Зертханалық жұмыс.Пуазейль әдісі бойынша сұйықтың тұтқырлық коэффициентін анықтау.

Сұйықтың маңызды физикалық қасиеттерінің бірі - тұтқырлық. Тұтқырлық (немесе ішкі үйкеліс деп те атайды) - бұл нақты сұйықтардың бір қабатының екінші қабатына қатысты орын ауыстыруына кедергі жасайтын қасиеті. Нақты сұйықтарың бір қабатының екінші қабатына қатысты орын ауыстыруы кезінде қабат бетіне бағытталған ішкі үйкеліс күштері пайда болады. Бұл күштердің әсері жылдам қозғалатын сұйық қабатының тарапынан жәй қозғалатын қабатына үдеткіш күштің әсер етуінен және жәй қозғалатын сұйық қабатының тарапынан жылдам қозғалатын қабатына тежегіш күштің әсер етуінен байқалады.

Сұйықтың тұтқырлығын анықтаудың бірнеше әдістері бар. Олар сұйық ішінде жәймен қозғалатын сфералық пішіндегі кішкентай денелердің жылдамдығын өлшеуге негізделген Стокс әдісі және жіңішке түтіктен (капиллярдан) аққан сұйықтың ламинарлық ағысына негізделген Пуазейль әдісі. Ал, бұл жұмыста сұйық тұткырлығының температураға тәуелділігі зерттеледі. Тәжірибе Ресейдің «Владис» ғылыми-зерттеу орталығында жасалған «Термодинамикадан зертханалық кешен – 1» қондырғысында және Стокс әдісімен сұйықтың тұтқырлығын анықтайтын құрылғыда жүргізіледі. Алғашқы тәжірибенің мәнісі мынада: түтік арқылы қуыстан сұйықтың ағу уакыты сұйықтың тұтқырлығына пропорционал және оның тығыздығына кері пропорционал. Пропорционалдык коэффициент қондырғының параметрлерімен және қуыстағы сұйықтың берілген алғашқы және соңғы деңгейімен анықталады.

Тұтқырлықтың температураға тәуелділігін өлшеуге арналган құралдың схемасы 1-суретте көрсетілтен. Автоклавқа капилляр-вискозиметр бұралып бекітіледі және оған түтік толық батып тұратындай етіп деңгейге дейін сұйық құйылады (1а-сурет).Қуыстан ауаны сорғанда қуысқа сұйық тартылады, бұл кезде өлшеу түтікшедегі сұйық деңгейі санақтың берілген алғашқы деңгейінен 10-15 мм төмен түседі (1б-сурет). Содан кейін қуыс пен атмосфераны қосатын кранды ашқанда, сұйық алғашқыдеңгейіне қарай қозғала бастайды. Сұйықтың ден екінші берілген деңгейге дейінгі арақашықтықты жүріп өтетін уақыты өлшенеді. Бұл уақыт сұйық тұтқырлығына пропорционал.

а б

1-сурет. Тұтқырлықтың температураға тәуелділігін

өлшеуге арналған құралдың схемасы

Тұтқырлықтың температураға тәуелділігі мына тәжірибелік есептеу формуласымен анықталады:

,

мұндағы сұйықтың белгілі бір температураға сәйкес тұтқырлығы, сұйықтың бөлме температурасына сәйкес тұтқырлығы, белгілі бір температура кезіндегі сұйықтың деңгейден деңгейге дейінгі арақашықтықты жүріп өту уақыты, сұйықтың бөлме температурасындағы деңгейден деңгейге дейінгі арақашықтықты жүріп өту уақыты.

Тәжірибеден алынған тұтқырлықтың температураға тәуелділік графигі 2-суретте көрсетілген. Бұдан шығатын қорытынды мынадай: сұйықтың тұтқырлығы температураға тәуелді; температура көтерілгенде тұтқырлық кемиді.

Тәжірибеде сұйық ретінде су алынған. Судың тұтқырлық коэффициентінің сандық мәнін есептеу үшін Стокс әдісі пайдаланылды. Бөлме температурасындағы судың тұтқырлығы ·мПа·с , ал - дағы тұтқырлығы мПа·с -ке тең екені анықталды, яғни бұл әдіс бойынша да температура көтерілгенде сұйықтың тұтқырлығы кемиді.

2-сурет. Тәжірибеден алынған тұтқырлықтың температураға тәуелділігі

Сұйықтың тұтқырлығының температураға тәуелділігінің табиғатта және техникада маңызы зор. Оған мысал ретінде, өзен суларының қысқы күнге карағанда жаздыгүні жылдамырақ ағуын, мұнайды тасымалдау кезінде кұбырларды жылумен оқшаулауды немесе парафинді мұнайдың кұбыр ішімен жақсы жүруі үшін қосымша жылу берілуін және автокөліктерді жүргізу алдында жанар майды қыздыруын айтуға болады.

Түтікше арқылы сұйықтың немесе газдың ағуы үшін қысымдардың кейбір айырмашылығы қажет. Ұзындығы l түтікше арқылы τ уақыт ішінде ағатын сұйықтың (газдың) V көлемі және түтікше ұштарындағы Δр қысымдардың айырмашылығы арасындағы тәуелділік Пуазейль формуласымен көрсетіледі

(2.1)

мұнда r– трубканың радиусы; η - сұйық немесе газ тұтқырлығы.

(2.1) формуласы бойынша тұтқырлықты анықтау үшін ағым ламинарлы болуы керек, яғни сұйықтың (газдың) қабаттары араласпай ағуы керек. Құйынды (турбулентті) ағын үшін Пуазейль формуласы қолданылмайды. Әдеттегі жылдамдықтарда құйындар пайда болмау үшін түтікше жіңішке болуы керек.

Тұтқырлы сұйықтың ағу сипаты толығырақ v кинематикалық тұтқырлықпенанықталады

мұнда ρ– сұйықтың тығыздығы.