VEDELIKU VISKOOSSUSE TEMPERATUURIOLENEVUSE MÄÄRAMINE (0)

Kolloidkeemia laboratoorne töö 15
VEDELIKU VISKOOSSUSE
TEMPERATUURIOLENEVUSE MÄÄRAMINE
Teooria. Eelnevalt tuleks tutvuda viskoossuse mõistega Moodle või WebCT (uue nimega
Blackboard Vista) kolloidkeemia neljanda loenguga (on praegu veel saadav ka Internetis
http://www.hot.ee/kaljulott/ ). Samuti leiab viskoosuse kohta selgitust Internetis, näiteks
http://en.wikipedia.org/wiki/Viscosity Höppleri viskosimeeter on kujutatud joonisel.
Mōōdetakse kuuli langemise aega uuritava vedelikuga täidetud silindris, mis on 10 0 nurga all
vertikaalsihi suhtes. Seda viskosimeetrit saab kasutada njuutoni vedelikele viskoossusega 3 ...
80000 mPas (cP).
Kera küllalt aeglasel langemisel läbi vedeliku esineb kera pinnal laminaarne voolamine.
Kerale mōjuva takistava jōu määrab Stokesi valem
f = 6rv
kus  on vedeliku viskoossus,
r - kera raadius,
v - kera liikumise kiirus.
Joonis. Höppleri viskosimeeter
Kui kera langeb püsiva kiirusega läbi vedeliku, siis vedeliku poolt avaldatav takistav jōud
tasakaalustab gravitatsioonijõu:
4/3r3(1- )g = 6rv ( V,10)
Valemis 4/3 r3 on kera ruumala,
 - langeva keha tihedus,
2 - vedeliku tihedus,
g - raskuskiirendus,
sulgavaldis (1 - 2) vōtab arvesse vedeliku üleslüket.
Viskosimeetri komplekti kuulub rida erineva tiheduse ja raadiusega kuule. Sobiv kuul
valitakse vastavalt uuritava vedeliku viskoossusele. Mōōdetakse aega, mis kuulil kulub
horisontaalsete märkide vahe läbimiseks.
Valemist ( V,10) saame avaldada vedeliku viskoossuse kuuli langemise kiiruse kaudu kujul:
2 r 2 g( 1 -  2 )
= 0 ( V,11)
9
Et siin v =H/t,
kus H = 100 mm on äärmiste kriipsude vahekaugus silindris(AB),
t - aeg , mis kulus kuulil selle vahemaa läbimiseks,
siis lōplikult
 = k (t ( V,12)
Avaldises k on seadme passis toodud kuuli konstant, mPascm3/g, mis haarab konstantseid
liikmeid valemis ( V,11).
Kuuli valimisel ja katsetulemuste arvutamisel tuleb kasutada tabelis 1 toodud andmeid.
Tabel
1
Mōōtepiirkond Kuul nr Kuuli läbimōōt Kuuli mass Kuuli tihedus Kuuli
mPas 200C juures g 200 C konstant k
mm g/cm3
**
** **
* ** **
3 ...30 2 15,6290 4,4435 2,223 0,075526
25 ... 250 3 15,5650 16,0852 8,150 0,124460
250 ...2500 4 15,0000 14,3957 8,150 1,181634
2500..25000 5 13,5500 10,0347 7,700 10,300000
8000..80000 6 10,0000 4,0163 7,670 40,500000
Märkused: * Mōōtepiirkond on arvutatud tingimusel, et kuuli maksimaalne langemiseaeg
ei ületaks 300 sekundit.
** Andmed on toodud seadme passis. Teisele kuulide komplektile üle minnes
tuleb andmeid korrigeerida.
Töö eesmärk. Määrata vedeliku viskoossuse temperatuuriolenevus. Arvutada viskoossuse
aktiveerimisenergia.
Töövahendid. Höppleri viskosimeeter, stopper, ultratermostaat
Töö käik. Enne katset tuleb viskosimeetri toru, kuul ja sulgurid puhastamisvarda abil
hoolikalt puhastada. Kui toru seintele on jäänud kelme, tuleb see eemaldada sobiva lahusti
abil ja lahusti jäljed omakorda eetriga. Seejärel täidetakse viskosimeetri toru kuni 25 mm toru
otsast allapoole uuritava vedelikuga ja pannakse kohale tabeli alusel valitud kuul. Jälgitakse,
et kuuli alla ei jääks ōhumulle, ja suletakse toru. Viskosimeetri mantel ühendatakse
termostaadiga, mis on reguleeritud nōutavale temperatuurile. Lubatav temperatuuri kōikumine
katse vältel on 0,10. Katset võib alustada10 ..15 min järel, mis on vajalik temperatuuri
ühtlustumiseks uuritavas vedelikus ja termostaadis. Pööratakse viskosimeetrit ja mōōdetakse
stopperi abil aeg, mille jooksul kuul läbib vahemaa kahe äärmise kriipsu vahel. Seejärel
pööratakse viskosimeetrit uuesti ja katset korratakse. Tehakse 3 vōi 5 mōōtmist, millest
vōetakse keskmine.Edasi tōstetakse termostaadi temperatuur ōppejōu poolt etteantud
järgmisele väärtusele, hoitakse seda 10 -15 minuti vältel ja mōōdetakse uuesti kuuli langemise
aeg. Korrektsete tulemuste saamiseks on vajalik, et langemise aeg ületaks 30 sekundit.
Katseandmed kantakse tabelisse 2.
Tabel 2
Kuul nr …………
mPa  s  cm3
Kuuli konstant K =………… , kuuli tihedus 1 = ………….g/cm3
g
Katse Temperatuur Kuuli langemise Vedeliku tihedus katse Vedeliku viskoossus
nr 0
C aeg temperatuuril 2 
s g/cm3 mPas
1 2 3 Kesk-
mine
Märkus. Kui uuritava vedeliku tihedus igal katsetemperatuuril pole täpselt teada, vōib
kasutada käsiraamatust vōetud paisumiskoefitsienti.
Katseandmete alusel koostatakse tabel 3.
Tabel 3
Katse nr Temperatuur 1  ln 
T
0
C T K mPas
K-1
Katsetulemuste alusel
1) joonestatakse graafik  = f(T),
2) joonestatakse graafik ln  = f(1/T),
3) arvutatakse viskoossuse aktiveerimisenergia EA.
Et vedeliku viskoossus sōltub temperatuurist vastavalt avaldisele
EA
 = Ae RT ( V,13)
siis ln  = ln A + EA/RT. ( V,14)
4)Seega saab aktiveerimisenergiat arvutada graafiku ln  = f(1/T) tōusu abil.
Töö vormistamine toimub kohustuslikult arvutiga, kas Excelis või mõnes teises graafilises
töölehekeskkonnas. Näited vormistusest:
Kõigepealt Tuleb välja arvutada keskkonna (glütseriini) tiheduse temperatuurisõltuvus selleks,
et leida vastavad viskoossuse väärtused mõõtmistemperatuuril. Näide sellest määramisest
vormistatuna Originis:
280 29 0 300T,
1.270 =1.2675-(3.41429*(E
K310 320 33021.270
1.265 -
4) *
T-(2.
619
05
*(
E-6
)*
T 1.265
lütserinitihedusg/cm
3
1.260 1.260
1.255 1.255
1.250 1.250
1.245 1.245
G
1.240 1.240
1.2350 10 20 30 40 50 60 1.235
Tem peratuur,0C
Ja vormistatuna Excelis:
1,27
1,265
y = -3E-06x2 - 0,0003x + 1,2675
1,26
1,255
1,25
1,245
1,24
1,235
10 20 30 40 50 60
Siin on vastus üliõpilaste sagely esitatavale küsimusele: kas võtta graafiku tarvis viskoosus
Pas-des või mPas-ides. Graafikutelt selgub, et aktivatsioonienergia jääb mõlemal juhul
samaks.
0.68394
ln  (Pas)
0.36788
0.25161
ln  = 6876.52*1/T-23.7003
Pas
Linear Fit of Data1_Pas
0.00320 0.00325 0.00330 0.00335 0.00340
-1
1/T K
403.42879
ln 
275.92098
ln  = 6876.52*1/T-16.79255
mPas
Linear Fit of Data1_mPas
0.00320 0.00325 0.00330 0.00335 0.00340
-1
1/T K