[실험보고서] 액체의 점도 측정 - Connon-Fanske viscometar의 사용법과 시료 Methanol을 이용하여 점도 측정방법을 숙달하며, Poiseuille의 법칙의 계산법을 이해와 숙지한다

목차

-액체의 점도 측정-


1. 목적

2. 이론
▶ 점도
▶ 점도의 설명
▶ Poiseuille의 법칙
▶ 뉴턴 액체 / 비뉴턴 액체
▶ 점도의 단위 및 단위 환산
▶ 메탄올(Methanol)
- 점도계의 특징 -
▶ 점도계의 종류
▶ 캐넌 펜스케 점도계(Connon-Fanske viscometer)
▶ 역류형 캐넌 펜스케 점도계
▶ 우벨로데 점도계
▶ 레드우드 점도계

3. 기구 및 시약/실험방법
실험방법

4. 결과 및 고찰
- 고 찰 -
-회전식 점도계-
▶ 원리
▶ 회전식 점도계의 종류
- 결 과 -
액체의 점도측정 계산

본문내용

맞으며 측정 온도에 있어서, 측정하려는 액체의 50 cc 가 흘러 나오는 시간을 측정하여 이 시간을 점도로 하는 것으로, 흘러나오는 시간이 30~2000 초 사이의 액체를 측정할 때 사용한다.
기구 및 시약/실험방법
실험기구
Connon-fanske viscometar
메스실린더
피펫/피펫필러
온도계
초시계
항온조
실험방법
모든 기구를 깨끗이 세척하여 110℃에서 조정된 건조기에서 건조한다.
시료로서 methanol 20, 40, 60 ,80, 100% 수용액을 준비한다.(60% 수용액)
항온조를 일정한 온도로 조정하고 이안에 점도계를 스탠드에 세워서 고정한다.
피펫으로 일정한 체적의 증류수를 취하여 점도계 안에 넣고 약 10분간 방치한다.
점도계의 좁은 부분으로 액체(증류수)를 빨아올려 액면의 높이를 윗부분이 표션 위 까지 채운다. 이때 액체가 점도계 밖으로 나오지 않도록 한다.
증류수를 자연히 흘러내리게 하고 액면이 두 개의 눈금(표선)사이를 통과 소요되는 시간을 초시계로 3회 이상 반복 측정하여 평균치를 얻는다.
이상의 과정을 준비한 시료에 대하여 행하고 각각의 흘러내리는 시간을 구한다.
이 온도에서 증류수의 점성률을 Hand book에서 찾고 주어진 식에 의하여 각각시료의 점도를 구하여 그래프로 나타낸다.
결과 및 고찰
- 고 찰 -
좀 더 정확한 점도를 측정하려면?
디지털식 회전식 점도계를 이용하면 좀 더 정확한 측정이 가능하다.
-회전식 점도계-
원리
원반형태의 로터(회전자)를 시료안에 넣어 모터를 이용해 일정한 속도로 회전시킨다. 로터는 시료의 점성에 의하여 회전에 방해를 받는데 정상상태에 도달하면 점성에 의한 회전 토크와 스프링의 변형에 의한 회전 토크가 밸런스되어 스프링의 비틀림각이 시료의 점도에 비례한다. 회전속도는 거의 전단속도에 대응하므로 이것을 변경함으로써 비뉴턴 액체에서의 외견상 점도의 측정이 가능하다.
단일 원통형 회전점도계 같은 경우에는 전단속도를 확정할 수 없는데 그 이유는 고정되있는 평판의 위치가 불명하기 때문이다. 하지만 구조가 단순하여 취급이 용이하기 때문에 많이 사용된다. 그 외의 회전식 점도계는 공축 2중 원통형 회전점도계, 원추-평판형 회전점도계가 있다.
회전식 점도계의 종류
단일 원통형 회전점도계: 단일 원통형 회전점도계 같은 경우에는 전단속도를 확정할 수 없는데 그 이유는 고정되있는 평판의 위치가 불명하기 때문이다. 하지만 구조가 단순하여 취급이 용이하기 때문에 많이 사용된다. 그 외의 회전식 점도계는 공축 2중 원통형 회전점도계, 원추-평판형 회전점도계가 있다.
공축 2중 원통형 회전점도계: 동일 중심축을 가진 외통과 내통의 극간에 충전한 시료를 층류상태로 회전 유동시키는 방식이다. 여기에는 외통 정속방식, 내통 정식방식, 정토크 방식의 3종류가 있다.
원추-평판형 회전점도계: 평판과 원추형 로터 사이에 시표를 놓는다. 원추를 회전시켜 원추의 회전 축에 발생한 토크를 검출하는 방식이다. 이 점도계의 특징은 원리적으로 전단속도가 일정하게 된다는 것이다.
-단일 원통형 회전 점도계- -공축 2중 원통형 회전점도계-
-원추-평판형 회전 점도계-
또한 디지털식 회전식 점도계에는 아래의 사진과 같이 온도를 일정하게 유지시켜주는 시스템이 달려져있기 때문에 시료의 온도를 좀 더 정확하게 하여 점도를 좀도 정확하게 측정할 수 있다.
20℃ 온도에서 methanol농도 변화에 의한 점도 변화 그래프
methanol 60% 수용액의 온도 변화에 의한 점도 변화 그래프
- 결 과 -
액체의 점도측정 계산
Poiseuille의 법칙 V = 이 성립한다.
이들 관계로부터 가 성립하므로, 식을 이용하여 다른 액체의 점도를 계산 할 수 있다.
20oC 물의 점도: 1.0020(cp)
20oC 물의 밀도: 0.99821(g/ml)
Canon-Fenske점도계로 측정한 물의 흐름시간: 21.965(s)
비중병의 부피: 10.2254(ml)
20 메탄올 수용액(%)
메탄올 수용액의 농도에 따른 질량(g)
메탄올 수용액의 농도에 따른 밀도(g/ml)
20
9.9740
0.9754
40
9.6904
0.9477
60
9.3119
0.9107
80
8.8572
0.8662
100
8.1436
0.7964
60%메탄올 수용액의
온도()
60%메탄올 수용액의 온도에 따른 질량(g)
60%메탄올 수용액의 온도에 따른 밀도(g/ml)
20
9.3136
0.9108
30
9.2913
0.9086
40
9.2721
0.9068
50
9.1943
0.8992
60
9.1452
0.8944
식을 이용한 20℃ 메탄올의 농도에 따른 점도
메탄올의
농도(%)
메탄올의
밀도()
메탄올의
흐름시간(s)
계산식
점도(cp)
20
0.9754
28.92
1.00200.975428.92 =
0.9982121.965
1.2891
40
0.9477
37.48
1.00200.947737.48 =
0.9982121.965
1.6232
60
0.9107
34.85
1.00200.910734.85 =
0.9982121.965
1.4504
80
0.8662
29.395
1.00200.866229.395 =
0.9982121.965
1.1636
100
0.7964
19.49
1.00200.796419.49 =
0.9982121.965
0.7093
식을 이용한 60%메탄올의 온도에 따른 점도
60%
메탄올의
온도(oC)
60%
메탄올의온도별
밀도()
60%
메탄올의
온도별
흐름시간(s)
계산식
점도(cp)
20
0.9108
34.85
1.00200.910834.85 =
0.9982121.965
1.4506
30
0.9086
29.595
1.00200.908629.595 =
0.9982121.965
1.2289
40
0.9068
25.385
1.00200.906825.385 =
0.9982121.965
1.0520
50
0.8992
22.175
1.00200.899222.175 =
0.9982121.965
0.9112
60
0.8944
19.615
1.00200.894419.615 =
0.9982121.965
0.8017
- methanol 60% 수용액의 온도 변화에 의한 점도 변화 그래프 -

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