POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU WISKOZYMETRU KAPILARNEGO
I. WSTĘP TEORETYCZNY Ciecze pod względem struktury i właściwości zajmują miejsce pośrednie między ciałami stałymi i gazami z tym, że bardziej zbliżone są do ciał stałych. Gęstość cieczy, ściśliwość, ciepło molowe nie różnią się znacznie od ciał stałych. Przy wprowadzeniu cieczy w ruch pojawia się pewna właściwość cieczy zwana lepkością. Lepkość jest taką własnością cieczy, która charakteryzuje jej opór podczas płynięcia wywołanego siłami zewnętrznymi. Niekiedy zjawisko to nazywa się tarciem wewnętrznym. W ciałach stałych tarcie wewnętrzne jest oporem przeciwko powstawania odkształceń stycznych. Właściwość ta mierzona jest ilościowo współczynnikiem lepkości ( lub w skrócie lepkością). Współczynnik lepkości jest liczbowo równy wartości siły stycznej F, która przyłożona do jednostkowej powierzchni przesuwanej warstwy S utrzymuje w tej warstwie przepływ laminarny ze stałym jednostkowym gradientem prędkości d warstw : dx dx S ν 2 ν 1 F. d S dx Lepkość odgrywa znaczącą rolę w procesie uwalniania leków z ich postaci i tym samym wpływa na szybkość ich wchłaniania. Ogólnie rzecz biorąc można powiedzieć, że ze wzrostem lepkości zmniejsza się zarówno szybkość uwalniania leków z ich postaci, jak i szybkość ich wchłaniania. To zwolnienie procesu wchłaniania leków może równocześnie prowadzić do wzrostu toksyczności leków, ponieważ na skutek przedłużenia czasu przebywania leku w miejscu jego podania zwiększa się ilość wchłoniętej substancji leczniczej.
II. OPIS BUDOWY STANOWISKA Współczynnik lepkości cieczy mierzy się tzw. wiskozymetrami (rys.2.). Działanie wiskozymetrów kapilarnych oparte jest na prawie Poiseuille a, które mówi o tym, że objętość cieczy V przepływającej laminarnie w czasie t przez poprzeczny przekrój kapilary o promieniu r i długości l, na której końcach panuje różnica ciśnień Δp, określona jest zależnością: V t r 4 p. 8l rurka szklana zbiornik P kapilara zbiornik Z Rys.2. Schemat wiskozymetru kapilarnego 2
III. PRZEBIEG ĆWICZENIA A. Pomiar lepkości cieczy wzorcowej 1. Należy zbiornik pomiarowy P wiskozymetru napełnić cieczą wzorcową. 2. Zmierzyć czas wypływu cieczy ze zbiornika P do zbiornika Z. 3. Pomiar powtórzyć 5 cio krotnie. 4. Wyliczyć wartość średnią czasu t o wypływu dla cieczy wzorcowej. B. Pomiar względnej lepkości cieczy badanej 1.Napełnić wiskozymetr tą samą ilością badanej cieczy, jak w przypadku cieczy wzorcowej. 2. Zmierzyć czas wypływu cieczy ze zbiornika. 3. Pomiar powtórzyć 5 cio krotnie. 5. Wyliczyć wartość średnią czasu t wypływu dla cieczy badanej. 6. Obliczyć względny współczynnik lepkości korzystając ze wzoru t o t o o ρ gęstość cieczy badanej, ρ o gęstość cieczy wzorcowej Wartości gęstości należy odczytać z tablic. 7. Obliczyć bezwzględny współczynnik lepkości korzystając z powyższego wzoru, w którym η -bezwzględny współczynnik lepkości, η o - współczynnik lepkości cieczy wzorcowej Współczynnik lepkości cieczy wzorcowej trzeba odczytać z tablic. 8. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli. 3
czas wypływu [min] ciecz wzorcowa 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4. 5. 5. ciecz badana średni czas wypływu [min] gęstość cieczy odczytana z tablic [g/cm 3 ] współczynnik lepkości N 2 m s IV. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ 1. Krótki wstęp teoretyczny. 2. Cel przeprowadzonego ćwiczenia. 3. Objaśnienie symboli stosowanych w sprawozdaniu. 4. Tabelę z wartościami wielkości mierzonych. 5. Obliczone współczynniki z podstawieniem odpowiednich wartości. 6. Obliczone wartości współczynników porównać z wartościami zamieszczonymi w tablicach fizycznych. 7. Dyskusję i wnioski. V. PYTANIA KONTROLNE 1. Definicja lepkości. 2. Wymienić rodzaje współczynnika lepkości. 3. Budowa i zasada działania wiskozymetru. 4. Rodzaje wiskozymetrów. 5. Zależność współczynnika lepkości od temperatury. 4
LITERATURA 1. Z. Jóźwiak: G. Bartosz: Ćwiczenia z podstaw fizyki i biofizyki dla biologów; Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 1991 2. R. Respondowski: Laboratorium z fizyki; Politechnika Śląska, Gliwice 1994 3. J. Karniewicz. T. Sokołowski: Podstawy fizyki laboratoryjnej; Politechnika Łódzka, Łódź 1993 4. A. Danek: Chemia fizyczna, Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, Warszawa 1978 5