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점도 측정 실험
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이공계실험 | 물리화학실험 | 점도측정 – Ostwald 점도계 | 의약품연구 | IT
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물리화학실험 | 점도측정 – Ostwald 점도계
TIP 1. Ostwald 점도계법을 사용하여 액체의 점도 결정
2. 점도에 미치는 온도의 영향을 규명
점성도 (viscosity), 점도
유체의 한 층이 다른 층을 지나 이동할 때 겪는 저항이다. 즉, 한 종의 액체가 다른 층의 액체를 지날 때 겪는 저항이다.
보통의 경우 유동성이 큰 액체인 물은 유동성이 작은 액체인 타르보다 점도가 작다고 한다. 액체가 고체의 관을 흘러갈 때 관 표면에 접해서 이동하는 액체의 경우 정지해 있다고 볼 수 있다. 이때 난류나 소용돌이 흐름이 발생하지 않는 흐름을 층류라 하며 일정 방향의 벡터를 가진다. 점도는 층류에서 발생된다. 이러한 층류에서 유체의 흐름을 방해하려고 하는 성질이다. 더 정확히 말하자면, 액체 한 층이 다른 층을 지나 이동할 때 겪는 저항을 점성도라고 한다.
단위 : η 희랍 문자(eta)
Ostwald( 오스트발트 ) 점성도계
이 기구를 가지고 점성도를 측정하는 방법의 요체는 일정한 부피(아래그림 a와 b사이에 들어있는 부피)를 가진 액체가 중력의 영향을 받아 길이와 반지름이 알려진 모세관을 통해 흘러 내리는 데 소요되는 시간을 측정한다.
Poiseuille는 이론적으로 오스트발트 방법에 적용될수 있는 식을 유도하였는데, 그 식은 다음과 같다. 액체가 일정 압력 P에 의해 모세관을 흐를 때, 흐름이 비교적 빠르지 않을 때, 그 속도는 액체내의 마찰계수에 반비례한다.
이 마찰계수를 그 액체의 점도 계수 또는 점도 (Viscosity)라 하며 η로 표시한다. 모세관의 반경 및 길이를 각각 r 및 l이라 놓으면, 시간 t사이에 유출하는 액체량 V는 다음 식으로 주어진다.
특정 온도에서 어떤 물질의 상대 점성도를 측정하려면, 그 온도에서 액체가 흘러내리는 데 소요되는 시간과, 25℃에서 같은 부피의 물이 동일한 점성도계를 흘러내리는데 소요되는 시간을 측정해야 한다.
오스트발트 점성도계에서는 액체의 압력이 밀도에 비례하고 식(1)의 r, V 및 l 등은 두 액체에 대해 다 같으므로 점성도의 비는 다음 식으로 주어진다.
만일 물질 2가 기준 액체라면 임의로 η 2 의 값을 1로 잡는다. 그런 다음 식 (2)에 밀도와 흐름 시간을 대입하여 η 1 을 구한다. 또한 식 (2)를 사용하여 주어진 온도에서의 물의 점성도를 25℃에서의 물의 점성도에 대한 상대적인 값으로 구할 수 있다.
실험 방법
1. 실험 과정
1) Ostwald 점도계를 뜨거운 크롬산 세척액에 세정 한다.(3회 이상)
2) Ostwald 점도계를 증류수로 세정 한다.(5회 이상)
3) 피펫을 이용하여 증류수를 모세관이 있는 방향으로 아래쪽 둥근 모양의 1/3까지 채우고 또 반대편 둥근모양의 1/3까지 찾는지 확인한다.(약10ml)
4) 점도계를 25℃ 항온조 속에 넣고 열평형이 이루어질 때까지 기다린다.(약 5～10분)
5) 액체를 빨아올린다.
6) 점도계의 모세관 쪽 상부에 고무관을 장착하여 액체를 위쪽 흰 선 부근까지 흡입
7) 초시계를 이용하여 아래쪽 흰 선까지 유체가 하강하는데 소요되는 시간을 측정
8) 온도를 25℃에서부터 약 10℃간격으로 변화시켜 온도에 따른 점도를 구한다.
9) 수면이 a에서 b까지 흘러내리는 시간을 측정한다.
10) 위 방법으로 최소한 네 번 이상 측정한다.
11) 메탄올을 가지고 퍼센트 별로 똑같이 되풀이한다.
12) 온도를 35℃, 45℃로 올려서 위와 같이 실험을 한다.
그리드형
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