Question

شرح تجربة تعيين اللزوجة كدالة لدرجة الحرارة؟

 تعيين اللزوجة كدالة لدرجة الحرارة

Answer 1

تعيين اللزوجة كدالة لدرجة الحرارة

نظرية التجربة

- اللزوجة هي المقاومة التي يبديها جزء من مائع لجريان جزء ملامس له. 

- معامل اللزوجة η هو القوة اللازمة لوحدة المساحات للمحافظة على فرق مقداره وحدة السرعة بين مستويين متوازيين مع المائع المسافة بينهما 1 سم . 

- تسمى وحدة اللزوجة بنظام (c.g.s) بويز Poise. 

- يمكن تحديد لزوجة سائل بقياس معدل جريانه بأنبوبة شعرية. 

- ويعطي حجم سائل (V) ماراً بأنبوبة شعرية نصف قطرها (r) لمدة زمنية مقدارها (t)، وتحت ضغط ثابت P بمعادلة Poliseuille.

حيث (L) طول الأنبوبة. 

- وإذا كانت مقاييس الأنبوبة الشعرية وحجم السائل المتدفق خلالها ثابتين عندها تختزل المعادلة (1) إلى الصيغة التالية:

- وبالرغم من وجود بعض الصعوبة بتحديد اللزوجة لسائل، يمكننا تحديد النسبة بين لزوجتي سائلين مباشرة باستخدام مقياس اللزوجة . 

- وحيث إن الضغط المحرك السائل ذي كثافة (d) خلال أنبوبة مقياس اللزوجة الشعرية يساوي (h.d.g) ، إذا تمثل (h) الفرق بمستويي السائل بطرفي الجهاز. 

- وبالرغم من تغير (h) خلال التجربة فإن قيمتها البدائية والنهائية متساوية لكل حالة، لذا تناسب (P) مع كثافة السائل .

-  والعلاقة بين اللزوجتين η₁ و η₂ وللسائلين 1 و 2 ذوى الكثافتين d₁ و d₂ هي:

حيت t₁ و t₂ زمني الجريان، لذا يجب أن يعاير مقياس اللزوجة باستخدام سائل معروف اللزوجة والكثافة كالماء.

- ويغير تمدد الزجاج الناتج عند التسخين قيمة كل من (k) و (p) وزمن الجريان المعتمد على  ، لذا يجب معايرة مقياس اللزوجة بالماء عند كل درجة حرارة.

- ويمكن التعبير عن تغير لزوجة السائل مع درجة الحرارة بالمعادلة التالية:

حيث (A) ثابت و (E) مقدار الطاقة اللازمة لوقف عملية الجريان البدائي.

الأدوات والكيماويات المستخدمة فى التجربة

• مقياس اللزوجة
•  ساعة توقيت
•  ماصة مدرجة حجمها 10 مليلترات
•  ثرموستات لدرجات الحرارة 25م ، 30°م و 40م 
•  أنابيب مطاطية 
• بنزين

خطوات التجربة

- ينظف مقياس اللزوجة بخليط من حمض الكبريتيك والكروميك ثم بالماء ويجفف بعدها ثم يعلق بثرموستات عند درجة الحرارة 25 م^o ثم يضاف حجم من الماء مقاس بدقة بواسطة الماصة ويترك الماء مدة عشر دقائق ليصل إلى درجة حرارة الثرموستات.

- يمص الماء بواسطة أنبوبة مطاطية مربوطة بذراع المقياس حتى العلامة (a) يترك السائل بالجريان إلى أسفل ذراع المقياس. 

- يتم ملاحظة الزمن اللازم لسطح السائل للمرور من العلامة العليا (a)  إلى العلامة السفلي (b).

- تعاد العملية باستخدام الحجم نفسه من البنزين. 

- وتعاد كل الطريقة عند درجة الحرارة 30 م^o و 40 م^o  ثم يرسم الشكل البياني Log η مقابل . 

- إذ يجب أن يكون هذا الشكل البياني خطاً مستقيماً ذا میل مقداره E / 2.303R والذي يعين فيه قيمة (E).