Viskosität einer Flüssigkeit messen: 10 Schritte (mit Bildern)

Schritte
- Teil 1 von 2: Viskosität verstehen
- Teil 2 von 2: Viskosität messen
Tipps
Warnungen
Notwendigkeiten

Die Viskosität kann als der Widerstand einer Flüssigkeit gegenüber dem Fließen definiert werden. Nimm Wasser und Melasse. Wasser fließt relativ frei, während Melasse weniger flüssig ist. Da Melasse weniger leicht fließt, hat sie eine höhere Viskosität als Wasser. Während Sie bei der Messung der Viskosität aus einer Reihe von Methoden wählen können, ist es vielleicht die am wenigsten komplizierte, eine Kugel in einen klaren Behälter mit Flüssigkeit zu fallen, deren Viskosität Sie bestimmen möchten. Das funktioniert aber nur, wenn die Kugel klein genug ist, dass die Umströmung der Kugel wirklich zähflüssig ist und keine Turbulenzen entstehen. Die Kugel sollte auch viel kleiner als der Behälter sein, damit die Kugel mindestens 5 `Kugelquerschnitte` von der Seitenwand in die Flüssigkeit fallen kann.

Schritte

Teil 1 von 2: Viskosität verstehen

1. Die Definition von Viskosität. Die Viskosität misst den Fließwiderstand einer Flüssigkeit. Eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität wie Honig fließt sehr langsam. Eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, wie z. B. Wasser, fließt schnell. Die Einheit der Viskosität ist eine Pascalsekunde (Pa s).

2. Definieren Sie die Gleichung für die Viskosität. Dieses Experiment verwendet die Abmessungen einer Kugel und ihren Durchgang durch eine Flüssigkeit, um ihre Viskosität zu berechnen. Die Viskositätsgleichung lautet: [2(p_S-P_l)ga]/9v. Hier ist P_S die Dichte der Kugel, p_l die Dichte der Flüssigkeit, g die Erdbeschleunigung, ein der Radius der Kugel, und v die Geschwindigkeit der Kugel.

3. Verstehen Sie die Variablen in der Viskositätsgleichung. Dichte ist die Masse pro Volumeneinheit eines Objekts und wird mit a . bezeichnet P. In dieser Gleichung messen Sie die Dichte der beiden Kugeln, P_S, als die Flüssigkeit, P_l was er durchmacht. Der Radius der Kugel, ein kann gefunden werden, indem man den Umfang der Kugel misst und diesen durch 2π . teilt. Die Beschleunigung durch die Schwerkraft g, ist eine Konstante, die von der Atmosphäre des Planeten abhängt, auf dem Sie sich befinden. In diesem Fall bist du auf der Erde, und das ist es auch g gleich 9,8 m/s. Die Geschwindigkeit v der Kugel, wird während des Experiments berechnet und ist die Zeit (in Metern pro Sekunde (m/s)), die das Objekt benötigt, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen.

Teil 2 von 2: Viskosität messen

1. Sammeln Sie die notwendigen Materialien für das Experiment. Um die Viskosität einer Flüssigkeit zu berechnen, benötigt man eine Kugel, einen Messzylinder, ein Lineal, eine Stoppuhr, die jeweilige Flüssigkeit, eine Skala und einen Taschenrechner. Dieses Experiment besteht aus vielen Schritten, aber wenn Sie es richtig befolgen, können Sie damit die Viskosität jeder Flüssigkeit berechnen.

Die Kugel kann eine kleine Marmor- oder Stahlkugel sein. Achten Sie darauf, dass der Durchmesser den halben Durchmesser des Messzylinders nicht überschreitet, damit er leicht in den Zylinder gelöst werden kann.
Ein Messzylinder ist ein Kunststoffbehälter mit einseitiger Markierung zum Messen eines Volumens.
Sie können eine Uhr anstelle einer Stoppuhr verwenden, aber Ihre Messungen werden mit einer Stoppuhr genauer.
Die Flüssigkeit sollte klar genug sein, um die Murmel zu sehen, wenn sie durch die Flüssigkeit sinkt. Testen Sie verschiedene Flüssigkeiten bei unterschiedlichen Durchflussraten, um zu sehen, wie sich ihre Viskosität unterscheidet.

2. Berechnen Sie die Dichte Ihrer gewählten Kugel. Der Dichte sowohl der Atmosphäre als auch der Flüssigkeit werden benötigt, um die Viskosität zu berechnen. Die Formel für die Dichte lautet

D = m / v

$d=m/w$ , wodurch D die Dichte ist, m die Masse des Objekts und v das Volumen des Objekts.

Messen Sie die Masse, indem Sie die Kugel auf eine Waage legen. Schreiben Sie die Masse in Gramm (g) auf.

Bestimme es Volumen der Kugel mit der Formel V=(4/3) x π x r, wobei V ist das Volumen, π ist die Konstante 3.14 und R der Radius der Kugel. Sie können Berechnen Sie den Radius indem man den Umfang der Kugel misst und durch 2π . dividiert.

Sie können das Volumen auch bestimmen, indem Sie die Verdrängung von Wasser in einem Messzylinder messen. Notieren Sie sich die Ausgangsposition des Wassers, legen Sie die Glühbirne in das Wasser und notieren Sie dann den neuen Wasserstand. Subtrahiere den ersten Wasserstand vom zweiten Wasserstand. Das Ergebnis ist das Volumen Ihrer Zwiebel in Milliliter (ml).

Berechnen Sie die Dichte der Kugel mit der Formel

D = m / v

$d=m/w$ . Die Einheit der Dichte ist g/ml.

3. Bestimmen Sie die Dichte der Flüssigkeit, die Sie messen möchten. Mit derselben Dichteformel berechnen Sie dann die Dichte der betreffenden Flüssigkeit.

Messen Sie die Masse der Flüssigkeit, indem Sie zuerst den leeren Messzylinder wiegen. Gießen Sie die Flüssigkeit in den kalibrierten Zylinder und wiegen Sie ihn erneut. Ziehen Sie die Masse der leeren Flasche von der Flasche mit der Flüssigkeit ab, um die Masse der Flüssigkeit in Gramm (g) zu erhalten.

Bestimmen Sie das Volumen der Flüssigkeit anhand des kalibrierten Messzylinders und der Markierungen an der Seite des Messzylinders. Notieren Sie das Volumen in Millilitern (ml).

Verwenden Sie die Formel

D = m / v

$d=m/w$ und Ihre Messwerte, um die Dichte der Flüssigkeit in g/ml . zu berechnen.

4. Füllen Sie den Messzylinder mit der zu messenden Flüssigkeit und markieren Sie die Positionen oben und unten am Zylinder. Gießen Sie Ihre experimentelle Flüssigkeit langsam in den Messzylinder und füllen Sie den Zylinder zur Hälfte oder zu drei Vierteln.

Machen Sie eine Markierung in der Nähe der Oberseite des Zylinders, ungefähr 2,5 von der Oberseite der Flüssigkeit entfernt.

Zeichnen Sie eine zweite Markierung etwa einen Zoll von der Unterseite des Messzylinders entfernt.

Messen Sie den Abstand zwischen der oberen und unteren Markierung. Legen Sie die Unterseite des Lineals auf die untere Markierung und messen Sie den Abstand zur oberen Markierung.

5. Messen Sie die Zeit, die der Ball braucht, um die Distanz zwischen den Markierungen zu überbrücken. Lassen Sie die Kugel in die Flüssigkeit fallen und starten Sie die Stoppuhr, wenn die Unterseite der Kugel die Markierung oben am Zylinder erreicht hat. Wenn die Kugel die Markierung auf der Unterseite des Zylinders erreicht hat, stoppen Sie die Stoppuhr.

Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität sind mit dieser Methode schwieriger zu messen, da es schwieriger ist, die Stoppuhr genau zu starten und zu stoppen.

Wiederholen Sie diesen Schritt mindestens dreimal (je öfter Sie dies wiederholen, desto genauer wird Ihr Messwert) und berechne den Durchschnitt von dreimal. Um den Durchschnitt zu ermitteln, addieren Sie die Zeiten jedes einzelnen Experiments und teilen Sie es durch die Anzahl der durchgeführten Experimente.

6. Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Kugel. Geschwindigkeit ist ein Maß für die zurückgelegte Strecke im Vergleich zur Zeit, die für diese Strecke benötigt wird. Die Formel für die Geschwindigkeit lautet

v = D / T

$v=d/t$ wodurch v die geschwindigkeit ist, D die zurückgelegte Strecke und T die Zeit.

Wende deine Messungen auf die Gleichung an

v = D / T

$v=d/t$ zur Bestimmung der Kugelgeschwindigkeit.

7. Berechnen Sie die Viskosität der Flüssigkeit. Verwenden Sie die in der Viskositätsformel erhaltenen Informationen: Viskosität=[2(p_S-P_l)ga]/9v wodurch P_S ist die Dichte der Kugel, p_l die Dichte der Flüssigkeit, g die Erdbeschleunigung (ein fester Wert, 9,8 m/s), ein der Radius der Kugel und v die Geschwindigkeit der Kugel.

Nehmen wir zum Beispiel an, die Dichte der Flüssigkeit beträgt 1,4 g/ml, die Dichte der Kugel beträgt 5 g/ml, der Radius der Kugel beträgt 0,002 m und die Geschwindigkeit der Kugel beträgt 0,05 m/s.

Setze dies in die Gleichung ein: Viskosität = [2(5-1,4)(9,8)(0,002)^2] /(9 x 0,05)=0,00062784 Pa s

Tipps

Eine Datentabelle hilft Ihnen, den Überblick über Ihre Messungen zu behalten, damit Sie alles organisieren können.
Alle Messungen müssen metrisch sein.
Vergessen Sie nicht, die Einheiten am Ende der Berechnung aufzuschreiben.

Warnungen

Stellen Sie beim Starten sicher, dass sich kein Wasser oder andere Flüssigkeiten im Messzylinder befinden. Das Vorhandensein einer anderen Flüssigkeit kann Ihre Messwerte verfälschen.
Achten Sie beim Befüllen des Messzylinders mit der Flüssigkeit darauf, dass Sie nicht zu nahe an die Spitze kommen. Wenn Sie nicht genügend Platz lassen, kann die durch die Kugel verursachte Verdrängung der Flüssigkeit dazu führen, dass die Flüssigkeit überläuft und Ihre Berechnungen falsch sind.
Reinigen und trocknen Sie die Glühbirne nach dem Gebrauch zwischen den einzelnen Tests, bevor Sie die Glühbirne wieder in den Messzylinder stecken.
Der von Ihnen verwendete Ball muss eine höhere Dichte als die zu testende Flüssigkeit haben, damit dieser Prozess funktioniert.

Notwendigkeiten

Kleine, feste Kugel oder kugelförmiger Gegenstand, der nicht auf der zu prüfenden Flüssigkeit schwimmt
Flüssigkeit zur Messung der Dichte von
Messzylinder mit fünfmal größerem Durchmesser als die Kugel
Taschenrechner
Stoppuhr
Messstab oder anderes metrisches Lineal
Textmarkerstift
Waage oder Gleichgewicht