ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 : ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΩΝ. Επιμέλεια άσκησης : Μισοπολινού-Τάταλα Δουκαίνη



Σχετικά έγγραφα
Α Σ Κ Η Σ Η 2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

v = 1 ρ. (2) website:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟ ΙΞΩΔΕΣ ΔΙΑΦΑΝΩΝ ΚΑΙ ΑΔΙΑΦΑΝΩΝ ΥΓΡΩΝ (ASTM D 445, IP 71)

ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΤΡΙΒΗΣ

6 Εξαναγκασμένη ροή αέρα

3. Τριβή στα ρευστά. Ερωτήσεις Θεωρίας

στρώµατα του ρευστού έχουν κοινή επιφάνεια Α και βαθµίδα ταχύτητας

Άσκηση 9. Προσδιορισμός του συντελεστή εσωτερικής

Στο διπλανό σχήμα το έμβολο έχει βάρος Β, διατομή Α και ισορροπεί. Η δύναμη που ασκείται από το υγρό στο έμβολο είναι

Να υπολογίσετε τη μάζα 50 L βενζίνης. Δίνεται η σχετική πυκνότητά της, ως προς το νερό ρ σχ = 0,745.

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΡΜΗΣ ΡΕΟΛΟΓΙΑ. (συνέχεια) Περιστροφικά ιξωδόμετρα μεγάλου διάκενου.

ΣΥΣΚΕΥΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Ρευστά. Επιμέλεια: ΑΓΚΑΝΑΚΗΣ A.ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Φυσικός.

ΑΓΩΓΟΣ VENTURI. Σχήμα 1. Διάταξη πειραματικής συσκευής σωλήνα Venturi.

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ. Πτώση πίεσης σε αγωγό σταθερής διατομής 2η εργαστηριακή άσκηση. Βλιώρα Ευαγγελία

4 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

Ονοματεπώνυμο: Μάθημα: Ύλη: Επιμέλεια διαγωνίσματος: Αξιολόγηση: Φυσική Προσανατολισμού Ρευστά Ιωάννης Κουσανάκης

2 Μετάδοση θερμότητας με εξαναγκασμένη μεταφορά

5 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ

6 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου 5/3/2017

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών. Εργασία 1 η : Πτώση πίεσης σε αγωγό κυκλικής διατομής

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου ~~ Ρευστά ~~

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/02/17 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 η & 2 η : ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ

Διατήρηση της Ύλης - Εξίσωση Συνέχειας

ΥΔΡΑΥΛΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΡΟΗ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΛΕΙΣΤΟ ΑΓΩΓΟ

Εργαστηριακή άσκηση: Σωλήνας Venturi

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

ΑΓΩΓΟΣ VENTURI. Σχήμα 1. Διάταξη πειραματικής συσκευής σωλήνα Venturi.

1 IΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ

1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΡΩΤΟΥ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΕΠΑΝΩ ΑΠΟ ΑΚΙΝΗΤΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΕΠΙΠΕΔΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/02/17 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

Περιβαλλοντική Χημεία

Απώλειες φορτίου Συντελεστής τριβής Ο αριθμός Reynolds Το διάγραμμα Moody Εφαρμογές

ΤΟΠΙΚΟΣ ΠΡΟΚΡΙΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ EUSO Ε.Κ.Φ.Ε. Νέας Σμύρνης

Δραστηριότητα A3 - Φυσική Ιξώδες και δείκτης διάθλασης ελαιόλαδου

ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΛΕΠΤΟΤΗΤΑΣ ΑΛΕΣΗΣ ΤΟΥ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

Υδροδυναμική. Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση: Στρωτή και τυρβώδης ροή Γραμμικές απώλειες

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών. Εργασία 2 η Κατανομή πίεσης σε συγκλίνοντα αποκλίνοντα αγωγό.

Απαντήσεις στις ασκήσεις του κεφαλαίου 4 του βιβλίου Χημική Κινητική του ΕΑΠ

Εργαστηριακή άσκηση: επιφανειακή τάση

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΝΑΥΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΝΑΥΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ I. Εργαστηριακή Άσκηση

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 4- ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ( ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΡΕΥΣΤΑ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Κεφάλαιο 9 ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ρευστα σε Ηρεμια {Υδροστατική Πίεση, Μέτρηση της Πίεσης, Αρχή του Pascal} Ανωση {Άνωση, Αρχή του Αρχιμήδη}

ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

υδροδυναμική Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση

Α και Β ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΑΤΤΙΚΗΣ

(1) ταχύτητα, v δεδομένη την πιο πάνω κατανομή θερμοκρασίας; 6. Γιατί είναι σωστή η προσέγγιση του ερωτήματος [2]; Ποια είναι η

2. Κατά την ανελαστική κρούση δύο σωμάτων διατηρείται:

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΑΥΤΗΣ

Ορμή και Δυνάμεις. Θεώρημα Ώθησης Ορμής

website:

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ)

ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. Σημειώσεις. Επιμέλεια: Άγγελος Θ. Παπαϊωάννου, Ομοτ. Καθηγητής ΕΜΠ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3

Μακροσκοπική ανάλυση ροής

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. Καθηγητής Δ. Ματαράς

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 17/4/2016 ΘΕΜΑ Α

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2014 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος.

Μέθοδος ASTM D 445 (ΙΡ 71)

Σημειώσεις Εγγειοβελτιωτικά Έργα

2 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΥΝΘΕΤΟ ΤΟΙΧΩΜΑ

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π. ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2017 Β ΦΑΣΗ ÅÐÉËÏÃÇ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΡΕΥΣΤΑ ΣΕ ΚΙΝΗΣΗ

Α u. u cm. = ω 1 + α cm. cm cm

ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΣΤΟΥΣ ΠΟΡΟΥΣ ΜΕ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ)

β. F = 2ρΑυ 2 γ. F = 1 2 ραυ 2 δ. F = 1 3 ραυ 2

Λίγη Φυσική. για τη σοκολάτα Ζωή Ευθυμιάδου 1, Βικτωρία Κελαναστάση 2, Αγγελική Κοσμά 3 1 ο Πρότυπο Πειραματικό Λύκειο Θες/νίκης «Μανόλης Ανδρόνικος»

Προτεινόμενο διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

3 Μετάδοση Θερμότητας με Φυσική Μεταφορά και με Ακτινοβολία

PP οι στατικές πιέσεις στα σημεία Α και Β. Re (2.3) 1. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΚΑΙ ΔΙΕΓΕΡΣΗ

Επεξεργαςία πειραματικών δεδομζνων

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Ρευστά - Μηχανική Στερεού Σώματος. Κυριακή 5 Μαρτίου Θέμα 1ο

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 6 ΣΕΛΙΔΕΣ

Στοιχεία Μηχανολογικού Εξοπλισμού

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΑΥΤΗΣ

ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Γ Γυμνασίου. «Μείωση των θερμικών απωλειών από κλειστό χώρο με τη χρήση διπλών τζαμιών»

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ (ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) 23 ΜΑΪOY 2016 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Λύσεις 1ης σειράς ασκήσεων

ΦΥΣΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΙΙΙ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΣΤΑΘΕΡΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ

ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΑΝΟΙΚΤΩΝ ΑΓΩΓΩΝ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

11 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ. ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Υπολογισμός συνάρτησης μεταφοράς σε Υδραυλικά συστήματα. Αντίσταση ροής υγρού. Μανομετρικό Υψος h. Υψος h2. Ροή q

ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΑΝΟΙΧΤΩΝ ΚΑΙ ΚΛΕΙΣΤΩΝ ΑΓΩΓΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ II

A3. Το δοχείο του σχήματος 1 είναι γεμάτο με υγρό και κλείνεται με έμβολο Ε στο οποίο ασκείται δύναμη F.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ. Στις ερωτήσεις Α1-Α4, να γράψετε στην κόλλα σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Λαμβάνοντας επιπλέον και την βαρύτητα, η επιτάχυνση του σώματος έχει συνιστώσες

Το παρακάτω διάγραμμα παριστάνει την απομάκρυνση y ενός σημείου Μ (x Μ =1,2 m) του μέσου σε συνάρτηση με το χρόνο.

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Σελίδα 1 από 6

Παραδείγµατα ροής ρευστών (Moody κλπ.)

Transcript:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 : ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΩΝ Επιμέλεια άσκησης : Μισοπολινού-Τάταλα Δουκαίνη Σκοπός : Θα μετρηθεί ο συντελεστής ιξώδους του νερού με τη μέθοδο ιξωδομέτρου του Όστβαλντ (Ostwald) σε θερμοκρασίες από 25 έως 50 ο C και θα υπολογισθούν οι σταθερές του νόμου του Αρένιους (Arrhenius). 1. ΘΕΩΡIΑ : Το ιξώδες ή εσωτερική τριβή είναι μια φυσική μοριακή ιδιότητα των ρευστών - υγρών και αερίων -, αποτέλεσμα μεταφοράς ορμής και χαρακτηρίζεται ως το σύνολο των δυνάμεων, οι οποίες ενεργούν σε κάθε νοητή επιφάνεια κατά την εφαπτομένη της κίνησης αυτής και οι οποίες οφείλονται σε διαφορά ταχύτητας των μορίων του ρευστού σε δύο γειτονικές θέσεις. Όπως ένα ρευστό σε ηρεμία ασκεί δύναμη τριβής σε αντικείμενο που κινείται μέσα σ αυτό, έτσι και ρευστό που κινείται μέσα σε ένα κυλινδρικό σωλήνα υφίσταται δύναμη εσωτερικής τριβής που ξεκινά από τα τοιχώματα του σωλήνα και τείνει να το επιβραδύνει.(σχήμα 2.1). Η δύναμη αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι το πρώτο στρώμα του ρευστού σε επαφή με τα τοιχώματα του σωλήνα είναι στάσιμο, ενώ τα επόμενα στρώματα κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα. Έτσι η ταχύτητα κατά τη διεύθυνση x, u x, είναι συνάρτηση της απόστασης z από τα τοιχώματα και κυμαίνεται από 0 (τοιχώματα) ως u 0 (άξονας σωλήνα). Λόγω της διαφορετικής αυτής ταχύτητας μεταξύ των διαφόρων στρωμάτων του ρευστού κατά τη διεύθυνση x επιδρούν δυνάμεις τριβής, οι οποίες τείνουν να το επιβραδύνουν. Αυτές περιγράφονται με την παρακάτω εξίσωση, η οποία λέγεται Νόμος της ιξώδους ροής του Νεύτωνα ux Fxz = η z, όπου F zx είναι η μέση δύναμη τριβής κατά τη διεύθυνση x (ή διατμητική τάση), την οποία το ρευστό που βρίσκεται κάτω από το επίπεδο z ασκεί στο ρευστό που βρίσκεται πάνω από το επίπεδο αυτό, ανά μονάδα επιφανείας του επιπέδου, u x η z βαθμιαία μεταβολή της ταχύτητας των στρωμάτων u x ως προς τη συντεταγμένη z (ή ρυθμός διάτμησης) και η ο συντελεστής ιξώδους. Ο συντελεστής ιξώδους, επομένως, παριστά τη δύναμη, η οποία αντιστοιχεί στη μονάδα επιφάνειας, όταν η διαφορά ταχύτητας των μορίων δύο επιφανειών που απέχουν μία μονάδα μήκους είναι ίση με τη μονάδα. Οι διαστάσεις του είναι dyn cm -2 s = p (poise, πουάζ). Στην πράξη χρησιμοποιείται το cp και το mp. Νόμος του Πουασέιγ (Poiseuille) Ο Πουασέιγ μελέτησε τη ροή υγρών διαμέσου σωλήνων μικρής ακτίνας στα άκρα του οποίου υπάρχει διαφορά πίεσης P 2 -P 1 και απέδειξε το εξής : Ο όγκος εκρέοντος υγρού από το άκρο στενού (τριχοδιαμετρικού) σωλήνα, V, είναι ανάλογος της διαφοράς πίεσης στα άκρα του σωλήνα, P 2 -P 1, ανάλογος της τετάρτης δύναμης της ακτίνας του, r 4, ανάλογος του χρόνου εκροής, t, και αντιστρόφως ανάλογος του συντελεστή ιξώδους, η, και του μήκους του σωλήνα, l. Η σχέση αυτή μπορεί να εξαχθεί εύκολα από το νόμο της ιξώδους ροής του Νεύτωνα. 11

V π ( P2 P1 ) r = 8 ηl 4 t Σχήμα 2.1 : Τομή κυλίνδρου διερχόμενη από τον άξονά του και παράλληλη προς το επίπεδο xz. Αέριο ή υγρό ρέει μέσα στον κύλινδρο υπό την επίδραση της διαφοράς πίεσης Ρ 1 -Ρ 2 στα άκρα του κυλίνδρου. Εάν θεωρήσουμε κατακόρυφο σωλήνα μήκους l, τότε η διαφορά πίεσης στα άκρα του σωλήνα ισούται με dgl, όπου d είναι η πυκνότητα του υγρού και g η επιτάχυνση της βαρύτητας, εφόσον στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού ενεργεί μόνο η ατμοσφαιρική πίεση. Συνεπώς η παραπάνω εξίσωση γίνεται: dgr t V = π 4. 8 η Η εξίσωση ισχύει για σωλήνες μικρής διαμέτρου και για μικρές ταχύτητες, οπότε η ροή είναι νηματική ή στρωτή ή ιξώδης. Τέτοια ροή έχουμε όταν ο αριθμός Ρέυνολτς (Reynolds) = 2Rdu x η είναι μικρότερος του 2100. Για τιμές του αριθμού αυτού μεγαλύτερες από 4000 η ροή γίνεται τυρβώδης. Μέθοδος ιξωδομέτρου του Όστβαλντ. Η μέθοδος στηρίζεται στη μέτρηση του χρόνου εκροής ορισμένου όγκου υγρού διαμέσου στενού (τριχοειδούς) κατακόρυφου σωλήνα. Εισάγουμε ορισμένες απλουστεύσεις για την ευκολότερη μελέτη της ροής, οι οποίες είναι οι εξής: Το ρευστό υποθέτεται νευτώνιο, ασυμπίεστο. Η ροή είναι νηματική με γραμμές ροής παράλληλες προς τα τοιχώματα. Το επίπεδο δίπλα στο τοίχωμα έχει ταχύτητα μηδέν. Η ροή θεωρείται σταθερή, έτσι η ταχύτητα του υγρού σε ένα ορισμένο σημείο είναι σταθερή ως προς το χρόνο. Με αυτές τις προϋποθέσεις ισχύει ο νόμος του Πουασέιγ, στον οποίο βασίζεται η μέθοδος. Ο συντελεστής ιξώδους του υγρού μετρείται συγκριτικά ως προς άλλο υγρό, το οποίο λαμβάνεται ως αναφορά με γνωστό συντελεστή ιξώδους στις συνθήκες του πειράματος. Για τον ίδιο όγκο εκρέοντος υγρού και το ίδιο ιξωδόμετρο εφαρμόζουμε 12

την εξίσωση για το υγρό αναφοράς (δείκτης α) και για το μελετούμενο υγρό (δείκτης χ) : d gr t V = π 4 d gr t α α V = π 4 χ χ 8 η 8 η α Με εξίσωση του όγκου και απαλοιφή των π 8, g, r4 παίρνουμε την τελική σχέση: dχtχ ηχ = ηα. dαtα Επομένως, μετρώντας τους χρόνους εκροής του υγρού αναφοράς και του προς μελέτη t α, t χ και γνωρίζοντας τις πυκνότητες των δύο υγρών d α,d χ και το συντελεστή ιξώδους του υγρού αναφοράς η α μπορούμε να υπολογίσουμε το συντελεστή ιξώδους η χ. Η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη μέτρηση συντελεστή ιξώδους μέχρι 100 p με επιλογή ιξωδομέτρου κατάλληλων διαστάσεων. Για μετρήσεις παχύρευστων υγρών με συντελεστή ιξώδους μέχρι 10.000 p χρησιμοποιείται η μέθοδος πτώσης σφαίρας. Μεταβολή του συντελεστή ιξώδους με τη θερμοκρασία. Στα αέρια το ιξώδες αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και μάλιστα γραμμικά με την τετραγωνική ρίζα της απόλυτης θερμοκρασίας, T, ενώ στα υγρά ελαττώνεται εκθετικά με την απόλυτη θερμοκρασία. Αυτή η διαφορετική συμπεριφορά των ρευστών στην εξάρτηση της θερμοκρασίας εξηγείται με το διαφορετικό τρόπο μετάδοσης της ορμής στα αέρια και στα υγρά. Η θεωρία του Αϊρινγκ (Eyring) των απόλυτων ταχυτήτων των αντιδράσεων παρέχει μια χρήσιμη βάση για τη συσχέτιση των δεδομένων ιξώδους και σίγουρα αντιπροσωπεύει ένα πολύτιμο πρώτο βήμα για την κατανόηση της μοριακής διαδικασίας που συμβαίνει. Η εφαρμογή της εξίσωσης του Άιρινγκ στην ιξώδη ροή ΔG hn 0 είναι : η = ( ) V e RT, όπου h η σταθερά του Πλάνκ (Planck), N 0 ο αριθμός του Αβογκάντρο (Avogadro), V o γραμμομοριακός όγκος = Μ/d, Μ το μοριακό βάρος, ΔG ελεύθερη ενέργεια ενεργοποίησης της ιξώδους ροής. Η εκθετική εξάρτηση από το Τ είναι τυπική για διαδικασίες που χρειάζονται ενεργοποίηση. Αυτή, με γενικούς όρους, συνδέεται με το πέρασμα του συστήματος μέσα από μερικές μη ευνοϊκές διαμορφώσεις, από τις οποίες μπορεί εύκολα να φθάσει στην τελική κατάσταση της διαδικασίας της μοριακής ροής. Για παράδειγμα, στα κανονικά υγρά, το βήμα της ενεργοποίησης πιθανόν να είναι η δημιουργία οπής ή κενού στο εσωτερικό του υγρού διαμέσου της οποίας ένα γειτονικό μόριο μπορεί να κινηθεί ενώ για συζευγμένα υγρά, θα μπορούσε να είναι το σπάσιμο των διαμοριακών δεσμών (intermolecular) που θα επιτρέψουν ένα μόριο να κινηθεί μέσα σε κάποιο διαθέσιμο κενό. Η παραπάνω εξίσωση θα μπορούσε να γραφεί ως η =Αe ΔG RT, όπου Α και ΔG σταθερές χαρακτηριστικές κάθε υγρού και είναι γνωστή ως εξίσωση Αρένιους - Γκούζμαν (Αrrhenius - Guzman). Η ΔG είναι θερμοδυναμικό μέγεθος και χ 13

σχετίζεται με την εσωτερική ενέργεια εξαέρωσης, ΔU εξ., στο κανονικό σημείο ζέσης, T ζ, και μπορεί να γραφεί ως : ΔG= 0408, ΔU = 0408, ( ΔH RT ). εξ. εξ. ζ Με λογαρίθμηση της εξίσωσης Αρένιους - Γκούζμαν λαμβάνουμε lnη = ln Α + ΔG 1. R T Από τη σχέση αυτή βλέπουμε ότι ο λογάριθμος του συντελεστή ιξώδους, lnη, είναι γραμμική συνάρτηση του αντιστρόφου της απόλυτης θερμοκρασίας, 1 T. Έτσι από τη γραφική παράσταση του lnη ως προς 1/Τ μπορούμε να υπολογίσουμε πειραματικά τις σταθερές Α και ΔG από την τεταγμένη επί την αρχή και την κλίση της ευθείας αντίστοιχα. 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚO ΜΕΡΟΣ : Τα απαιτούμενα όργανα και συσκευές είναι: α) το ιξωδόμετρο του Όστβαλντ, β) ένα χρονόμετρο ακριβείας και γ) ο ρυθμιστής θερμοκρασίας εμβαπτισμένος σε διαφανές δοχείο με απεσταγμένο νερό. Α. Ιξωδόμετρο του Όστβαλντ Το ιξωδόμετρο του Όστβαλντ φαίνεται στο σχήμα 2.2 α). Απαιτείται μεγάλη προσοχή στο χειρισμό του, σύμφωνα με τις προφορικές οδηγίες που θα σας δοθούν, διότι είναι εύθραυστο. Σχήμα 2.2 : Διάφοροι τύποι ιξωδομέτρων α) Όστβαλντ, β) Ουμπελόντε, γ) Κάνον-Φένσκε. Β. Χρονόμετρο ακριβείας Δίνεται αναλογικό χρονόμετρο ακριβείας για τη μέτρηση του χρόνου εκροής του νερού, του οποίου η ένδειξη θα λαμβάνεται με τη μεγαλύτερη ακρίβεια. Γ. Ρυθμιστής θερμοκρασίας. Διαφανές δοχείο με νερό Ο συντελεστής ιξώδους όπως και άλλες φυσικές ποσότητες είναι συναρτήσεις της θερμοκρασίας. Επομένως είναι απαραίτητο να μετρούνται σε περιβάλλον γνωστής θερμοκρασίας, η οποία διατηρείται σταθερή, με ακρίβεια ±0,1 ο C ή καλύτερη. Όργανα που χρησιμοποιούνται γιαυτό το σκοπό είναι τα θερμοστατικά λουτρά. Αυτά αποτελούνται από ένα δοχείο που έχει το πληρωτικό υγρό - μέσα στο οποίο είναι συνεχώς βυθισμένο το ιξωδόμετρο - και ένα ρυθμιστή θερμακρασίας, ο οποίος αποτελείται από την θερμαντική αντίσταση, τον θερμορυθμιστή, τον 14

αναδευτήρα και μια αντλία κυκλοφορίας. Το απεσταγμένο νερό χρησιμοποιείται ως πληρωτικό υγρό για θερμοκρασίες από 20 ως 90 ο C, η γλυκερίνη ή η αιθυλενογλυκόλη για θερμοκρασίες από 90 ως 150 ο C και η μεθανόλη ή κάποιο άλλο ψυκτικό υγρό για θερμοκρασίες κάτω από 20 ο C. Ο ρυθμιστής που θα χρησιμοποιήσουμε στην πειραματική διάταξη είναι της εταιρείας Techne, μοντέλο TU-16A. Ο διακόπτης θέτει σε λειτουργία συγχρόνως την αντλία, τον αναδευτήρα και το θερμορυθμιστή του οργάνου. Μια λυχνία ανάβει, όταν η αντίσταση θερμαίνει. Η επιλογή της θερμοκρασίας γίνεται με την περιστροφή του κυλίνδρου στο επάνω τμήμα του ρυθμιστή. Η ένδειξη αυτού του θερμομέτρου είναι η προσεγγιστική θερμοκρασία που θα αποκτήσει το λουτρό. Η πραγματική, ακριβής θερμοκρασία του λουτρού λαμβάνεται από το θερμόμετρο που είναι βυθισμένο μέσα σ αυτό, αφού βέβαια επέλθει θερμική ισορροπία. Αναλυτικές οδηγίες χρήσης θα σας δοθούν από τον επιβλέποντα. Πειραματική διαδικασία Αφού το ιξωδόμετρο καθαρισθεί και στεγνωθεί, το τοποθετούμε κατακόρυφο (γιατί;) μέσα στο θερμοστατούμενο κάδο και γεμίζουμε το ευρύ σκέλος του με το απεσταγμένο νερό. Α. Υγρό αναφοράς. Ρυθμίζουμε το θερμόμετρο του ρυθμιστή στους 25 ο C και όταν σβήσει η λυχνία το θερμόμετρο του δοχείου δείξει αυτή τη θερμοκρασία περιμένουμε 15 λεπτά τουλάχιστον για την καλύτερη θερμοστάτηση, πριν αρχίσουμε τη μέτρηση. Με τη βοήθεια μιας λαστιχένιας φούσκας, η οποία προσαρμόζεται στο στενό σκέλος του ιξωδόμετρου αναρροφούμε το απεσταγμένο νερό λίγο υψηλότερα από την επάνω χαραγή προσέχοντας να γεμίσει πλήρως (χωρίς φυσαλίδες) ο χώρος ανάμεσα στις δύο χαραγές του οργάνου. Κατόπιν απομακρύνουμε προσεκτικά τη φούσκα και αφήνουμε το νερό να εκρεύσει ελεύθερα διαμέσου του τριχοειδούς σωλήνα. Ξεκινάμε το χρονόμετρο όταν η επάνω χαραγή γίνει εφαπτομένη του μηνίσκου και το σταματάμε αντίστοιχα στην κάτω χαραγή. Ο χρόνος που θα διαβάσουμε είναι ο χρόνος εκροής, t α. Επαναλαμβάνουμε τη μέτρηση άλλες τρείς τουλάχιστο φορές και σαν τελική τιμή λαμβάνουμε το μέσο όρο αυτών, αν βέβαια δεν αποκλίνουν μεταξύ τους. Ο συντελεστής ιξώδους του νερού στους 25 ο C είναι ίσος με 0,8904 cp. Β. Άγνωστο υγρό. Το απεσταγμένο νερό είναι το υγρό που θα μετρήσουμε στις θερμοκρασίες από τους 30 έως τους 50 ο C. Ρυθμίζουμε το θερμόμετρο του υδρόλουτρου στους 30 ο C και επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία μέτρησης του χρόνου εκροής. Το ίδιο επαναλαμβάνουμε διαδοχικά στους 35, 40, 45 και 50 ο C. 3. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Γίνεται ο πίνακας των πειραματικών δεδομένων. Πίνακας 1 : Να δοθεί σύντομος, πλήρης και περιγραφικός τίτλος. θ / ο C t 1 / s ή min t 2 / s ή min t 3 / s ή min t μέσο / s ή min 25 30 35 40 45 50 15

Κατόπιν υπολογίζονται οι τιμές του συντελεστή ιξώδους του νερού στις διάφορες θερμοκρασίες καθώς και τα μεγέθη lnη και 1/Τ για τον υπολογισμό της ενέργειας ενεργοποίησης της ιξώδους ροής. Οι απαραίτητες πυκνότητες του νερού σε διάφορες θερμοκρασίες λαμβάνονται από τον πίνακα που παρατίθεται. [5] Πίνακας 2 : Να δοθεί σύντομος, πλήρης και περιγραφικός τίτλος. θ / ο C d / g cm -3 η / cp lnη 10 3 K / T 25 30 35 40 45 50 Κατόπι με τη χρήση της μεθόδου των ελαχίστων τετραγώνων υπολογίζονται οι σταθερές της εξίσωσης Αρένιους. Τέλος, η ενέργεια ενεργοποίησης που υπολογίστηκε από τα πειραματικά δεδομένα συγκρίνεται με τη θεωρητικά αναμενόμενη τιμή της και δίνεται το % σφάλμα. Με βάση τις τιμές του πίνακα 2 σχεδιάζονται δύο διαγράμματα : α) του συντελεστή ιξώδους, η, ως προς την απόλυτη θερμοκρασία, T και β) του λογάριθμου του συντελεστή ιξώδους, lnη, ως προς αντίστροφο της απόλυτης θερμοκρασίας, 1/Τ και χαράσσονται οι αντίστοιχες καμπύλες (στο δεύτερο με τη βοήθεια της εξίσωσης των ελαχίστων τετραγώνων). 4. ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Θα σχολιαστεί η μορφή της καμπύλης στα δύο διαγράμματα. Θα αναφερθούν και θα σχολιασθούν οι αιτίες των σφαλμάτων με αξιολογική σειρά. 16

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ : 1. Ν. Α. Κατσάνου : Φυσικοχημεία - Βασική Θεώρηση, Έκδοση Τρίτη, Αθήνα 1990. 2. Δ. Α. Γιαννακουδάκη : Γενική Φυσική Χημεία, Θεσσαλονίκη 1975. 3. R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot : Transport Phenomena, J. Wiley & Sons, Inc., 1960. 4. D. P. Shoemaker, C. W. Garland, J. I. Steinfeld : Experiments in Physical Chemistry, Third Edition, McGraw-Hill, 1974. 5. F. Daniels, R. A. Alberty, J. W. Williams, C. D. Cornwell, P. Bender, J. E. Harriman : Experimental Physical Chemistry, Seventh Edition, McGraw-Hill 1970. 6. R. H. Perry, C. H. Hilton : Chemical Engineering Handbook, Fifth Edition, Mc- Graw Hill, 1973. Επιμέλεια άσκησης : Μισοπολινού-Τάταλα Δουκαίνη 17

18