Anleitung Medizinerpraktikum - Universität Bonn

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2 Messung der Zähigkeit von Flüssigkeiten offenes Rohr Ventil Thermometer Unterdruck h 3 Äußerer Luftdruck h 2 h h 1 Mariottesche Flasche mit Wasser l Messzylinder Kapillare (Innendurchmesser d=2r ) Abbildung 2.1: Kapillarviskosimeter: a) schematischer Aufbau; b) Foto Die Druckdifferenz ∆p wird gemäß der Gleichung ∆p = ϱ · g · ∆h durch Messung der Höhe des Wasserspiegels in den Steigrohren bestimmt. Hierbei kann ohne nennenswerten Fehler für die Dichte ϱ von Wasser der Wert 1 g/cm 3 verwandt werden. Aus der Wertetabelle werden dann die gewonnenen Größen ∆V , ∆t und ∆h in die Messbeziehung eingesetzt. Um die Rechenarbeit zu verringern empfiehlt es sich, die konstanten Größen der Messbeziehung vorher zu einer Größe zusammen zu fassen: 18
2.2 Bestimmung der Viskosität mittels eines Kugelfallviskosimeters η = π 8 · r4 · ϱ · g · } {{ l } konstante Größen ∆t · ∆h . } ∆V {{ } Messgrößen Bei der Berechnung von η ist auf die korrekte Umrechnung der Einheiten (im SI-Einheitensystem) zu achten. Während der Versuchsdurchführung sorgen die in der Mariotteschen Flasche aufsteigenden Luftblasen für andauernde kleine Druckschwankungen, die man an den Steigrohren beobachten kann. Diese Druckschwankungen sind durch geeignete Einstellung des Hahns während der Messung möglichst klein zu halten. Außerdem ist zu beachten, dass der Messvorgang erst dann begonnen wird, wenn nach dem Öffnen des Hahns der Einschwingvorgang mit seinen stärkeren Druckschwankungen nach einigen Sekunden abgeklungen ist. Start und Ende einer jeden Messung soll also nicht durch Öffnen und Schließen des Hahns erfolgen, sondern durch Hinstellen bzw. Wegziehen des Messzylinders. Der statistische Fehler der Viskosität ist aus der Standardabweichung der 5 gemessenen Werte zu berechnen. 2.2 Bestimmung der Viskosität mittels eines Kugelfallviskosimeters Die Viskosität einer Flüssigkeit soll aus der Sinkgeschwindigkeit einer Kugel in einem Fallrohr bestimmt werden. Zu Beginn des Sinkvorgangs der Kugel wirkt die um den Auftrieb verminderte Gewichtskraft F G − F A stärker als die bremsende Reibungskraft F R ; infolgedessen wird die Kugel beschleunigt. Dadurch nimmt aber F R zu, weil die Geschwindigkeit zunimmt. Die Kugel wird also gegen die beschleunigende effektive Gewichtskraft F G − F A abgebremst. Im Endeffekt bildet sich so ein Gleichgewichtszustand zwischen beschleunigender und bremsender Kraft aus. Es ergibt sich (vgl. Abb. 2.2): F G − F A − F R = 0 (2.2) mit F A = ϱV · g . Nach dem ersten Newtonschen Axiom heißt dies, dass die Kugel sich mit konstanter Fallgeschwindigkeit bewegt. Für F R gilt bei einer laminaren Strömung um die Kugel das Stokessche Gesetz: F R = 6π rηv . (2.3) 19
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