Карта урока по МДК 01.01 "Разработка нефтяных и газовых месторождений" для специальности 21.02.01 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

содержание занятия

Лабораторная работа 1

«Определение свойств жидкости опытным путем» .

Цель: освоение техники измерения плотности, теплового расширения,

вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.

Задачи: определить коэффициент теплового расширения жидкости;

измерить плотность жидкости ареометром; определить вязкость воды виско-

зиметром Стокса; измерить вязкость капиллярным вискозиметром; измерить

поверхностное натяжение сталагмометром.

Краткие теоретические сведения

Жидкостью называют малосжимаемое тело, изменяющее свою форму под

действием весьма малых сил. Основные характеристики жидкости – плотность,

сжимаемость, тепловое расширение, вязкость и поверхностное натяжение.

Плотность – отношение массы m жидкости к её объему:

ρ=m/W.

Сжимаемость – свойство жидкости уменьшать объем под действием дав-

ления. Она оценивается коэффициентом сжимаемости P β показывающим относительное уменьшение объема жидкости W при повышении давления р на единицу

β _P = (ΔW/W) Δ p .

Тепловое расширение – свойство жидкости изменять объем при нагревании – характеризуется коэффициентом теплового расширения T β , равным относительному приращению объема W с изменением температуры T на

один градус при постоянном давлении

β _T = (ΔW/ W)ΔT .

Как правило, при нагревании объем жидкости увеличивается.

Вязкость – свойство жидкости сопротивляться относительному сколь-

жению ее слоев. Ее оценивают динамическим коэффициентом вязкости μ ,

который измеряется в Паскаль-секундах (Па · с) и равен касательному на

пряжению между соседними слоями, если их относительная скорость перемещения численно совпадает с толщиной слоя. Кинематический коэффициент вязкости ν определяют из формулы

ν = μ / p

и измеряют квадратными метрами на секунду (м2/с) или стоксами (1 Ст =

1 см2/с). Эти коэффициенты определяются видом жидкости, не зависят от

скорости течения, существенно уменьшаются с возрастанием температуры.

Поверхностное натяжение – свойство жидкости образовывать поверх-

ностный слой взаимно притягивающихся молекул – характеризуется коэф-

фициентом поверхностного натяжения σ , равным силе на единице длины

контура свободной поверхности. Значения ρ, β ,β ,ν P T и при 20 °С указаны

в табл. 1._

Описание устройства

Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит пять

приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (см. рисунок), на кото-

ром указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3–5 начи-

нают действовать при перевертывании устройства. Термометр 1 показывает

температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей

во всех устройствах.

Порядок выполнения работы

1. Измерение плотности жидкости ареометром

Ареометр 1 служит для определения плотности жидкости поплавковым методом. Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой

шкалой и грузом в нижней части. Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована сразу по плотности.

В ходе работы выполнить следующие операции:

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле

ρ = 4m/(πd 2h),

где m – масса ареометра; d – диаметр ареометра.

Эта формула получена путем приравнивания силы тяжести ареометра

G = mg

и выталкивающей (архимедовой) силы

P gW A = ρ ,

где объем пофуженной части ареометра:

W = (πd 2 / 4)h .

3. Сравнить опытное значение плотности ρ со справочным значением

ρ* (табл. 1). Значения используемых величин свести в табл. 2.

Таблица 2

Таблица 1

2. Измерение вязкости капиллярным вискозиметром

Капиллярный вискозиметр 4 включает емкость с капилляром. Вязкость

определяется по времени истечения жидкости из емкости через капилляр.

1. Перевернуть устройство в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S ) из емкости вискозиметра 4 и температуру Т по тер-

мометру 1.

2. Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости

ν = Mt ,

где М – постоянная прибора.

Сравнить полученное значение с табличным ν* (табл. 1). Данные све-

сти в табл. 5.

3. Измерение поверхностного натяжения сталагмометром

Сталагмометр служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит емкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести), и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении емкости с заданным объемом.

1. Перевернуть устройство и подсчитать число капель, полученных в

сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повто-

рить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель n .

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения:

σ = Kρ / n ,

где К – постоянная сталагмометра.

Сравнить полученное значение с табличным σ* (табл. 1). Данные све-

сти в табл. 3.

Таблица 6

Контрольные вопросы

1. Дайте определение расширения жидкости и назовите величину, характеризующую это свойство.

2. Изменяется ли плотность жидкости при изменении ее температуры.

4. Дайте определение понятия вязкость жидкости.

5. Назовите величину, которой оценивается вязкость жидкости.

6. Дайте определение понятия поверхностное натяжение жидкости.

7. Назовите единицы измерения теплового расширения, вязкости,

плотности и поверхностного натяжения жидкости.

8. Укажите свойства жидкости, измеряемые термометром, ареометром,

вискозиметром, сталагмометром