액체의 점도 측정

목차

1. 서 론

2. 이 론
물리화학 이론 및 원리
역사적 배경

3. 실 험
실험장치
실험절차
다른실험방법

본문내용

00%가 되도록 CH3OH/H2O 혼합물 11개 시료를 각각 50ml씩 만드 시오. 각 시료의 밀도를 비중병을 사용하여 측정하거나 시간이 없으면 CRC 핸드북을 찾아 보시오.
- 순환 항온조를 켜고 온도를 20℃로 맞추시오.
- 점도계를 준비하여 첫 번째 시료를 채우시오. 본 실험에는 공번호 1번을 사용하시오.
- 초시계를 사용하여 공이 점도계의 위표시부분과 아래표시부분을 통과하는 시간을 측정 하시오.
- 같은 절차로 나머지 시료에 대한 통과시간을 측정하시오.
3. 온도변화에 따른 물과 메탄올의 점도 측정
- 본 실험에서도 공번호 1번을 사용하시오
- 점도계 관에 순수한 물을 채우고 20℃에서 50℃에 걸쳐서, 6개의 다른 온도에서 공이 낙하하는 시간을 측정하시오.
- 같은 절차로 순수한 메탄올에서 공이 낙하하는 시간을 측정하시오.
다른 실험 방법
Ostwald 점도계
<그림c>에서 일정한 부피(표지 x와 t 사이에 들어있는 부피)를 가진 액체가 중력의 영향을 받아 길이와 반지름이 알려진 모세관을 통해 흘러내리는데 소요되는 시간을 측정하는 것이다.
액체1(밀도 d1, 점성률 μ1), 액체2(d2, μ2)가 같은 형태의 모세관(길이 l cm, 내경 r cm; 실제는 같은 점도계 사용)내를 동체적(V)이 통과하는데 시간 t1 및 t2 초 소요하고 관 양단의 액체1, 액체2의 압력을 dp1, dp2라고 하면 Posiseuille의 법칙에서
<식a>
<식a> 및 같은 이의 액주에 의한 압력은 액의 밀도에 비례() 한다는 관계로부터 다음과 같은 식이 성립된다.
<식b>
<식b>에서 2종류의 액체의 밀도 및 같은 Ostwald 점도계를 써서 일정한 체적을 흘렸을 때의 각 시간을 측정하면 비점도를 알 수 있고, 한쪽 액체의 점성률을 이미 알면 다른 액체의 점성률을 계산에 의해 구할 수 있다.
만일 물질2가 기준 액체라면 임의로 μ2의 값을 1로 잡는다. 그럼 다음 <식b>에 밀도와 흐름 시간을 대입하여 μ1을 구한다. 또한 <식b>를 사용하여 주어진 온도에서의 물의 점도를 25℃의 물의 점도를 곱해 절대 점도를 계산 할 수 있다.
방법
① 시료로서 에탄올 20, 40, 60, 80%의 각 수용액 및 순에탄올을 준비한다.
② 항온조를 일정한 온도로 조절하고, 이 안에 Ostwald 점도계를 스탠드에 세워서 넣어 고정한다.
③ 피펫으로 일정한 체적의 증류수를 취하여, 점도계 안에 넣고(그림 c에서 관구 C로 넣는다) 약 10분간 방치한다.
④ 관구 A에서 B 내의 증류스를 빨아 올려 액면의 높이를 눈금 x 위로 오게 한다.
⑤ 증류수를 자연히 흘러내리게 하고 액면이 두 개의 눈금 x, y 사이를 통과하는 데 요하는 시간을 초시계롤 측정한다. 3회 이상 반복하여 평균치를 취한다.
⑥ 이상의 과정을 각 시료에 대해서 행하고 각각의 흘러내리는 시간을 구한다.
⑦ 각 시료의 밀도와 이 온도에서의 물의 점성률을 구해서 각 시료의 점성률을 구한다.
Brookfield 점도계
이 측정법은 주로 비뉴튼 유동적 점성액체의 점도를 측정하는 방법으로 점성액 중의 일정한 각 속도로 회전하는 스핀들(spindle)에 움직이는 액의 점성 저항을 검출하여 점도로 환산한다. 스핀들의 종류 및 회전수는 가변이므로 시료액체에 적합한 것을 선택하며 점도의 단위로써 centioise(cPs)을 쓴다.
방법
① 그림 e 의 Brookfield 점도계 측정 부위에 보인 바와 같이 스핀들 E 와 F를 부착하고 회전 조절기 A에 회전수를 설정한다.
② 시료를 넣은 용기중에 스핀들 E를 가만히 넣어 시료의 액면을 액침적 표시 D에 일치시킨다.
③ 스위치를 넣어 E를 회전시키면 지침 B는 0에서 움직이기 시작한다.
④ B가 안정하거나 또는 일정 시간 경과한 후 회전을 끝내고 B가 나타낸 눈금 C를 읽는다.
기체 점성도 장치
기체가 유선형 흐름에 의하여 관을 통과하게 될 때 서로 스쳐가는 층과 층사이의 거리가 평균 자유 행로이다. 이 거리는 분자간 힘이 점성도에 영향을 주기에는 너무 크다. 기체에 있어서 흐름에 대한 저항(액체에 있어서는 주로 분자간 인력과 분자들의 자리 바꿈에 기인됨)은 주로 속도가 빠른 층으로부터 속도가 느린 층으로 운동량이 전이되는 것에 기인한다. 기체의 점성도는 절대 온도의 제곱근에 비례하여 증가한다. 실제 기체에 있어서 점성도의 증가는 좀더 빠르다. 반면에 액체의 점성도는 온도에 따라 감소한다. 이상기체의 경우에는 분자 운동론에 의해서 다음과 같이 나타난다.
<식c>
여기서, N0 = 아보가드로의 수
R = 기체상수
M = 분자량
σ= 충돌 반지름
l =평균 자유 행로
V = 평균 속도
ρ= 밀도
T = 절대 온도
<식c>에 나타나 있는 것과 같이 이상기체에서는 점성도가 압력과 무관하다. 실제 기체에서는 충돌 분자 사이의 힘들이 압력으로 인한 점도 변화의 원인이 되고 어느 정도는 온도 점성도의 관계에 영향을 미친다. 실험자료와 완전히 일치하는 이론적인 식은 아직까지 없으며 기체 점성도는 저항에 의해서 측정되고(액체에서의 회전법과 유사) 또한 통기 포화법에 의해서 측정된다(Poiseuille법과 유사). 점성도 저항법에서는 실린더, 디스크 또는 구형인 두 물체가 기체 속에서 아주 서로 가깝게 자리잡고 있다. 하나의 물체가 회전 또는 진동하면 기체를 휘젓게 되고 반사적으로 다른 이웃의 물체로 회전 또는 진동의 비를 측정하므로써 얻어진다. 통기 포화법에서는 일정 압력하에서 모세관을 통하여 기체가 흐르게 될 때에 시간과 부피를 측정하거나, 용기 속이 모세관을 통하여 진공되어 갈 때에 시간과 압력을 측정한다. 통기 포화법에서 절대 점성도 값을 결정하기 위해서는 장치의 크기를 우의 깊게 측정하여야 한다. 이러한 번잡을 피하기 위해서 점성도를 표준 기체의 것과 비교하여 측정한다.
방법
① 장치를 연결하고 코일을 항온조에 넣은 후에 계의 내부를 진공으로 만든다.
② 밸브를 잠그고 계의 내부는 대기를 이용하여 대기 압력 정도가 되도록 채운다.
③압력계의 압력이 떨어짐에 따라서 20분 동안 0.5㎏/㎠ 간격으로 또는 분당 0.1㎏/㎠ 정도로 압력이 떨어질 때까지 시간과 압력을 기록한다.

키워드

액체의 점도 측정,   액체의 점도,   물리화학 실험,   액체,   점도,   유경미