Способы измерения вязкости

Жидкости, содержащиеся в организме подразделяют на внутриклеточные и вне клеточные. Все жидкости, входящие в состав тканей организма человека, обладают вязкостью, величина которой варьируется в определенных интервалах как в норме, так и в патологии.

Вязкость биологических систем определяется главным образом структурной ее частью. Так, например, вязкость содержимого клетки-цитоплазмы обусловлена структурой входящих в ее состав биополимеров и является аномальной. Вязкость цитоплазмы колеблется в пределах от 2 до 50 сП и зависит от периодов клеточного цикла. Кроме того, вязкость в разных частях клетки различна. Вязкость протоплазмы является важным физико-химическим показателем функционального состояния: при возбуждении и повреждении вязкость протоплазмы увеличивается, а при глубоком наркозе уменьшается.

Особую группу составляют методы измерения вязкости жидкостей в малых объемах среды. Они основываются на наблюдении броуновского движения и диффузии частиц. Методы измерения вязкости в биологии и медицине чаще всего относятся к методам измерения вязкости в малых объемах среды.

Широкий диапазон величин вязкости и условий их измерений обуславливает большое разнообразие методов и конструкций приборов для измерения вязкости. Наиболее употребительными являются следующие приборы для измерения вязкости:

1. Капиллярные вискозиметры, основанные на законе Пуазейля

2. Вискозиметры, основанные на законе Стокса.

3. Ротационные вискозиметры, основанные на законе Ньютона

4. Капиллярный вискозиметр Гесса, предназначенный для сравнения вязкости крови с вязкостью воды.

 

I. МЕТОД КАПИЛЛЯРНЫХ ТРУБОК (капиллярного вискозиметра) применяется для измерения h невязких жидкостей. Широко используется в медицине, в частности для измерения вязкости крови. Метод основан на формуле Пуазейля. Капиллярный вискозиметр состоит из градуированной бюретки и присоединенного к ней вертикально расположенного стеклянного капилляра. Бюретку наполняют исследуемой жидкостью, которая под действием силы тяжести медленно вытекает из нижнего конца капилляра. Однако с понижением уровня жидкости в бюретке и, соответственно с уменьшением разности давлений на концах капилляра DР = Р₁ – Р₂, скорость истечения жидкости постепенно уменьшается. Поэтому непосредственно использование формулы Пуазейля для определения вязкости жидкости не представляется возможным: необходим учет изменения разности давлений на концах капилляра в процессе понижения уровня жидкости в бюретке. Для того чтобы исключить градиент давления – переменной величины, изменяющейся от слоя к слою по мере истечения жидкости, используют метод сравнения, то есть сравнивают коэффициент вязкости исследуемой жидкости с коэффициентом вязкости эталонной (например, дистиллированной водой). Для этого через капилляр пропускают одинаковые объемы исследуемой и эталонной жидкостей.

Схема установки

 

Прибор для определения вязкости жидкостей состоит из:

1 – градуированная бюретка

2 – капилляр

3 – воронка

4 – сосуд для вытекающей жидкости

На практике измеряют время истечения жидкости между метками. Вывод расчетной формулы для определения h_х :

V_o – объем эталонной жидкости

V_x – объем исследуемой жидкости

 

V_o = V_x

 

где

 

где h_о – коэффициент вязкости дистиллированной воды

r_о - плотность воды при температуре опыта

t_o – время истечения указанного объема воды

t_x - время истечения исследуемой жидкости

r_х – плотность исследуемой жидкости

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. До начала работы промывают дистиллированной водой стеклянную аппаратуру: бюретку, капилляр, воронку.

 

2. Наполняют бюретку дистиллированной водой на несколько сантиметров выше уровня h₁, после чего с помощью секундомера определяют время истечения t_o объема V воды (например, 20 см³) от начального h₁ до конечного уровня h₂. Измерения выполняют три раза и из найденных значений находят их среднее арифметическое.

 

3. Подобные измерения выполняют с растворами постепенно возрастающих концентраций С₁, С₂, С₃, предварительно перед каждым измерением промывая бюретку исследуемой жидкостью.

 

4. По окончании измерений промывают аппаратуру дистиллированной водой.

 

5. По рабочей формуле вычисляют величину коэффициента вязкости исследуемых растворов, относительную и абсолютную погрешности для какого-либо одного измерения.

 

6. Результаты измерений представляют в виде графика зависимости коэффициента вязкости h для водных растворов глицерина от их концентрации

h = f(C).

 

 

Таблица результатов измерений времени истечения дистиллированной воды

 

 

№ п/п					При
Размерность	c	c	c	c	г/см3	сП
1.
2.
3.

 

 

Плотность водных растворов глицерина

* Справочные данные

Концентрация с %	10%	20%	30%	40%
Плотность ρ г/см	1,02	1,04	1,06	1,08

Таблица результатов измерений η для растворов глицерина различных

концентраций

 

Раствор №1

 

№ п/п								ε
Размерность	с	с	с	с	г/см3	сП	сП	%	сП
1.
2.
3.

 

 

Раствор №2

 

№ п/п								ε
Размерность	с	с	с	с	г/см3	сП	сП	%	сП