Densidad y coeficiente de viscosidad

DENSIDAD Y COEFICIENTE DE VISCOSIDAD

Objetivo
Con esta práctica se pretende determinar la densidad de un líquido y un sólido con un picnómetro y medir el coeficiente de viscosidad de un líquido con el viscosímetro de Ostwald.

Fundamentos teóricos
Se define densidad como la magnitud que relaciona la masa y el volumen de una sustancia. La fórmula para calcularla es la siguiente:
ρ = masa(m) / volumen (V)
Y se expresa en g·cm⁻³, se tomo como referencia la masa del agua por lo que la densidad del agua es igual a 1 g·cm⁻³. Hay que tener en cuenta que las densidades de todos los materiales varían con la temperatura. Cuando comparamos la densidad de cualquier otra sustancia con el agua, es decir realizamos el cociente, obtenemos lo que se denomina: densidad específica de la sustancia.En esta práctica para poder medir la densidad vamos a trabajar con un picnómetro. Se trata de un frasco de vidrio con un cierre sellado, tiene un tapón con un finísimo capilar, de tal manera que el volumen que se obtiene presenta una gran precisión. Realizando unas medidas de la masa, con la balanza, se puede determinar con precisión el volumen del picnómetro y las densidades de los líquidosy sólidos.



Picnómetro



Si hablamos de viscosidad podemos definirla como la fuerza de rozamiento interno que se opone al deslizamiento de unas capas de líquido sobre las otras cuando el líquido se encuentra en movimiento. Si un líquido es ideal (no tiene viscosidad) avanzará a la vez en cambio si es viscoso se deformara y avanzara más rápido la parte central, como ejemplo podemospensar en la miel deslizándose por el tarro.
El caso que vamos a estudiar es el más sencillo posible, fluido en régimen laminar (sin turbulencias) y estacionario (flujo de líquido constante en el tiempo). En esta situación se cumple la hipótesis de Navier. Según la cual, la fuerza de rozamiento entre dos capas de superficie S muy cercanas de fluido, separadas por una distancia dh, y que se muevenuna respecto a la otra con una velocidad relativa dv, viene dada por:
F=ηS·(dv/dh)

Donde η es un factor de proporcionalidad que depende de la Temperatura T y de la naturaleza del fluido y se denomina coeficiente de viscosidad. Sus unidades de medida son el poise, g/cm·s. El coeficiente de viscosidad nos da una idea de la fuerza que hay que hacer para “deformar” el fluido, es la resistenciaque opone un líquido al fluir.
Obtendremos la viscosidad aplicando la fórmula de Poiseuille, que relaciona el coeficiente de viscosidad con la cantidad de líquido que pasa por segundo, G, por un capilar de radio y longitud determinada:
G=k.ρ/η

Siendo ρ la densidad de un líquido y K una constante que depende de las características del tubo, así como de la altura o desnivel que origina la salidadel líquido por el tubo. Si un determinado volumen de líquido V tarda un tiempo t en pasar por el capilar tendremos:
V=G·t=K· ρ·t/ η

Si se repite la experiencia para dos líquidos diferentes, imponiendo que los volúmenes de ambos líquidos sean iguales de la ecuación anterior se obtiene:
η₁/ η₂=ρ₁·t₁/ρ₂·t₂

Por lo que si conocemos las densidades de los dos líquidos, la viscosidad de uno deellos y el tiempo que tardan en pasar por el tubo, se puede obtener la viscosidad del otro.
Para medir la viscosidad en este caso utilizaremos el viscosímetro de Ostwald, se trata de un tubo en forma de U, es de vidrio y en cada uno de los brazos presenta un depósito, cada depósito presenta señales de enrase, a, b y c.

Al llenar el viscosímetro debe quedar enrasado a la altura de a, paracalcular el tiempo que tarda en bajar hasta b. C es hasta donde se debe de llenar de líquido, es decir hasta la mitad del depósito. Para que el líquido llegue hasta a se deberá chupar y enrasar, si queda más líquido en el depósito C que el deseado se verterá un poco. A continuación con un cronómetro se medirá el tiempo.

Podemos pasar a explicar resultados y realización de la práctica.

Medidas...