így a viszkozitás aktiválási entalpiája kiszámítható. b.) A viszkozitás aktiválási energiájának grafikus meghatározása A differenciálegyenlet határozatlan integrálása esetén az alábbi összefüggéshez jutunk: H H d ln d, ln ln A. R R Az összefüggés azt mutatja, hogy a dinamikai viszkozitás logaritmusa a hőmérséklet reciprokával lineárisan változik. Ha a négy mérési adatpárt ábrázoljuk a ln / koordináta-rendszerben, és a pontokon át egy egyenest fektetünk, akkor a 3. ábrán látható függvényt kapjuk. ln ln / / 3. ábra: Diagram az aktiválási entalpia grafikus meghatározásához Ennek az egyenesnek az iránytangense (meredeksége) - a határozatlan integrálással kapott egyenlet meredekségéből láthatóan - a viszkozitás aktiválási energiájával arányos. Vagyis ln a érték kiszámítása után az aktiválási entalpia az alábbi összefüggés alapján (/ ) meghatározható: Beadandó mellékletek: = f(t, C ), ln = f(/ ) diagramok ln ln H (/ ) R ln H R. / 4,

Név:... cs:... Dátum:... VIZES SÓOLDAOK VISZKOZIÁSÁNAK MÉRÉSE OSWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉERREL. Viszkoziméter állandó meghatározása Észlelési- és eredménylap A mérés hőmérséklete: t =... o C A víz kinematikai viszkozitása: víz =... mm. s - sűrűsége: víz =... g. cm -3 A víz átfolyási ideje:.)... s.)... s 3.)... s Az átfolyási idők átlaga: t víz =...s Viszkoziméter-állandó számítása: k = víz t víz =... =... mm. s -. Az oldatok viszkozitásának meghatározása A vizsgált oldat megnevezése:... Koncentráció c, mol. Hőmérséklet dm -3 C Átfolyási idő, s.. 3. Átfolyási idők átlaga, s 0 C-os desztillált víz sűrűsége:. Homérséklet t, o C Átfolyási idők átlaga s Relatív sűrűség rel Abszolút sűrűség, g. cm -3 Kinematikai viszkozitás, mm. s - Dinamikai viszkozitás, mpa. s 5

3. A viszkozitás aktiválási entalpiájának meghatározása Hőmérséklet (t ) o C ermodinamikai hőmérséklet ( ) K / K - mpa. s ln a.) Numerikus módszerrel a hőmérsékleti és viszkozitási adatokból számítva:. H R ln = - b.) Grafikus úton (diagramról) a differencia hányadosból számítva: A ln=f(/) diagramból leolvasott adatok: / ln ln H R = / Mellékletek: = f (t, C ), ln = f (/ ) diagram 6