DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE VASCOZITATE

DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE VASCOZITATE

Notiuni teoretice

Mediile interne ale organismului, sangele, lichidul interstitial, citoplasma etc., sunt sisteme disperse care poseda proprietatile fizice generale ale fluidelor. Vascozitatea este o proprietate a fluidelor determinata de frecarea interna ce ia nastere in masa fluidului ca urmare a miscarii straturilor care se deplaseaza unele fata de altele cu viteze diferite. Sa consideram ca exemplu de fluid un lichid aderent, apa, care curge cu viteza mica printr-un tub. Se constata ca viteza de curgere este mai mica in apropierea peretilor tubului si mai mare de-a lungul axului. Explicatia fenomenului este urmatoarea: un strat de apa adera de peretii tubului si ramane in repaus, de acesta se freaca stratul urmator, care se va misca cu o viteza relativ mica. Straturile urmatoare se vor misca cu o viteza din ce in ce mai mare pana ce se atinge o viteza constanta, dependenta de presiunea de curgere si de vascozitate. O astfel de curgere la care deplasarea lichidului se face prin straturi paralele cu directia de curgere se numeste curgere laminara. Rezulta ca in masa lichidului care curge prin tub exista un gradient de viteza perpendicular pe directia de curgere. Un fluid la care deplasarea reciproca a straturilor s-ar face fara frecare se numeste fluid perfect.

Fortele de frecare interna care apar la curgerea unui fluid determina vascozitatea fluidelor. Ea depinde de natura lichidului ca si de concentratia, marimea si forma moleculelor dizolvate. Pentru definirea coeficientului lui de vascozitatea sa considram in interiorul unui fluid un strat de molecule asezate intr-un plan orizontal, de suprafata S, care se deplaseaza prin masa lichidului in planul propriu cu viteza v.

Din cauza frecarii interne straturile vecine vor fi antrenate cu o forta F, a carei valoare depinde de marimea suprafatei de contact , de variatia vitezei , de distanta dintre straturi si de o constanta care depinde de natura lichidului. Relatia care leaga toate aceste marimi este urmatoarea:

Fig.2.1. a) Curgerea laminara;     b) Aparitia fortelor de vascozitate

Din relatia de mai sus, valoarea constantei va fi:

Aceasta constanta se numeste coeficient de vascozitate si este o marime caracteristica pentru fiecare lichid.

Masurarea coeficientului de vascozitate are importanta atat pentru cercetarea medicala, unde poate fi utilizat pentru determinarea formei si marimii moleculelor dizolvate, cat si pentru aprecierea modului de desfasurare a fenomenelor hidrodinamice din organism. Astfel cresterea coeficientului de vascozitate a sangelui duce conform legii lui Poiseuille, la scaderea debitului sanguin daca forta de contractie a inimii ramane constanta. In acest caz mentinerea constanta a debitului sanguin nu se poate realiza decat prin cresterea fortei de contractie a muschiului cardiac, deci si a tensiunii arteriale.

Principiul determinarii

Pentru calcularea coeficientului de vascozitate se utilizeaza trei categorii de metode: 1) metode bazate pe curgerea lichidelor prin tuburi capilare conform legii lui Poiseuille; 2) metode bazate pe rezistenta opusa de catre fluide la caderea unei sfere, conform legii lui Stokes; 3) metode de antrenare, bazate pe antrenarea in miscarea de rotatie a unui cilindru suspendat in masa lichidului. In cadrul lucrarilor de laborator noi vom utiliza numai metode bazate pe legea lui Poiseuille. Relatia stabilita de Poiseuille pentru cantitatea de lichid ce trece printr-un tub cilindric, daca curgerea se face laminar, este urmatoarea:

unde Q este volumul de lichid care se scurge in timpul t, r este raza tubului capilar, l este lungimea capilarului si P presiunea de curgere. Daca tubul capilar se gaseste in pozitie verticala presiunea de curgere P este egala cu presiunea hidrostatica a coloanei de lichid in tub. Notand inaltimea coloanei de lichid cu h, densitatea lichidului,r , si acceleratia gravitationala g, vom avea urmatoarea relatie:

P = r g h

Introducand in relatia de mai sus, avem

Din aceasta relatie se poate calcula coeficientul de vascozitate al lichidului daca masuram marimile cuprinse in relatie. Raza unui tub capilar este greu de masurat cu precizie, in practica utilizam un procedeu care elimina din calcul aceasta marime. Astfel se fac determinari comparative lasand sa curga prin acelasi tub capilar lichidul al carui coeficient de vascozitate vrem sa-l aflam si apoi un volum egal de apa distilata al carui coeficient de vascozitate este cunoscut. Vom avea pentru lichid si apa distilata urmatoarele relatii:

si

Impartind aceste relatii obtinem:

si

Ultima relatie se va folosi la calculul coeficientului de vascozitate, tinand cont de valorile constantelor η _a = 1 Cp = 10^-3Ns/m² si ρ_a = 0,997 g/cm³

Aparatura

Pentru determinarea coeficientului de vascozitate vom utiliza vascozimetrul Ostwald (figura de mai jos).

El se compune dintr-un tub capilar (c), a carui extremitate se continua cu un tub in forma de U si cu un rezervor (R), prelungit cu un tub vertical (V). Extremitatea superioara a capilarului se continua cu o bula (B) care la portiunea superioara are un tub prevazut cu o gatuitura.Pe gatuitura superioara este trasat un reper a, la fel si pe cea inferioara a bulei, b. Pentru a mentine constanta temperatura, in determinarile de precizie vascozimetrul se introduce intr-un termostat.

Vascozimetrul Oswald

Fig.2.2 . Vascozimetrul Ostwald

Mod de lucru

Aparatul se spala bine si se usuca la trompa de vid. Se introduce cu o pipeta o cantitate determinata de lichid in rezervorul vascozimetrului, aceeasi cantitate pentru toate solutiile. Se aspira incet lichidul in rezervorul situat la partea superioara a tubului capilar. Se lasa lichidul sa se scurga determinandu-se cu ajutorul unui cronometru timpul necesar scurgerii lichidului intre cele doua repere. Pentru aceeasi solutie se efectueaza mai multe determinari, si se va face media rezultatelor care se trec in tabelul urmator:

Detreminarea vascozitatii sangelui are o deosebita importanta medicala deoarece vascozitatea sangelui variaza dupa cum urmeaza :

- sange total, de la 3,5 pana la 5,4 ·10 ^-3 N· s/m²

- valori medii :- femei 4,5·10¯ N·s/ m²

-barbati : 5,0·10¯³ N · s/ m²

- plasma sanguina, de la 1,9 - 2,3 ·10¯³ N ·s /m²

- serul sanguin, de la 1,6-2,2 · 10¯³ N· s /m²

Vascozitatea sangelui total este mai crescuta la barbat fata de femeie, la adult fata de copil, mai mare la sangele venos decat cel arterial, depinzand de concentratia de CO₂ din sange. Din punct de vedere patologic vascozitatea sangelui  creste in cazul poliglobuliei si leucemiei, scade in cazul anemiei depinzand de volumul si forma hematiilor, precum si in hipoproteinemie.