Исследование поведения вязкости технических масел при различных температурах

Исследование физики вязкости вещества с механической и молекулярной точек зрения. Проведение эксперимента по исследованию поведения вязкости технических масел при различных температурах Построение графика зависимости вязкостей масел от температуры.

Рубрика Физика и энергетика
Вид практическая работа
Язык русский
Дата добавления 22.03.2019
Размер файла 469,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Исследование поведения вязкости технических масел при различных температурах

автор:

Грызлов Павел

Руководитель: Дмитриев Г. В.

Москва 2013

Оглавление

1. Введение

2. Первая глава. Теоретическая часть

3. Вторая глава. Проведение эксперимента

4. Итоги работы

5. Список литературы

вязкость масло температура

Введение

В современном мире люди ежедневно используют транспорт, оснащенный двигателем внутреннего сгорания. Для работы такого двигателя необходимо использование технических масел, однако разные масла при разных температурах обладают различными свойствами. Одним из таких свойств является вязкость, и работа двигателя может напрямую зависеть от вязкости масла. Над вопросом изучения данного свойства жидкости работает множество ученых, в основном это актуально для разработок в сфере транспорта, а так как в нашем мире транспортные средства очень распространены, я считаю, что изучение свойств масел очень востребовано.

Цель моей работы -- исследование поведения вязкости технических масел при различных температурах и, по возможности, представление аналитических данных по результатам эксперимента. В ходе своего исследования я постарался сам разобраться в некоторых терминах, на основе которых я пойму суть изучаемых явлений. Исследование проводилось при помощи вискозиметра и металлических шаров малого сечения.

Для достижения поставленной в работе цели было необходимо решение следующих задач: Во-первых, тщательно изучить теоретический материал, необходимый для данной работы.

Во-вторых, ознакомиться с методикой проведения эксперимента.

В-третьих, собрать экспериментальную установку, провести предварительные эксперименты.

В-четвертых, провести эксперимент с разными техническими маслами, при разных температурах, зафиксировать полученные результаты.

В-пятых, обработать полученные данные и проиллюстрировать их графически и по возможности аналитически.

В-шестых, сделать соответствующие выводы, оформить свою работу подготовиться к ее защите.

Первая глава

Одной из поставленных передо мной задач являлось изучение необходимого для представления аналитических данных теоретического материала. Этот материал представлен и проиллюстрирован мною в данной главе.

Понятие «вязкость» можно рассматривать с двух точек зрения: с точки зрения молекулярной физики и с точки зрения механики.

Рассмотрим вязкость с точки зрения молекулярной физики. Нарушение равновесия какой-либо системы должно сопровождаться перемещением потока либо теплоты, либо молекул, либо электрического заряда и т.п. В связи с этим соответствующие процессы называются явлениями переноса. Внутреннее трение, или вязкость, является одним из таких процессов. С этой точки зрения вязкость зависит от того, как быстро один молекулярный слой передает импульс силы другому слою [1] . Этот процесс наглядно продемонстрирован на приведенном ниже рисунке (см. рис. 1).

Рис. 1

Молекулы из слоя, прилегающего к стенке трубки, колеблются около положения равновесия за счет сил взаимодействия между молекулами самой стенки и молекулярного слоя. Молекулы из ряда, находящегося выше, имеют определенную среднюю скорость, а значит, имеют и импульс. Два слоя взаимодействуют между собой, при этом обмениваясь импульсом, вследствие чего молекулы из второго слоя замедляются. Такой процесс происходит между молекулярными слоями по всему сечению трубки. Этим и объясняется существование вязкости.

С точки зрения механики вязкость характеризуется силой трения, возникающей между молекулярными слоями в жидкости. Это явление можно продемонстрировать на опыте. В трубку с водой добавляют немного подкрашенной воды и открывают кран у трубки. Вскоре вверху образуется окрашенный «язык», имеющий форму параболы [2].

Пусть в какой-то момент времени слои масла обладают определенными импульсами упорядоченного движения. При движении масла двигаются все его слои, а значит, импульсы этих слоев изменяются. Это происходит из-за сил взаимодействия между молекулярными слоями и непрерывного перехода молекул из одного слоя в другой. Молекулярные слои, взаимодействуя друг с другом, приобретают или теряют импульс. Молекулы, переходящие из слоя в слой также способствуют передаче импульсов. Если молекула переходит из слоя движущегося быстро в другой, более медленный, то она отдает избыток импульса другим молекулам. Если же молекула переходит из медленного слоя в быстрый, то она приобретает импульс. Однако в жидкостях передача импульса осуществляется в основном за счёт силы взаимодействия между слоями, а импульс передаваемый молекулами, переходящими из слоя в слой, довольно мал. Перенос импульса (mv) через площадь (S) слоев за время (t) считается по формуле:

,

где -- изменение скорости, направленное перпендикулярно плоскости слоев, -- коэффициент вязкости жидкости. Знак «минус» перед выражением обусловлен тем, что передача импульса направлена от более быстрого слоя к более медленному. Из-за переноса импульса возникают силы взаимодействия между слоями, направленные по касательной к поверхности соприкосновения слоев, называемые силами внутреннего трения [3].

Коэффициент вязкости измеряется в Пас. При нагревании вязкость жидкости уменьшается. Это свойство объясняется особенностями взаимодействия молекул жидкости. При движении жидкости взаимодействие между слоями осуществляется в основном за счет межмолекулярного взаимодействия. Из-за нагревания расстояние между молекулярными слоями увеличивается, вследствие чего, силы взаимодействия между молекулярными слоями уменьшается. Они становятся более подвижными, что приводит к уменьшению вязкости жидкости [3].

При движении тела в жидкости оно увлекает за собой прилегающие к нему слои жидкости. Оставшиеся слои движутся с меньшими скоростями, поэтому на тело начинает действовать сила внутреннего трения жидкости.

По формуле Стокса, на шарик действует сила внутреннего трения, равная , где r -- радиус шарика, V -- скорость движения шарика,
-- коэффициент вязкости жидкости.

Также на шарик плотностью 0 , падающий в жидкость плотностью 1 действует сила тяжести, равная

и выталкивающая сила

[3].

Когда шарик только погружается в жидкость, его скорость равна 0. Из этого следует, что сила Стокса тоже равна 0. Равнодействующая сил тяжести и выталкивающей силы направлена вниз, поэтому шарик движется ускоренно вниз, при этом его скорость растет, а значит, растет и сила Стокса. Шарик будет двигаться ускоренно до тех пор, пока сила Стокса и выталкивающая сила, направленные вверх, суммарно не станут равны силе тяжести. Тогда равнодействующая трех сил станет равна 0, а значит, шарик станет двигаться равномерно (см. рис. 2).

Отсюда мы получим формулу:

.[3]

Рис. 2

Отсюда для коэффициента вязкости получим:

[3]

Скорость движения шарика в масле можно рассчитать опытным путем по формуле: , измерив при этом l -- расстояние между двумя контрольными метками и t -- время движения шарика, измеренное секундомером.

Вторая глава

Разные жидкости при одинаковой температуре имеют разную вязкость. Измерения вязкости различных технических масел проводились при одинаковых условиях. Однако коэффициент вязкости одной и той же жидкости может меняться в зависимости от температуры, и именно поэтому измерения вязкости происходили при различных температурах. Исследование проводилось при помощи вискозиметра и металлических шаров малого сечения.

Вискозиметр (от познелат. Viscosus - вязкий и греч. Metreo - измеряю), прибор для определения вязкости.

Рис. 3

Моя установка состоит из измерительного стакана, с нанесенной на него шкалой (А), технического масла (Б), металлических шаров малого сечения (В), микроскопа (Г), секундомера (Д), меток (Е) и линейки (Ж) (см. рис. 3). Опыт проводился следующим образом: с помощью микроскопа измеряется диаметр шариков (несколько раз), в колбу наливается масло, метками отмечаются промежутки, на которых будет проводиться измерение времени, в колбу опускаются металлические шарики, когда шарик пресекает верхнюю метку, включается секундомер, а когда шарик пересекает нижнюю метку, секундомер выключается. Расстояние между резинками измеряется линейкой. С помощью полученных данных вычисляется коэффициент вязкости данного масла. Опыт проделывается несколько раз, для набора статистики и вычисления погрешности измерения. Затем этот же опыт проделывается с этим же маслом, но при другой температуре. Эксперимент проделывается с разными маслами [3].

На стенки измерительного стакана были нанесены метки на различной высоте и измерено расстояние между ними. Оно равно 155 мм. Установка была помещена в условия зимнего времени, вследствие чего температура масла опустилась. Потом масло было перемешано, чтобы температура во всем масле установилась одинаковая, и с помощью жидкостного термометра с ценой деления 1°С измерена температуру масла, которая была равна 11°С. Далее по желобу скатывались стальные шары малого сечения в масло, предварительно был измерен их диаметр при помощи микроскопа со шкалой, цена деления которой 0,04 мм. Для измерения диаметра шара его левый край должен был совпасть с началом окулярной шкалы микроскопа, а диаметр этого шара должен был лежать на самой шкале. С помощью секундомера я засек время, за которое шарик проходит длину между метками. Верхняя метка была ниже уровня масла, чтобы движений шарика успело стать равномерным. Значение вязкости я вычислял по формуле

,

где 0 -- плотность стали, а 1 -- плотность масла. Такое измерение проводилось с пятью разными шариками и по набранной статистике вычислялось среднее значение коэффициента вязкости при данной температуре. После проведения эксперимента при температуре 11°С, я оставил исследуемую жидкость в комнате, чтобы вычислить ее коэффициент вязкости при комнатной температуре 23°С. Аналогичным способом я вычислил среднее значение коэффициента вязкости масла при комнатной температуре. Чтобы поднять температуру масла, поставил его в сосуд с кипящей водой. Когда температура жидкости поднялась до 40°С, я провел измерения. Таким же методом я нагрел масло до 55°С и 70°С и вычислил вязкость масла. Такие измерения проводились для четырех типов масел: растительного, минерального, синтетического и полусинтетического. Полученные данные я занес в таблицы (см. приложение) и по полученным значениям составил график зависимости коэффициента вязкости масла от температуры (см. рис. 4). По представленным данным можно сделать вывод, что вязкость синтетического масла при различных температурах изменяется меньше, а значит, оно лучше всего подходит для использования в двигателях внутреннего сгорания.

График зависимости вязкостей масел от температуры

Рис. 4

Приложение

Синтетическое масло

Синтетическое масло при T=-8°C

Синтетическое масло при T=0°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,7

27,7

0,331

0,6

31,6

0,278

0,6

36,2

0,309

0,5

48,4

0,295

0,8

19,8

0,318

0,4

62,0

0,242

0,6

36,5

0,319

0,8

17,4

0,270

0,7

26,9

0,321

0,7

23,0

0,274

Синтетическое масло при T=11°C

Синтетическое масло при T=23°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,7

9,6

0,115

0,6

7,1

0,062

0,6

17,4

0,152

0,5

10,0

0,061

0,7

11,4

0,136

0,5

12,1

0,073

0,6

16,3

0,132

0,6

7,8

0,069

0,7

11,3

0,136

0,6

6,9

0,061

Синтетическое масло при T=40°C

Синтетическое масло при T=55°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,7

3,3

0,039

0,6

2,5

0,022

0,6

4,7

0,041

0,7

3,5

0,041

0,7

3,3

0,039

0,7

2,8

0,033

0,5

6,8

0,042

0,6

3,9

0,034

0,6

4,3

0,038

0,7

2,5

0,030

Синтетическое масло при T=70°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,6

2,3

0,020

0,7

1,7

0,020

0,5

2,6

0,016

0,6

2,4

0,021

0,7

1,4

0,017

Минеральное масло

Минеральное масло при T=-8°C

Минеральное масло при T=0°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,5

97,0

0,589

0,7

45,3

0,540

0,6

69,4

0,606

0,9

29,1

0,572

0,5

100,7

0,611

0,5

92,8

0,563

0,6

69,6

0,608

0,6

62,9

0,550

0,7

50,1

0,596

0,7

47,6

0,566

Минеральное масло при T=11°C

Минеральное масло при T=23°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,8

19,7

0,306

0,8

9,6

0,149

0,8

20,4

0,317

0,6

14,2

0,124

0,8

21,0

0,326

0,7

9,5

0,112

0,6

36,6

0,320

0,6

15,6

0,136

0,7

26,2

0,312

0,8

8,2

0,128

Минеральное масло при T=40°C

Минеральное масло при T=55°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,8

4,7

0,073

0,9

1,9

0,037

0,7

7,1

0,084

0,8

2,4

0,037

0,9

3,5

0,069

0,3

16,2

0,035

0,6

8,9

0,078

0,7

3,0

0,036

0,7

6,1

0,072

0,6

4,0

0,035

Минеральное масло при T=70°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,4

8,8

0,034

0,7

2,6

0,031

0,5

5,4

0,032

0,6

4,0

0,035

0,7

2,4

0,029

Полусинтетическое масло

Полусинтетическое масло при T=-8°C

Полусинтетическое масло при T=0°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,7

60,2

0,719

0,4

95,8

0,374

0,4

178,0

0,694

0,7

30,0

0,358

0,8

44,7

0,697

0,5

62,9

0,383

0,8

45,3

0,707

0,7

31,5

0,376

0,6

79,7

0,699

0,9

18,5

0,366

Полусинтетическое масло при T=11°C

Полусинтетическое масло при T=23°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,7

23,7

0,283

0,6

12,6

0,111

0,7

24,2

0,289

0,8

9,2

0,144

0,9

11,2

0,221

0,6

9,4

0,082

0,8

17,2

0,268

0,7

9,2

0,110

0,6

29,6

0,260

0,7

9,5

0,114

Полусинтетическое масло при T=40°C

Полусинтетическое масло при T=55°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,5

19,3

0,117

0,6

5,4

0,047

0,4

18,3

0,071

0,8

2,6

0,041

0,6

12,4

0,108

0,6

6,6

0,058

0,8

6,8

0,106

0,7

3,5

0,042

0,7

7,8

0,093

0,8

3,5

0,055

Полусинтетическое масло при T=70°C

Диаметр шара (мм)

Время падения шара (с)

Вязкость масла (Па*с)

0,6

3,4

0,030

0,8

1,8

0,028

0,6

3,4

0,030

0,5

4,4

0,027

0,7

2,5

0,031

Средняя вязкость масел при различных температурах

Тип и марка масла

Средняя вязкость масла при
T=-8°C (Па*с)

Средняя вязкость масла при T=0°C (Па*с)

Средняя вязкость масла при T=11°C (Па*с)

Средняя вязкость масла при T=23°C (Па*с)

Средняя вязкость масла при T=40°C (Па*с)

Средняя вязкость масла при T=55°C (Па*с)

Средняя вязкость масла при T=70°C (Па*с)

Синтетическое
масло (Mobil super)
5W-30

0,319

0,272

0,134

0,065

0,040

0,032

0,019

Минеральное
масло (Лукойл)
10W-40

0,602

0,558

0,316

0,132

0,075

0,036

0,032

Полусинтетическое масло (Лукойл)
10W-40

0,703

0,371

0,264

0,112

0,099

0,049

0,029

Список литературы

1) Савельев И.В. Курс общей физики. Кн.3. Молекулярная физика и термодинамика. -- М.: Наука. Физматлит. 1998.

2) Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика. -- М.: Просвещение. 1979.

3) Механика. Методические указания по выполнению лабораторных работ. Ч.П / Под общей ред. А.В. Туркина. - М.:ФГОУ ВПО МГАУ, 2008.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Расчет кинематического коэффициента вязкости масла при разной температуре. Применение формулы Убеллоде для перехода от условий вязкости к кинематическому коэффициенту вязкости. Единицы измерения динамического и кинематического коэффициентов вязкости.

    лабораторная работа [404,7 K], добавлен 02.02.2022

  • Средства обеспечения единства измерений, исторические аспекты метрологии. Измерения механических величин. Определение вязкости, характеристика и внутреннее устройство приборов для ее измерения. Проведение контроля температуры и ее влияние на вязкость.

    курсовая работа [465,3 K], добавлен 12.12.2010

  • Сущность метода Стокса по определению коэффициента вязкости. Определение сил, действующих на шарик при его движении в жидкости. Оценка зависимости коэффициента внутреннего трения жидкостей от температуры. Изучение ламинарных и турбулентных течений.

    лабораторная работа [1001,4 K], добавлен 15.10.2010

  • Вязкость - свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого. Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса. Законы и соотношения, использованные при расчете формулы.

    лабораторная работа [531,3 K], добавлен 02.03.2013

  • Изучение особенностей капиллярного, вибрационного, ротационного и ультразвукового метода вискозиметрии. Метод падающего шарика вискозиметрии. Классификация вискозиметров. Вискозиметр Брукфильда - высокоточный прибор для поточного измерения вязкости сред.

    презентация [992,7 K], добавлен 20.05.2014

  • Определение вязкости биологических жидкостей. Метод Стокса (метод падающего шарика). Капиллярные методы, основанные на применении формулы Пуазейля. Основные достоинства ротационных методов. Условия перехода ламинарного течения жидкости в турбулентное.

    презентация [571,8 K], добавлен 06.04.2015

  • Силы и коэффициент внутреннего трения жидкости, использование формулы Ньютона. Описание динамики с помощью формулы Пуазейля. Уравнение Эйлера - одно из основных уравнений гидродинамики идеальной жидкости. Течение вязкой жидкости. Уравнение Навье-Стокса.

    курсовая работа [531,8 K], добавлен 24.12.2013

  • Причина возникновения сил вязкого трения в жидкостях. Движение твердого тела в жидкости. Определение вязкости жидкости по методу Стокса. Экспериментальная установка. Вязкость газов. Механизм возникновения внутреннего трения в газах.

    лабораторная работа [61,1 K], добавлен 19.07.2007

  • Экспериментальная проверка формулы Стокса и условий ее применимости. Измерение динамического коэффициента вязкости жидкости; число Рейнольдса. Определение сопротивления жидкости, текущей под действием внешних сил, и сопротивления движущемуся в ней телу.

    лабораторная работа [339,1 K], добавлен 29.11.2014

  • Определение вязкости глицерина и касторового масла, знакомство с методом Стокса. Виды движения твердого тела. Определение экспериментально величины углового ускорения, момента сил при фиксированных значениях момента инерции вращающейся системы установки.

    лабораторная работа [780,2 K], добавлен 30.01.2011

  • Исследование динамического поведения механической системы с использованием теорем и уравнений теоретической механики. Дифференциальное уравнение движения механической системы. Законы движения первого груза, скорость и ускорение в зависимости от времени.

    реферат [107,8 K], добавлен 27.07.2010

  • Измерение интенсивности излучения ниобата лития по времени при различных температурах. Основные функции и возможности прибора для нагревания кристаллов, собранного на базе ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ101, настройка прибора, инструкция по пользованию им.

    дипломная работа [2,4 M], добавлен 31.05.2014

  • Методы получения температуры между нулем и нормальной точкой кипения жидкого воздуха, ниже нормальной точки кипения. Определение влияния теплопроводности подводящих и пути его снижения. Теплопроводность различных сплавов при низких температурах.

    реферат [300,2 K], добавлен 28.09.2009

  • Графическое представление движения объектов, участвующих в соударении (абсолютно упругий и неупругий удары). Исследование движения шарика при различных вариантах поведения платформы с использованием программного обеспечения. Создание листинга программы.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.08.2012

  • Проведение экспериментального исследования по определению зависимости изменения сопротивления медного проводника от повышения температуры. Построение графической зависимости этих величин. Табличные значения термических коэффициентов других проводников.

    презентация [257,5 K], добавлен 18.09.2013

  • Понятие абсолютной, относительной влажности воздуха и влагоемкости. Давление водяного пара атмосферы при различных температурах. Краткая характеристика основных методов оценки влажности и температуры воздуха. Аспирационный и простой психрометры.

    лабораторная работа [331,0 K], добавлен 19.11.2011

  • Определение импульса, полной и кинетической энергии электрона. Расчет плотности и молярной массы смеси. Уравнение состояния Менделеева-Клапейрона, описывающее поведение идеального газа. Коэффициент внутреннего трения воздуха (динамической вязкости).

    контрольная работа [405,8 K], добавлен 22.07.2012

  • Исследование общей схемы овальных трехщелевых траловых досок и тралового лова. Анализ технических характеристик аэродинамической трубы AT-12. Изучение изменения коэффициентов лобового сопротивления и подъемной силы, в зависимости от различных углов атаки.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 15.12.2013

  • Физические свойства эритроцитов. Методы измерения деформируемости эритроцитов. Зависимость вязкости крови от скорости сдвига. Изменения дискоидной формы эритроцитов при его деформации, возникающей при различных напряжениях сдвига. Многократная деформация.

    курсовая работа [947,8 K], добавлен 16.06.2016

  • Определение кинематической вязкости нефти при расчетной температуре, производительности нефтепровода, толщины его стенки и трубы. Проведение проверки на прочность в продольном направлении, а также на отсутствие в нем недопустимых пластических деформаций.

    курсовая работа [526,0 K], добавлен 25.05.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.