Samenvatting Labportfolio fysica sem 2

CAPILLAIRE VISCOSIMETERS
1. Principe
- Formule voor ηkin is afgeleid van de theorie over laminaire stroming
∆ V π . R4 . ∆ p
 Wet van Poiseuille: =
∆t 8.η . L
 ΔV/Δt: volume dat per tijdseenheid door de buis stroomt (debiet)
 R en L: straal en lengte van de capillaire buis
 Δp: drukverschil tussen het begin en einde van de buis
 η: de viscositeit van de vloeistof
 Hieruit kan men de viscositeit berekenen
4 4
 π .R .∆ p  π .R .ρ. g.∆h
η= ∆t η= ∆t
8. L . ∆V 8. L. ∆ V
 Δp wordt gelijkgesteld aan het hoogteverschil maal de aantrekkingskracht
 Deze formule kan eenvoudiger
 Waarom?
 π en g zijn constanten
 R, Δh, L en ΔV hangen enkel af van de capillaire buis
 ρ hangt wel af van de vloeistof en kan mee naar links
4
η π .R .g.∆h η
 Nieuwe formule: = ∆ t  ηkin= =C . ∆ t
ρ 8. L . ∆ V ρ
 C vind je terug op het ijkblad (versch. T) van de meter  buisconstante

- Opmerkingen
 Wet van Poiseuille geldt enkel bij laminaire stroming
 Vloeistof mag niet te snel stromen
 Minimale uitstroomtijd voor betrouwbaarheid
o Δt < Δtmin  kleiner capillair gebruiken
 Tijdens het stromen verandert Δh  Δh in de buisconstante is een gemiddelde
 Ook het drukverschil
 Ook het debiet
 Ook de uitstroomsnelheid
 Gemeten η is een gemiddelde over een zeker shear-ratebereik
 Niet geschikt voor niet-newtoniaans gedrag
 Bij sommige capillairen verandert de druk constant
 Beter geschikt voor niet-newtoniaanse vloeistoffen
 Onzuiverheden kunnen de uitstroom hinderen  regelmatige reiniging
- Eenheden
[η] Pa. s m²
 MKS-eenheid voor kinematische viscositeit: [ ηkin ]= [ρ] = −3
=
s
kg .m
2
 Oudere eenheid: c m2 ( 10 m )
−2
−4 m
2
−6 m
2
1 St=1 =1 =1. 10 → 1 cSt=1.10
s s s s
 St = Stokes
 Als je C (in cSt/s) vermenigvuldigt met Δt (in s) en ρ (in g/cm³), dan is de eenheid van
viscositeit in mPa.s
2. Fenske-type uitstroomviscosimeter
- Constructie en opstelling
 Wordt volledig ondergedompeld in het bad
 Altijd 25°C
 Thermometer om T te controleren

, - Meten
 Via buis A wordt de vloeistof in het reservoir (4) gebracht
 De vloeistof moet 25°C zijn om te kunnen beginnen
 Via een peer op buis A wordt de vloeistof opgezogen
 Halverwege bovenste reservoir
 De vloeistof stroomt naar beneden langs de meetpunten
 (1): start de chronometer
 (2): stop de chronometer
 Zo weet men Δt
- Opmerkingen
 Δh hangt mee af van totale volume
 Altijd hetzelfde volume (zie ijkblad)
 De reservoirs elimineren een grote fout
 In rust is zijn (4) en onderste reservoir van B
halverwege gevuld

VISCOSITEIT: FENSKE
1. Doel
- Viscositeit van ethanol bepalen
 25°C
 Uitstroomviscosimeter (Fenske-buis)
2. Theorie
- Kinematische viscositeit: de viscositeit van de controlemeting ten opzichte van een
referentiewaarde
 Formule: ηkin = C.Δt
- Viscositeit: kinematische viscositeit maal de dichtheid van de vloeistof
 Formule: η = ρ.ηkin = ρ.C.Δt
 Constante C: afhankelijk van de Fenske-buis  in cSt/s
3. Materiaal en methode
- Thermometer om T in acht te nemen
4. Verloop van de metingen
- Fenske-buis met waterpas staan
- Reservoir voldoende vullen
- Thermostatisch bad wordt geregeld op 25°C
 Check of de ethanol de juiste T heeft (AF van max. 0,5°C)
- Met een peer wordt de ethanol tot boven de hoogste streep gezogen
- De doorlooptijd tussen de merkstrepen is de tijdsduur uit de formule
 Dit wordt 6x gedaan in het totaal
5. Berekeningen
- Bereken via C en de tijdsduur ηkin en daaruit met de dichtheid η
 Bereken de fout (AF en PF) voor elke meting

, VISCOSITEITSMETING MET VALLENDE KOGEL
1. Principe
- Wrijvingskracht van een bol: wet van Stokes
 Formule: F wr =6 π . η . R . v
 η: viscositeit van de vloeistof
 R: straal van de bol
 v: snelheid van de bol t.o.v. de vloeistof
- Schijnbaar gewicht = werkelijk gewicht – opwaartse stuwkracht
 Aanvankelijk neemt de snelheid toe
 Wrijvingskracht neemt ook toe
 Wanneer de v en Fwr constant blijven, daalt de bol constant
 Translatie-evenwicht: snelheid = wrijvingskracht
3
2. π . R
- Uit evenwicht: 6 π . η . R . v=V . g ( ρbol −ρvl ) = g ( ρbol −ρ vl )
3
 V: volume va, de kogel
 g = 9,81 m/s²
 ρbol en ρvl: respectievelijk dichtheid van de bol en de vloeistof
 Deze formule kan in functie van de viscositeit
2 R ² g (ρbol −ρ vl) 2 R ² g (ρbol −ρ vl)
 η= = ∆t
9v 9∆ s
 Δt is de tijd die de kogel nodig heeft om afstand Δs tussen de merkstrepen af
te leggen
 M1: veel lager dan vloeistofoppervlak
o Kogel moet constante snelheid hebben
 M2: niet te laag op de bodem
o Hoger dan R
 Ook de verhouding tussen kogel en wand van het vat is belangrijk
 Ongeacht massa van de kogel, even ver van de wand
(afschuifverhouding)
2. Viscosimeter van Höppler
- Constructie
 Buis met vloeistof en kogel staat altijd onder dezelfde hoek
 Afstand wand-kogel is identiek
 Beweging is niet verticaal
 Bewegingskrachten blijven toch naar dezelfde richting wijzen
 Weinig invloed op de formule
2 R2 g . cos ( α ) .(ρbol −ρ vl)
- Formule: η= ∆ t=K (ρbol − ρvl ) ∆ t
9∆ s
2
 2 R g . cos ( α )  een constante die niet afhangt van de vloeistof
K=
9∆ s
Hangt af van de kogel en de buis
Hellingshoek is steeds even groot (toestel waterpas)
 Andere buis? Kogels kalibreren
- Nauwkeurigheid
 Valversnelling g zorgt dat K berekend wordt op 3 BC
 Δt wordt gemeten met een chronometer, dus op 0,1s betrouwbaar
 K betrouwbaar op 3 BC, Δt ook op 3 BC: kogel minstens 10s onderweg