Sıvıların Viskoziteleri

ÖZET

Sıvıların viskoziteleri deneyinde amaç su ve  toluenin viskozitelerinin  sıcaklıkla değişimini gözlemlemektir. Bunun için Ostwald  viskozimetresi kullanılmıştır.Fakat 4 çeşit  viskozimetremiz vardır.Deneyimizde 10’ar ml  su ve toluen kullanılarak  suyun ve toluenin 25°C , 35°C  ve 50°C  deki viskozimetreden akış süreleri ölçülmüştür ve viskoziteleri  hesaplanmıştır. Bu deneyimizde piknometre kullanarak yoğunluk hesabı yapılmamıştır.Değerler internetten bulunup işlemler gerçekleştirilmiştir.  Elde edilen verilere göre de lnη – 1/T grafiği çizilmiştir. Grafik artan bir grafiktir. Bu da sıcaklıkla viskozitenin ters orantılı olduğunu göstermektedir. Çünkü grafik 1/T ye göre çizilmiştir.

GİRİŞ

Bir akışkanın (sıvı veya gaz) viskozitesi, akışkan üzerine uygulanan kaydırma kuvvetinin karşılaştığı sürtünme direncinin bir ölçüsüdür. Bir akışkan bir yüzey üzerinden geçerek aktığı zaman, yüzeye hemen komşu olan akış tabakası durgun haldedir; yüzeyden itibaren birbirini izleyen tabakaların hızları giderek artar, yani yüzeye yakın tabakaların hızları düşük, yüzeyden uzak olan tabakaların hızları ise daha yüksektir.

Her birinin alanı A olan ve birbirlerinden dx kadar bir uzaklıkta bulunan paralel iki akışkan tabakası. Tabakalar arası hız farkı dv dir.

F=   ηA dv/dx

 

Orantı katsayısı η, “viskozite katsayısı” veya basitçe viskozite olarak bilinir.

SI birim sisteminde viskozitenin birimi pascal saniyedir. Çoğu sıvıların viskozitesi, artan sıcaklıkla azalır. Boşluk (hole) teorisine göre bir sıvı içerisinde boşluklar bulunmaktadır ve moleküller sürekli boşluklara doğru hareket ederler. Bu olay akışa izin verir, fakat bir molekülün bir boşluğa taşınması bir aktivasyon enerjisine ihtiyaç duyduğundan enerji gerektirir. Yüksek sıcaklıklarda aktivasyon enerjisi daha kolay temin edileceğinden sıcaklık yükseldikçe sıvı daha kolay akar. Viskozitenin sıcaklıkla değişimi aşağıdaki ifade ile gösterilir.

n=A.eEa/RT 

 

Buradaki Ea viskoz akışa ait aktivasyon enerjisidir.

 

Diğer yandan artan basınçla bir sıvının viskozitesi artar, çünkü basıncın arttırılması sıvı içerisindeki boşluk sayısını azaltır ve bunun sonucu moleküllerin hareketi zorlaşır.

Ostwald Viskozimetresi ile Viskozite Ölçümü

Yarıçapı r olan kılcal bir borudan t zamanında ve sahip P basıncı altında akan bir sıvının hacmi Poiseuille eşitliğine göre,

 V= ΔP Π (Rüzeri4) / 8η l

İki farklı sıvı için kılcal borunun uzunluğu, yarıçapı ve akan sıvı hacmi sabit olduğuna göre , bu sabitleri k ile gösterirsek

η = k.p.t

olarak yazabiliriz.

Viskozimetrede yoğunluğu d olan sıvıyı kapilerden aşağıya iten p basıncı

p = h.d.g

olur. Burada h ve g her bir sıvı içinde sabit olduğuna göre h = k.p. t eşitliğinde

p = h.d.g yi yerine yazıp eşitliği düzenlersek iki sıvı arasındaki viskozite katsayısı oranını elde ederiz.

η1/η2 = p1t1 /p2t2

Sıvıların viskozitesi ile sıcaklık arasında

1/η= A.e-E/RT                                 -ln η = -   + ln A

bağıntısı vardır.

ln η ile 1/T arasında çizilen grafiğin eğimi ile Ea değeri hesaplanır. Bulunan Ea değeri

1/η = A.eEa/RT

eşitliğinde yerine konulara viskozite katsayısı bulunur.

DENEYSEL

Su için;

Viskozimetre içerisine  25°C sıcaklığında 10 ml saf su konulur. Puar yardımıyla üst çizgiye kadar çekilir. Amaç,üst çizgi ile alt çizgi arasındaki geçiş süresini hesaplamaktır. Üst çizgiye kadar çekildikten sonra puar çıkarılır ve su alt çizgiye gelene kadar  kronometre ile suyun akış süresi ölçülür. Aynı işlem 35°C ve 50°C için de yapılır ve akış süresi ölçülür.

Toluen için;

Viskozimetre içerisine  25°C sıcaklığında 10 ml toluen  konulur. Puar yardımıyla toluen üst çizgiye kadar çekilir ve alt çizgiye gelene kadar  kronometre ile toluenin  akış süresi ölçülür. Aynı işlem 35°C ve 50°C için de yapılır ve akış süresi ölçülür.

HESAPLAMALAR

SU için;

Sıcaklık 1/T (Kelvin) ηsu ln ηsu dsu (yoğunluk) tsu  (zaman)
25°C

298 K

0,003355 0,8904*10-3 poise -7,0238 0,99748 gr/ml 204 sn
35°C

308 K

0,003246 0,7194*10-3 poise -7,2370 0,99406 gr/ml 188 sn
50°C

323 K

0,003095 0,5468*10-3 poise -7,5114 0,98997 gr/ml 170 sn

 

 

Toluen

 

Sıcaklık 25°C 35°C 50°C
t (zaman) 152 sn 146 sn 143 sn

 

25°C için toluenin viskozite katsayısı;

 

η1 / η 2 = d1 t1 / d2t2         0,8904.10(-3) / η 2 = 0,997048 X 204 /0,862X152

η 2 =0,384.10(-3) poise

bu işlemler 35°C ve 50 °C   için tekrarlanır.

TOLUEN için;

 

Sıcaklık 1/T (Kelvin) ηtoluen ln ηtoluen dtoluen (yoğunluk) ttoluen  (zaman)
25°C

298 K

0,003355 0,384x poise -7,8648 0,862 gr/ml 152 sn
35°C

308 K

 

0,003246 0,479*10-3 poise

 

-7,6438 0,854 gr/ml 146 sn
50°C

323 K

0,003095 0,389*10-3 poise -7,8519 0,840 gr/ml 143 sn

 

TARTIŞMA

 

Sıvıların viskoziteleri deneyinde amaç, viskozimetre kullanarak suyun ve toluenin vizkozitelerini hesaplamaktır. suyun viskozite katsayılarının sıcaklıkla değişimi tablosundan yola çıkarak  toluenin 25°C, 35°C ve 50°C ‘deki viskozite katsayısını hesaplandı. Suyun ve toluenin viskozite katsayıları (η) ,  lnη  şekline dönüştürüldü. Verilere göre hem su için hem de toluen için  ln η – 1/T grafiği çizildi. Çizilen grafikler artandır; çünkü 1/T’ye göre çizilmiştir. Grafiklere göre, sıcaklık arttıkça , viskozite azalmış, ln η artmıştır. Buradan yola çıkarak sıcaklık arttıkça sıvıların viskozitesinin azaldığı sonucuna varılır.

Su için çizilen grafikten yola çıkarak  değerler hesaplandı. Çizilen grafiğin eğimi  ‘ye eşittir. R değeri 8,314 j olarak alındı ve Ea değeri hesaplandı. Bu değerler ,

-ln η  = -   + ln A  formülde yerine koyularak A değeri hesaplandı. Toluen için çizilen grafikte sapmalar görüldü.Çizilen grafikte bulunan verileri gösteren noktaların doğru üzerinde olmaması deneysel hataların oluştuğunu göstermektedir. Bu hatalar, zamanın doğru tutulmamış olması, sıcaklığın belirtilen değerde bulunmaması olabilir.

Normalde yapacağımız  deneyde 5 farklı sıcaklık  değeri  için hesaplama yapılması söylenmektedir.Fakat biz 3 sıcaklık değerinde işlemlerimizi yaptık.Eğer 5 farklı sıcaklık değerinde yapmış olsaydık verilerimiz bize daha net sonuçlar verebilirdi.Biz bu deneyimizde piknometre yardımıyla yoğunluk hesabı yapmadık.Internetten bulduğumuz toluenin yoğunluklarının yardımıyla hesapladık.Bundan kaynaklanan sonuçlardaki farklılıklar olabilir.Deneyimizde viskozimetre çeşitlerini gördük bunlardan Ostwald Viskozimetresini kullandık.Deneyimizdeki bazı hatalar saniyelerin tam olarak ayarlanamamasıdır.Fakat genel olarak sıcaklıkla viskozite arasında bazı bağıntılar elde edebildik.Bu bağıntıdan A değerini hesapladık.Genel olarak deney anlaşılmıştır.Güzel bir şekilde gerçekleşmiştir.Dikkat edilmesi gereken nokta zamanın düzgün olarak bulunmasıdır.Ve sıcaklıkların istenilen değere gelmesidir.2 önemli noktamız vardır bu deney için.

SONUÇ

 

Deneyde Ostwald viskozimetresi kullanılmıştır. Bu viskozimetrede iki çizgi bulunur. Madde üst çizgiye kadar puar yardımıyla çekilir, ikinci çizgiye kadar akış süresi belirlenir. Bu süreden yola çıkarak maddenin viskozite katsayısı hesaplanabilir.

25°C, 35°C ve 50°C de su ve toluen için 3 ayrı deney yapılmıştır ve bu deneylerle sıvıların Ostwald viskozimetresinden akış süresi ölçülmüştür. Ölçümler sonucunda  formüller kullanılarak yapılan işlemlerle A=1126,758 Ea = 8,3106 j olarak bulunmuştur. Bu değerlerle sıvıların viskozite katsayıları hesaplanmıştır. Elde edilen verilere göre su ve toluen için lnη – 1/T grafiği çizilmiştir. Grafiğe göre; sıcaklık arttıkça viskozite azalmıştır. Yani sonuç olarak  sıcaklıkla viskozite ters orantılıdır, biri arttıkça diğeri azalır.

 

 

 

Sıvıların Viskoziteleri” üzerine 2 düşünce

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*

Şu HTML etiketlerini ve özelliklerini kullanabilirsiniz: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>