Versuch 8

Wir messen die Viskosität von Glycerin mit dem Kugelfallviskosimeter.

Motivationsvideo

(Die in den Videos behandelten Experimente entsprechen nicht unbedingt den Aufgaben in der Versuchsanleitung.)

Versuchsaufbau

Für die Experimente mit dem Kugelfallviskosimeter stehen mit Glycerin gefüllte Fallrohre zur Verfügung. Die Zeit, die die Kugel für eine bestimmte Strecke benötigt, wird mit einer Stoppuhr gemessen. Die Strecke wird mit einem Maßband bestimmt.

Es gibt Stahlkugeln mit Durchmessern im Bereich 1-10 mm. Die Dichte beträgt ρ = 7,86(1) g/cm³.

Die Kugeln lässt man von oben in das Rohr hineinfallen. Für die kleinen Kugeln kann die Auslösevorrichtung verwendet werden. Die größeren Kugeln lässt man von Hand in das Rohr fallen.

Digitaler Messschieber

Die Kugeldurchmesser können mit einem digitalen Messschieber überprüft werden. Bedienung und Ablesung sind selbsterklärend. Die Funktionsweise entspricht dem analogen Messschieber:

🔗 https://phypra.uni-freiburg.de/ap/4/#Messschieber

Stoppuhr

Die Zeit wird mit einer digitalen Stoppuhr gemessen.

Thermometer

Die Temperatur wird mit einem einfachen Flüssigkeitsthermometer gemessen. Das Messprinzip ist die Ausdehnung der Messflüssigkeit (gegenüber der geringeren Ausdehnung des Glasrohrs) bei Erwärmung.

Aräometer

Die Dichte der Flüssigkeit wird mit einem Aräometer (Senkwaage) bestimmt, das auf dem Archimedischen Prinzip basiert: Das Aräometer taucht so weit ein, bis das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit dem Gewicht des Aräometers entspricht.

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Aräometer

Laminare und turbulente Strömung

Bei der Bewegung von Flüssigkeiten unterscheidet man laminare und turbulente Strömungen:

Bei laminarer Strömung bewegen sich die Flüssigkeitsteilchen in (gedachten) Schichten, die sich nicht miteinander vermischen. Die Stromlinien verlaufen gleichmäßig, überschneiden sich nicht und sind zeitlich konstant.

Bei turbulenter Strömung treten Verwirbelungen auf. Die Stromlinien variieren zeitlich und räumlich in einer scheinbar zufälligen Weise.

Quelle: 🔗 http://www.redi-bw.de/start/unifr/EBooks-springer/10.1007/978-3-662-46415-1

Quantile und Boxplot

Das Quantil q_p teilt eine Stichprobe so, dass der Anteil p aller Werte kleiner ist als q_p. Im Beispiel sind 50% aller Werte kleiner als q_1/2 ≈ 2,4 (dunkelgrün), 75% aller Werte kleiner als q_3/4 ≈ 4,1 (dunkelgrün und hellgrün).

Einige Quantile haben spezielle Bezeichnungen: Median, unteres und oberes Quartil, Minimum und Maximum. Diese können übersichtlich in einem sog. Boxplot dargestellt werden.

Für kleine Stichproben wählen wir die Quantile sinnvoll auf oder zwischen den gemessenen Werten. Im Beispiel für eine Stichprobe der Länge n = 10 liegt q_1/4 auf dem 3. Wert, q_1/2 in der Mitte zwischen dem 5. und 6. Wert.

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Quantil