国立高雄应用科技大学 化学工程与材料工程系 物理化学实验 指导教授.DOC

國立高雄應用科技大學 化學工程與材料工程系 物理化學實驗 指導教授：吳瑞泰教授 班級：四化材三甲 學生：何達智 組別：第十二組 學號：1100101114 目 錄 目錄 1 實驗目的 2 實驗原理 2 實驗儀器 9 實驗步驟 9 參考文獻 10 實驗目的：[1] 1.了解各種黏度(viscosity)之定義、單位及其測量方法 2.熟悉奧士瓦黏度計(Ostwald viscometer)之基本構造及其使用方法 3.熟悉黏度測量恆溫槽之構造及自動測量系統之使用 4.了解馬克-何恩克關係式中聚合物溶液黏度及其平均分子量之關係 5.學習如何以實驗方法測量黏度求取聚合物平均分子量 6.了解密度(density)之測量及其在黏度測量上之應用 實驗原理：[1] 1. 黏度(viscosity)為流體流動中所產生內部阻力之程度。黏度大小受物質之種類、濃度及溫度等因素影響。 2. 牛頓黏流定律：二相鄰兩流層單位面積之阻力 (F/A) 牛頓黏流定律 (公式1) 式中F為二流層間之正切作用力、u為兩相鄰流動層之速度差、A為二層之接觸面積、l則為二層間之距離。 圖一 、流體的黏度 ?為黏度係數其單位為[質量][長度]-1[時間]-1。SI制單位則為kg m-1 s-1。此一單位又稱為泊(Poise或簡寫為P)以紀念法國物理學家普瓦醉(Poiseiulle)。 3. 普瓦醉方程式：描述流體流經毛細管時，影響黏度係數?之因素 普瓦醉方程式 (公式2) l為毛細管之長度，r為毛細管之半徑、?P為毛細管兩端之壓力差(?P=gh?；g:重力加速度、?:密度)、V為流體於時間t內流經毛細管之體積。 4. 絕對黏度：當固定同一支毛細管進行實驗時r h V l為固定值，而8、?、g為常數，因此公式2可改寫為 絕對黏度 ??C?t (公式3) 此公式中C為毛細管(或黏度計)之常數(=?ghr4/8Vl)。公式3顯示絕對黏度(absolute viscosity)可藉由密度為??之流體，流經一毛細管之時間t及該毛細管之常數C三者之乘積求得。 絕對黏度之單位：cgs制單位為P(poise: g cm-1 s-1)或cP (1cP=P/100) 5. 動黏度：改寫公式3將密度??移至等號左方可得下列公式 動黏度 (公式4) ???稱為動黏度(kinematic viscosity)為液體藉由重力流經毛細管(黏度計)所需的時間t與毛細管常數C之乘積。 動黏度之單位：cgs制單位為St (Stoke: cm2 s-1)或cP (1cSt=St/100) 6. 奧士瓦黏度計：??????為標準液之黏度及密度，其流動時間為t0。若待測液體之密度為?流動時間為t則其絕對黏度?可由公式5求得根據上述毛細管測量黏度原理所設計之黏度測量裝置。其構造如圖二所示。測量時分別測量標準液及待測樣品液體流經起始線至終止線d所需之時間。 (公式5) 公式5也可以寫成 (公式6) 圖二、奧士瓦黏度計 ?r為相對黏度(relative viscosity)是待測液體絕對黏度與標準液絕對黏度之比值。 若以水為標準液，待測液體之黏度與同溫水之黏度之比值即稱為待測液體對水的相對黏度。由公式6可知要求得相對黏度需先分別測量二液體之密度(????)以及流動時間(t, t0)。求得之相對黏度乘以水之絕對黏度即可得待測液之絕對黏度。 7. 溫度對黏度的影響：絕對黏度取對數(log?)與溫度倒數(1/T)為一線性關係 (公式7) 公式7中的截距A為溫度無限大時的黏度係數，而斜率B則為活化能。 8. 各種黏度之定義： 黏度名稱 符號及定義 相對黏度 (relative viscosity) 比黏度 (specific viscosity) 比濃黏度 (reduced viscosity) 固有黏度 (inherent viscosity) 極限黏度 (intrinsic viscosity) 9. 極限黏度的求法 比濃黏度(?sp/C)與濃度C呈線性關係。濃度趨近於0時之比濃黏度值(?sp/C)C=0稱為極限黏度[?]。此外，濃度趨近於0之固有黏度值(ln?r/C)也為極限黏度。因此可由外差法求得濃度為0(也就是y軸截距)之比濃黏度及固有黏度就是所謂的極限黏度或稱為斯濤丁加指數。 圖三、外差法求極限黏度[?] 求出高分子溶液的極限黏度[?]之後，就可以繼續計算高分子的分子量。 10. 馬克-何恩克關係式：聚合物溶液之黏度與聚合物分子量的關係 [?] =KMa (公式8) 公式8中[?]為高分子溶液之極限黏度。K與a 為常數受溶劑溶質種