kug_-_versuchsanleitung
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Die Schwerkraft (Gewicht) der Kugel beträgt: | Die Schwerkraft (Gewicht) der Kugel beträgt: | ||
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$(4)\quad F_G = m_K g = \frac{4}{3} \pi r^3 \rho_K g , $ | $(4)\quad F_G = m_K g = \frac{4}{3} \pi r^3 \rho_K g , $ | ||
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- | wenn r der Kugelradius, | + | wenn r der Kugelradius, |
Der Auftrieb F< | Der Auftrieb F< | ||
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+ | $(5)\quad F_G = -\frac{4}{3} \pi r^3 \rho_{Fl} g , $ | ||
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+ | Auch die Reibungskraft F< | ||
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+ | $(6)\quad F_R = -6\pi \eta rv $ | ||
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+ | Wird die Geschwindigkeit v gemessen (Fallstrecke s und Fallzeit t), so kann die Viskosität < | ||
+ | Die Bestimmung unbekannter Radien r< | ||
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+ | ===== Versuchsdurchführung ===== | ||
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+ | Es sind mit Rizinusöl gefüllte Standzylinder und Kugeln verschiedener Radien vorhanden. Der Zylinder trägt Ringmarken, deren Abstand mit einem Metallmaßstab gemessen werden kann. Die Bestimmung der Fallzeiten erfolgt mit Handstoppuhren. Die Kugeln sind vor jeder Messung __gut zu reinigen__, da an den Kugeln anhaftendes, | ||
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+ | Die Viskosität des Öles ist sehr stark temperaturabhängig. Schon die Änderung der Temperatur um 1 K führt zu einer deutlichen Viskositätsänderung. Die Einstellung und Konstanthaltung unterschiedlicher Temperaturen zur Messung der Temperaturabhängigkeit wäre wegen der thermischen Trägheit der Apparatur (Standzylinder mit Öl) sehr langwierig. Aus Vereinfachungsgründen werden deshalb die Standzylinder vor Versuchsbeginn abgekühlt (Kühlschrank), | ||
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+ | In Strenge ist dies inkorrekt, da die Temperatur als Zustandsgröße ein thermisches Gleichgewicht voraussetzt. Tatsächlich ergeben sich aber in dem Standzylinder während der Aufwärmung nicht nur räumliche Temperaturdifferenzen (Temperaturgradienten) sondern auch Konvektion innerhalb des Öles. Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität kann dennoch qualitativ richtig beobachtet werden, wenn die Messungen unter gleichbleibenden Umständen durchgeführt werden (gleicher '' | ||
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+ | Zur Versuchsdurchführung werden die Fallzeiten der verschiedenen Kugeln in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen. Die Messungen müssen __über einen Zeitraum von mindestens einer Stunde__ durchgeführt werden, um eine genügend große Temperaturänderung und ausreichend viele Messpunkte zu erhalten. Man geht zweckmäßigerweise so vor, dass man nacheinan-der und wiederholend in gleichbleibender Reihenfolge die Fallzeiten für die verschiedenen Kugeln und die zugehörigen Temperaturen aufnimmt. | ||
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+ | === Zu Aufgabe 1 (Viskosität) === | ||
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+ | Zur Auswertung werden die Fallzeiten t über 1/T (Temperaturen in Kelvin umrechnen!) einfachlogarithmisch dargestellt und die Messpunkte gemäß (2) durch (parallele) Geraden ausgeglichen. Das Diagramm ist so anzulegen, dass die Fallzeit bei 20 °C zur Berechnung des Vergleichswerts der Viskosität extrapoliert werden kann (siehe Abb. 1). | ||
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+ | Bild einfügen | ||
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+ | Abb.1: | ||
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+ | Die Messpunkte am " | ||
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+ | === Zu Aufgabe 2 (Kugelradien) === | ||
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+ | Zur Berechnung der unbekannten Radien nach der Vergleichsmethode werden Fallzeiten gleicher Temperatur benötigt, für die keine direkten Messwerte vorliegen, die aber dem Schaubild als extrapolierte Ausgleichswerte (zum Beispiel an der Achse) entnommen werden können. | ||
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+ | === Literaturwerte === | ||
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+ | Technische Sollwerte der Kugeldurchmesser; | ||
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+ | Toleranz ± 0,01 mm: | ||
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+ | Viskosität von Rizinusöl (KOHLRAUSCH; | ||
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+ | ohne Fehlerangabe. Als Naturprodukt ist für den Wert eine größere Schwankung anzunehmen. Die Dichten von Stahl und Rizinusöl sind im Platzskript angegeben. | ||
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kug_-_versuchsanleitung.1238358137.txt.gz · Last modified: 2009/03/29 20:22 by hatter