3642

Лабораторные работы. Физические свойства жидкостей

Лабораторная работа

Физика

Изучение физических свойств жидкости. Цель работы: освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей. Схема устройства...

Русский

2012-11-05

437.5 KB

149 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Изучение физических свойств жидкости.

Цель работы: освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.

 Схема устройства.

1 – термометр;

2 - ареометр;

3 – вискозиметр;

4 - капиллярный вискозиметр;

5 – сталагмометр.

Определение коэффициента теплового расширения жидкости.

Порядок выполнения работы:

1) Подсчитать общее число градусных делений  в шкале термометра  измерить расстояние l между крайними штрихами шкалы.

2) Вычислить приращение объема термометрической жидкости , где r- радиус капилляра термометра.

3) С учетом начального (при 00С) объема термометрической жидкости W - значение коэффициента теплового расширения   и сравнить его со значением . Значение используемых величин занести в таблицу.

1) Число делений 52

2) r=0,01 см.   

3)

Жидкость

кг/м3

МПа-1

С-1

м2

Н/м

Вода пресная

998

0,49

0,15

1,01

73

Спирт этиловый

790

,78

1,10

1,52

23

Масло:

Автол М-8В

900

0,60

0,64

300

25

Индустриальное 20

900

0,72

0,73

110

25

Трансформаторное

890850

0,60

0,70

30

25

АМГ-10

0,76

0,83

20

25

Жидкость в термометре – автол.

Вид жидкости

r ,см

W,см3

T, 0С

L, см

W, см3

, 0С-1

С-1

Спирт

0,01

0,0274

27,4.10-3

5

15,7*10-4

0,573

0,64

Измерение плотности жидкости ареометром.

Порядок выполнения работы:

1) Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем.

2) Вычислить плотность жидкости по формуле  где т и d –масса и диаметр ареометра. Эта формула получена путем приравнивания силы тяжести ареометра G=mg и выталкивающей (архимедовой) силы PA=pgw , где объем погруженной части ареометра W= (d2/4)h.

3) Сравнить опытные значения плотности р со справочным значением р* . Значение используемых величин свести в таблицу.

Вид жидкости

m, г

d, см

h ,см

,г/см3

,г/см3

Вода

5,5

1,1

6

0,9

0,998

Определение вескости вискозиметром Стокса.

Порядок выполнения работы:

1) Повернуть устройство №1 в вертикальной плоскости на 1800 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 3 раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

2) Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости  , где g - ускорение свободного падения;   d, D - диаметры шарика и цилиндрической емкости; p, pш - плотности жидкости и материала шарика;

3)Сравнить опытным путем значение коэффициента вязкости  с табличным значением *  . Значения используемых величин свести в таблицу.

Вид жидкости

,

кг/м3

t,с

l

d

D

ш,

кг/м3

2

*м2

М-8В

900

17

0,07

0,008

0,02

982

300·10

300·10

Измерение вязкости капиллярным вискозиметром.

Порядок выполнения работы:

1) Перевернуть устройство №1 в вертикальной плоскости и определить секундомером время стечения через капилляр объема жидкости между метками из емкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

2) Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости  (М – постоянная прибора)  и сравнить его с табличным значением. Данные свести в таблицу.

Вид жидкости

М,м22

t

м2

T,0С

*м2

М-8В

366·10

125

457,5·10

27

300·10

Измерение поверхностного натяжения сталагмометром.

Порядок проведения работы:

1) Повернуть 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 (К – постоянная сталагмометра) и сравнить его с табличным значением. Данные привести в таблицу.

Вид жидкости

К,м3

,кг/м3

n

,Н/м

*H

М-8В

6,1·10

900

190

0,028

0,025

βт=(0,00157/0,0274)/50=1,1·10ºс

ρ=4·5,5/3,14·1,1²·6)=0,9 г/см³;

ν=м²/с;

ν=3,66·10·125=457,5·10м²/с;

σ=6,1·10·900/190=0,028 Н/м.

Вывод: Входе проведения лабораторной работы ознакомились с методами измерения температуры, плотности, вязкости, поверхностного натяжения. Сверившись со стандартными данными убедились в правильности методов   измерения (расчёты по опытным данным совпали с табличными).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Изучение приборов для измерения давления.

Цель работы: Изучение устройства и принципа действия жидкостных приборов для измерения давления.

1.Полость с атмосферным давлением;

2. опытный резервуар; 3-пьезометр; 4-уровнеметр; 5-мановакуметр; 6-пьезоиетр; 7-вакуметр

Описание устройства №2 и жидкостных приборов.

Ртутный барометр состоит из вертикальной стеклянной трубки с миллиметровой шкалой и закрытым верхним кольцом, которая заполнена ртутью, и чаши с ртутью, в которую опущена трубка нижним концом.

Для демонстрации других приборов служит устр. №2, которое выполнено прозрачным и имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное давление, и резервуар 2, частично заполнен водой (рис. а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3,4 и5 .Они представляют собой произвольные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.

Однотрубный манометр 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а нижний- с резервуаром 2. Им определяется манометрическое давление Рм=ρghм на дне резервуара.

Уровнемер 4 соединен обоими концами с резервуарами и служит для измерения уровня жидкости H в нём.

Мановакууметр представляет собой U- образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым коленом он подключён к резервуару 2, а правым к полости 1 и предназначен для определения манометрического Рмо=ρghм  (рис. а) или вакуумметрического  Рво=ρghв (рис. б)давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2. Давление в резервуаре можно изменять путём наклона устройства.

При повороте устройства в его плоскости на 180º против часовой стрелки (рис. в) канал 4 остаётся уровнемером, колено мановакууметра 5 преобразуется в пьезометр 6, а пьезометр 3-в вакуумметр 7, служащий для определения вакуума Рво=ρghв над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.

Вывод: В результате проведения лабораторной работы ознакомились принципом работы приборов для измерения давления – манометров. Принцип работы которых основывается на уравновешивании измеряемого давленя Р силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе, т.е. работа приборов основывается на принципе сообщающихся сосудов.

  

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Измерение гидростатического давления.

Цель работы: Приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами.

1.Полость с атмосферным давлением;

2. опытный резервуар; 3-пьезометр; 4-уровнеметр; 5-мановакуметр; 6-пьезоиетр; 7-вакуметр.

Порядок выполнения работы

  1.  В резервуаре 2 над жидкостью создать давление выше атмосферного (Ро>Ра), о чём свидетельствует превышения уровня жидкости в пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуметре (рис. а).Для этого устройство поставить на правую сторону , затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть жидкости из левого колена мановакууметра 5 в резервуар 2.
  2.  Снять показания пьезометра hп, уровнемера Н и мановакууметра hм.
  3.  Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания пьезометра, а затем через величины, измеренные уровнемером и мановакууметром. Для оценки сопоставимости результатов определения давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погрешность δр.
  4.  Над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2 создать вакуум (Ро<Ра), когда уровень жидкости в пьезометре 3 становится ниже . чем в резервуаре. А на вакуумметре 5 появляется обратный перепад Hв (рис. б). Для этого устройство поставить на левую сторону, а затем наклоном вправо отлить часть жидкости из резервуара 2 в левое колено мановакууметра 5. Дальше см. п.п.2 и3.
  5.  перевернуть устройство против часовой стрелки (рис. в) и определить манометрическое или вакуумметрическое давление в заданной точке С через показания пьезометра 6 , затем с целью проверки найти его через показания обратного пьезометра 7 и уровнемером 4.

№ п/п

Наименование величин

Обозначения, формулы

Условия опыта

Р0РА          Р0 РА        

1.

Пьезометрическая высота, м

hn

22,1

5,6

2,

Уровень жидкости в резервуаре, м

H

7,8

10,4

3,

Манометрическая высота, м

hm

14,6

----

4,

Вакуумметрическая высота, м

hB

-----

4,6

5,

Абсолютное давление на дне резервуара по показанию пьезометра, Па

103520,2

101873,8

6,

Абсолютное давление в резервуаре над жидкостью, Па

102755,8

-------

-----

100874,2

7,

Абсолютное давление на дне резервуара через показания мановакууметра и уровнемера, Па

103520,2

101,893,4

8,

Относительная погрешность результатов определения давления на дне резервуара, %

0

-0,01

Pa=101325 Па; PH2o=1000 кг/м³ ; P=Pa+ρghп ;

P1=101325+1000·9.8·0.224=103520.2 Па;

P2=101325+1000·9.8·0.056=101873.8 Па;

Po=Pa+ρghп;

Po=101325+1000·9.8·0.106=102755.8 Па;

Po=Pa-ρghв;

Po=101325-1000·9.8·0.046=100874.2 Па;

P*=Po+ρgh;

P*=102755.8+1000·9.8·0.078=103520.2 Па;

P*=100874.2+1000·9.8·0.104=1011893.4 Па;

δp=100(103520.2-103520.2)/103520.2 Па;

δp=100(101873.8-101893.4)/101873.8=-0.01 %

Вывод: Научились определять давление путём измерения разности уровней сообщающихся сосудов и переводить показания приборов в абсолютные давления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Изучение структуры потоков жидкости.

Цель работы: Наблюдение потоков жидкости с различной структурой и выявление факторов, влияющих на структуру.

1,2-баки;  4,5-опытные каналы; 7-решётка;

3-перегордка; 6-щель;   8-уровневая шкала;

Порядок выполнения работы.

  1.  Создать в канале 4 ламинарный режим движения жидкости. Для этого при заполненном водой баке 1 поставить устройство баком 2 на стол. (Рис. а) Наблюдать структуру потока.
  2.  Повернуть устройство в вертикальной плоскости по часовой стрелке на 180º (рис. б). Наблюдать турбулентный режим течения в канале 5.
  3.  При заполнении водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 5 занял нижнее горизонтальное положение(рис. в). Наблюдать в канале процесс перехода от турбулентного режима к ламинарному.
  4.  При заполнении водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 4 занял нижнее горизонтальное положение (рис.г). Наблюдать за структурой потока в баке при внезапном сужении, внезапном расширении в канале за щелью и при выходе потока из канала в бак 1. Обратить внимание на вальцовые зоны, транзитную струю и связь скоростей с площадями сечений каналов.
  5.  При заполненном баке 1 наблюдать структуру течения при обтекании перегородки 3 (рис. д).
  6.  Сделать зарисовку структуры потоков.

Ламинарный режим

Турбулентный режим

Расширение потока

Обтекание стенки

Вывод: : Наблюдали структуру потока ,выявили  факторы влияющие на структуру потока, а именно скорость движения жидкости и ее вязкость. Выяснили что на структуру потока влияют следующие факторы: вязкость жидкости, скорость потока и характерный размер канала (в нашем случае диаметр), т.е. составляющие числа Рейнольдса.

                      

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Определение режима течения.

Цель работы: Освоение расчетного метода определения режима течения.

Порядок выполнения работы.

  1.  Создать в канале 4 течение жидкости при произвольном наклоне устройства №3 от себя.
  2.  Измерить время t перемещения уровня воды в баке на некоторое расстояние S и снять показания термометра T, находящегося в устройстве №1.
  3.  Подсчитать число Рейнольдса по порядку указанному в таблице.
  4.  Повернуть устройство в его плоскости на 180º и выполнить операции по н.п. 2,3.
  5.  Сравнить полученные значения чисел Рейнольдса между собой, и затем на основе сравнения с критическим значениями, сделать вывод о режиме течения.

№ п/п

Наименование величин

Обозначения, формулы

№ опыта

1

2

1

Изменение уровня воды в баке, см

S

6

6,3

2

Время наблюдения за уровнем, с

t

17

7

3

Температура воды, 0С

T

24

24

4

Кинематический коэффициент вязкости воды, см2

0,0092

0,0092

5

Объем воды, поступающей в бак за время t, см3

W=ABS

504

529,2

6

Расход воды, см3

Q=W/t

29,6

75,6

7

Средняя скорость теченя в канале, см/сек

V=Q/

11,84

30,24

8

Число Рейнольдса

Re=Vd/

1801,7

4601,7

9

Название режима течения

Re(<,>)Rek=2300

Ламин.

Турб.

А=21 см, В=4 см, d=1.4 cm; ω=2.5 cm².

υ=17.9/(1000+34·24+0.22·24²)=0.0092 cm²/c;

W1=21·4·6=504; W2=21·4·6.3=529.2 cm³;

Q1=504/17=29.6 cm³/c;   Q2=529.2/7=75.6 cm³/c

V1=29.6/2.5=11.84 cm/c; V2=75.6/2.5=30.24 cm/c;

Re=11.84·1.4/0.0092=1801.7; Re=30.24·1.4/0.0092=4601.7

Вывод: Освоили расчетные методы определения режима течения жидкости. На основе полученных данных можно сделать вывод, что в первом случае т.к. Re=1807.7<Reкр=2300 режим течения ламинарный, а во втором

Re>Reкр=2300 режим течения турбулентный.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Эксперементальное изучение уравнения Бернулли.

Цель работы: Опытное подтверждение уравнения Бернулли, т.е. понижения механической энергии по течению и перехода потенциальной энергии в кинетическую и обратно (связи давления со скоростью).

Порядок выполнения работы.

  1.  При заполнении водой бак 2 перевернуть устройство для получения течения в канале переменного сечения 3.
  2.  Снять показания пьезометра Hп=P/(ρg) по нижним частям менисков воды в них.
  3.  Измерить время t перемещения уровня в баке на произвольно заданную величину S.
  4.  По размерам А и В поперечного сечения бака, S, и времени t определить расход воды в канале , а затем скоростные Hk и полные H напоры в сечениях канала по порядку, указанному в таблице.
  5.  Вычертить пьезометрическую линию и напорную линию.
  6.  Проанализировать изменение полной механической, потенциальной и кинетической энергии.

Обработка опытных данных.

 

п/п

Наименование

Величин.

Обозначения,

формулы

Сечения канала

I

II

III

IV

V

VI

1.

Площадь сечения канала, см

ω

0.45

0.45

0.35

0.35

0.7

0.3

2.

Средняя скорость, см/с

V=Q/ω

54.4

54.4

70

70

35

81.6

3.

Пьезометрический напор, см

Hп=P/(ρg)

8

7.5

5

2.5

3

---

4.

Скоростной напор, см

Нк=

1,5

1,5

2,4

2,4

0,62

3,39

5.

Полный напор, см

9,5

9

7,4

4,9

3,62

3,39

А=21 см, В=4см, S=7 см, t=24 с, Q=ABC/t=24.5см/с

V1=VII=Q/ω=24.5/0.45=54.4 cm/c

VIII=VIV=Q/ω=24.5/0.35=70  cm/c;

VV=24.5/0.7=35 cm/c;

VVI=24.5/0.3=81.6 cm/c;

HkI,II==54.4/(2·9.81)=1.5 cm;

HkII,IV==70/(2·9.81)=2.4 cm;

HV=35/(2·9.81)=0.62 cm;

HVI=81.6/(2·9.81)=3.39 cm;

Вывод: Следуя из уравнения Бернулли можно сделать вывод, что в случае отсутствия теплообмена потока с внешней средой полная удельная энергия постоянна вдоль потока, следовательно, изменения одного вида энергии приводит к изменению другого вида энергии, противоположного по знаку. У нас получилось, что при расширений потоков скорость U и кинетической энергий v/2q уменьшаются, что приводит в силу сохранения баланса вызывает увеличение потенциальной  энергий Р (рq),т.е. понижение скорости потоков U по течению приводит к возрастанию давлению Р и наоборот. Наши измерения соответствуют уравнению Бернулли.  

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Определение местных потерь напора.

Цель работы: Определение опытным путем потерь напора на преодоление местных сопротивлений и сравнение их с рассчитанными по инженерным формулам.

Порядок выполнения работы.

  1.  Перенести из таблицы л.р. №6 значения площадей сечений и скоростей.
  2.  Определить опытные значения местных потерь hm(hbc,hp) из графика.
  3.  Найти расчётное значения местных потерь, сравнить их с опытными.

пр

Наименование

величин

Обозначение

формул

Вид сопротивления

сужение

расширение

1 (II)

2(III)

1(IV)

2(V)

1.

Площади сечений, см²

ω

0.45

0.35

0.35

0.7

2

Средние скорости за сопротивлением, см

V2

54.4

70

70

35

3

Опытное значение местных потерь, см

hm(hbc,hp)

7,6

3,62

4.

Коэффициенты местных сопротивлений

0,11

-----

------

1

5,

Расчетное значение местных потерь, см

 

21,69

140

Вывод: Определили опытным путем потери напора на преодоление местных сопротивлений эти значения менее точны по сравнению с данными рассчитанными по инженерным формулам.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Определение потерь напора по длине.

Цель работы: Освоение экспериментального и расчетного способов определения потерь напора на трение   по длине.

Порядок выполнения работы.

  1.  При заполненном водой баке  поставить устройство на стол баком 2.
  2.  Снять показания пьезометров I-V , измерить время t изменения уровня в баке на произвольно заданную величину S и температуру T в помещении.
  3.  Построить по показаниям пьезометров пьезометрическую линию. На этой линии выделить участок с постоянным наклоном. Определить его длину e и опытное значение потерь he по показаниям крайних пьезометров на ней.
  4.  Найти число Рейнольдса и расчётное значение потерь напора he* по порядку, и относительное расхождение опытного и расчётного значений потерь напора.

D=0.5 см; w=0.25 cm^2; A=21 cm; B=4 cm; T=24 ; S=7 cm; t=30 c; Q=ABS/t=19.6 ; V=q/w=19.6/0.25=78.4 cm/c

Абсолютную шероховатость стенок канала принять равной Δ=0,001 мм.

 

Наименование величины

Обозначения, формулы

Значения

1.

Показания пьезометров, см

7;5.5;4;3.8;1.5

2.

Длина участка с равномерным движением, см

l

4

3.

Опытное значение потерь напора подлине, см

2,5

4.

Кинематический коэффициент вязкости воды,

0,0092

5.

Число Рейнольдса.

4260,87

6.

Коэффициент трения

при Re<2300

       2300<Re<10d/Δ

       Re>10d/Δ

λ=64/Re

λ=0.316/Re

λ=0.11

0,015

0.04

0.04

7.

Расчетное значение потерь напора по длине, см

2,7

8.

Относительное расхождение.

0,08

=4/1000·9,8-1,5/1000·9,8=2,5

=17,9/(1000+34*24+0,22*24^2)=0.0092

Re=Vd/v=78.4*0.5/0.0092=4260.87

λ=64/Re=64/4260.87=0.0150

λ=0.316/Re=0.316/(4260.87)=0.039

λ=0.11(68/Re+Δ/d)=0.11(68/4260.87+0.001/0.5)=0.04

hэ=0,04

σп=(2,5·2,7)/2,5=0,08

Вывод: В ходе лабораторной работы научились определять потери напора на трение по длине экспериментальным и расчетным способом.

Потери напора по длине вызваны тормозящим действием стенок, приводящим к вязкостному трению частиц и стружек жидкости друг о друга вдоль трубопровода.


Изм.

ист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69047. Технология работ при создании лесных культур на вырубке 1.32 MB
  В системе машин каждая предыдущая машина своей работы создает условия для работы последующей машины. Следовательно, для осуществления лесохозяйственных мероприятий из системы машин выбираются необходимые лесохозяйственные машины и транспортные средства.
69048. Представление текста в SVG 335 KB
  В XML текстовое содержание определяется как последовательность символов, где каждый символ определен своим кодом Unicode. С другой стороны, шрифты состоят из набора глифов (glyphs) и другой связанной информации, такой, как таблицы шрифтов.
69049. Web-службы. Общие концепции Web-служб 236.5 KB
  Первоначально Web-серверы предоставляли статические данные, представленные в документах HTML и сопровождающих их файлах описания внешних таблиц стилей и сценариях, а также текстовых и мультимедийных данных, составляющих Web-страницу.
69050. Язык WSDL. Основные концепции языка WSDL 697.5 KB
  И отправитель, и получатель сообщения SOAP должны иметь доступ к описанию используемой Web-службы. Отправитель нуждается в описании Web-службы, чтобы знать, как правильно форматировать сообщение, а получатель – для правильной его интерпретации. Поэтому необходим документ (в виде файла)...
69051. Семантический Web. Развитие Web 512 KB
  Как и любая технология, WWW (World Wide Web – всемирная паутина) или просто Web (паутина) с момента своей первой демонстрации в 1991 году прошла большой путь развития. В 2005 году, чтобы отметить новые возможности Web, Тим О’Рейли (Tim O’Reilly), владелец издательства O’Reilly...
69052. Язык OWL (Web Ontology Language) 563 KB
  Язык онтологий для Web – OWL (Web Ontology Language), так же как RDF и RDFS разработан для описания данных и метаданных, а также отношений между ними и предназначен для использования в компьютерной обработке данных семантического Web.
69053. Общие компоненты технологии XML 176 KB
  Содержание документа на бумаге может быть сугубо текстовым, а также содержать изображения. Если документ представлен в электронном виде, он может содержать и мультимедийные данные, а также ссылки на другие документы. Хотя содержимое разных документов различно, их можно классифицировать по типам...
69054. Объявление типа документа 134 KB
  Определение типа документа DTD (Document Type Definition) является той основой, на которой создаются документы XML. DTD представляет собой набор правил, определяющий инструкции, которые могут быть переданы анализатору (parser) для обработки им этого документа.
69055. Формирование описания документа с помощью схем 271 KB
  Элемент age может быть проверен на принадлежность его содержимого заданному типу (PCDATA), поэтому содержимое обоих дескрипторов будет считаться правильным, т.е. при использовании DTD нельзя осуществить проверку как на соответствии определенному типу данных...