 |
Измерение плотности жидкости ареометром
|
|
|
|
Ареометр 2 служит для определения плотности жидкости поплавковым методом. Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части. Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована сразу по плотности.
В ходе работы выполнить следующие операции.
1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем.
2. Вычислить плотность жидкости по формуле r = 4m/(pd2h), где m и d – масса и диаметр ареометра. Эта формула получена путем приравнивания силы тяжести ареометра G=mg и выталкивающей (архимедовой) силы PA=rgW, где объем погруженной части ареометра W=(pd2/4)h.
3. Сравнить опытное значение плотности r со справочным значением r* (см. табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.3.
Таблица 1.3
| Вид жидкости | m, г | d, см | h, см | r, г/см3 | r*, г/см3 |
| Вода |
Определение вязкости вискозиметром Стокса
Вискозиметр Стокса 3 достаточно прост, содержит цилиндрическую емкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик. Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика в ней следующим образом.
1. Повернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости на 180о и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе 3. Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.
2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости
|
|
|
n = g d2 t (rш/r -1) / [18l + 43.2l (d/D)],
где g – ускорение свободного падения; d, D – диаметры шарика и цилиндрической емкости; r, rш - плотности жидкости и материала шарика.
3. Сравнить опытное значение коэффициента вязкости n с табличным значением n* (см. табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.4.
Таблица 1.4
| Вид жидкости | r, кг/м3 | t, с | l, м | d, м | D, м | rш, кг/м3 | n, м2/с | n*, м2/с |
| М-10 | 0,02 |
Примечание.В устройстве № 1 вместо вискозиметра Стокса может быть встроен вискозиметр - плотномер конструкции ТГАСУ, в котором шарик падает с малым зазором в открытой с обоих концов трубке. В этом случае следует: зафиксировать время падения шарика t и перепад уровней жидкости h в цилиндрической емкости и трубке; вычислить значения плотности жидкости r=rш/(1+А h) и кинематический коэффициент вязкости n=Вht, где А и В – постоянные прибора.
1.3.4. Измерение вязкости капиллярным
вискозиметром
Капиллярный вискозиметр 4 включает емкость с капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из емкости через капилляр.
1. Перевернуть устройство № 1 (см. рис. 1.1) в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S) из емкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.
2. Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости n=М t (М - постоянная прибора) и сравнить его с табличным значением n* (см. табл. 1.1). Данные свести в таблицу 1.5.
Таблица 1.5
| Вид жидкости | М, м2/с2 | t, с | n, м2/с | T, ОС | n*, м2/с |
| М-10 |
Примечание.В табл. 1.1 приведены значения коэффициента вязкости жидкостей при температуре 20 °С. Поэтому опытные значения, полученные при другой температуре, могут существенно отличаться от табличных значений.
1.3.5. Измерение поверхностного натяжения
сталагмометром
|
|
|
Сталагмометр 5 служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит емкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении емкости с заданным объемом.
1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель n.
2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения s = Кr/n (К - постоянная сталагмометра) и сравнить его с табличным значением s * (см. табл.1.1). Данные свести в таблицу 1.6.
Таблица 1.6
| Вид жидкости | К, м3/с2 | r, кг/м3 | n | s, Н/м | s*, Н/м |
| M-10 |
РАБОТА 2. ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Изучение устройства и принципа действия жидкостных приборов для измерения давления.
Общие сведения
Гидростатическим давлением называют нормальное сжимающее напряжение в неподвижной жидкости, т. е. силу, действующую на единицу площади поверхности. За единицу измерения давления в международной системе принят паскаль (Па = Н/м2).
Различают абсолютное, атмосферное, манометрическое и вакуумметрическое давления.
Абсолютное (полное) давление р отсчитывается от абсолютного вакуума. Атмосферное давление ра создается силой тяжести воздуха атмосферы и принимается в обычных условиях равным 101325 Па или 760 мм рт. ст. Избыток давления над атмосферным называют манометрическим (избыточным) давлением (рм = р - ра), а недостаток до атмосферного давления - вакуумметрическим давлением (рв = ра - р).
Приборы для измерения атмосферного давления назвали барометрами, манометрического - манометрами, вакуума - вакуумметрами. По принципу действия и типу рабочего элемента приборы подразделяются на жидкостные, механические и электрические.
Жидкостные приборы исторически стали применяться первыми. Их действие основано на принципе уравновешивания измеряемого давления р силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе:
p = r g h,
|
|
|
где r - плотность жидкости;
g – ускорение свободного падения.
Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба жидкости h (мм рт. ст., м вод. ст.).Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны только при измерении небольших давлений.
В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию чувствительного элемента (трубка, мембрана, сильфон), которая с помощью специальных механизмов передается на указатель. Такие приборы компактны и имеют большой диапазон измеряемых давлений.
В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал. Сигнал регистрируется показывающим (вольтметр, амперметр) или пишущим (самописец, осциллограф) приборами. В последнем случае можно фиксировать давление при быстропротекающих процессах.
2.2. Описание устройства № 2 и жидкостных
приборов
Ртутный барометр состоит из вертикальной стеклянной трубки с миллиметровой шкалой и закрытым верхним концом, которая заполнена ртутью, и чаши с ртутью, в которую опущена трубка нижним концом. Таким прибором впервые было измерено атмосферное давление итальянским ученым Э. Торричелли в 1642 г.
Для демонстрации других приборов служит устройство № 2, которое выполнено прозрачным и имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное давление, и резервуар 2, частично заполненный водой (рис. 2.1, а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3, 4 и 5. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.
Однотрубный манометр (пьезометр) 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а нижним - с резервуаром 2. Им определяется манометрическое давление p м =rgh п на дне резервуара.
Уровнемер 4 соединен обоими концами с резервуаром и служит для измерения уровня жидкости H в нем.
Мановакуумметр 5 представляет собой U - образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым коленом он подключен к резервуару 2, а правым - к полости 1 и предназначен для определения манометрического p мо = rgh м
(рис. 2.1, а) или вакуумметрического p во = rgh в (рис. 2.1,б) давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2. Давление в резервуаре можно изменять путем наклона устройства.
|
|
|
При повороте устройства в его плоскости на 1800 против часовой стрелки (рис. 2.1, в) канал 4 остается уровнемером, колено мановакуумметра 5 преобразуется в пьезометр 6, а пьезометр 3 - в вакуумметр (обратный пьезометр) 7, служащий для определения вакуума p во = r g h в над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.
| a) pо > pа | б) pо < pа | в) pо < pа | |
|
Рис. 2.1. Схема устройства № 2:
1 - полость с атмосферным давлением; 2 – опытный резервуар; 3 - пьезометр; 4 - уровнемер; 5 – мановакуумметр;
6 – пьезометр; 7 – вакуумметр
|
|
|
