Proje Adı : Viskozitenin farklı sıvıların akışı üzerindeki etkisi
Proje Türü: Araştırma
Proje Alanı : Kimya
DANIŞMAN ÖĞRETMEN: HASAN FIRAT
ÖĞRENCİLER 9-C

ZEHRA BENGİHAN TOPKAN

YUNUS AYDIN

FURKAN ASAR

SÜLEYMAN AYTUĞ AKAR

Amaç: ANA AMAÇ: Suyun ve etilen glikolün (antifriz) akış hızlarını kullanarak viskozitelerinin incelenmesi amaçlanmaktadır.
ALT AMAÇ: 1- Saf su, etilen glikol, zeytinyağı, sıvı deterjan gibi farklı sıvıların viskoziteleri karşılaştırmayı amaçlamaktayız.
2-  Sıvıların yüzey gerilimi, viskozite, buhar basıncını moleküller arası etkileşim ile ilişkilendirmek amaçlanmaktadır.
3- Bilimin sınanabilir, sorgulanabilir, delillerle doğrulanabilir ya da yanlışlanabilir bir yapısı olduğunu anlamayı amaçlamaktayız.
4- Olguları anlamaya yönelik olarak kimya dersi kapsamında geliştirdiği analitik ve eleştirel düşünme becerilerini kullanmayı amaçlamaktayız. 5- Gözlem, deney ve araştırma ile ulaştığı sonuçları matematiksel ve sözel olarak ifade edebilmeyi amaçlamaktayız.
6- Deney yaparak veri elde eder; bu verileri işleyerek çıkarım yapar; yorumlar ve genellemelere ulamayı amaçlamaktayız.
7- Ölçülebilir büyüklükleri uygun birimlerle ifade etmeyi amaçlamaktayız.
8- Deney sonuçlarını çizelge, grafik gibi gösterimlerle ifade etmeyi amaçlamaktayız.
9- Bilgisayar ve diğer elektronik aygıtlar aracılığıyla kimya bilgisine ulaşmayı; bu bilgileri işleyip; koruma altına almayı ve paylaşmayı amaçlamaktayız.
10- Deneysel çalışma sırasında kendi güvenliğimizi sağlamayı ve birlikte çalıştığımız bireylerin güvenliği açısından gerekli önlemleri almayı amaçlamaktayız.
11- Kimyanın günlük yaşantımızda nerelerde kaşımıza çıkabileceğini kavramayı amaçlamaktayız.
12- Bilime ve onun bir bileşeni olan kimyaya ilgi duymayı ve topluma ilgi duydurmayı amaçlamaktayız.
13- Deney yapabilme becerisi kazanmayı amaçlamaktayız.

 

Özet: Çevremizdeki sıvıları gözlemlediğimiz zaman akıcılıklarının farklı olduğunu fark ettik.  Saf su, etilen glikol, zeytinyağı, sıvı deterjan gibi farklı sıvıların viskoziteleri karşılaştırmayı ve akıcılık farklılıklarının sebeplerini araştıracağız.
Problemler:1.Sıvılar neden farklı hızlarda akar?
2.Sıvıların akışına etki eden etmenler nelerdir?
3.Moleküller arası çekim kuvveti ile viskozite arasında nasıl bir ilişki vardır? Gibi sorular karşımıza çıktı.
Viskozite hakkında elde ettiğimiz aşağıdaki bilgiler doğrultusunda hipotezlerimizi ve değişkenlerimizi belirledik.
Akıcılık, viskozitenin tam tersidir. Suyun akıcılığı etilen glikolden daha fazladır. Projemizde ilk olarak su ve etilen glikol moleküllerinin viskozitelerini ölçeceğiz.
Projemizle ilgili birden fazla hipotez üretebiliriz. Bu hipotezler yapılan kontrollü deneylerle test edilip, doğru ve yanlışlığı gösterilecektir.
  Hipotezler :1-Molekül yapılarının uzunluğu ve dallanmışlığı artarsa viskozite artar.
2-Sıcaklık artarsa viskozite azalır.
3-Viskozite ve akıcılık ters orantılıdır.
4-Tanecikler arası etkileşim artarsa viskozite artar.
Bağımsız Değişken:  Bağımsız değişken, bir deneyde değiştirilen miktarı temsil eden değişkendir. Deneyimizde bağımsız değişken molekül yapısıdır. Kullandığımız malzemelerin molekül yapıları (  uzun ve dallanmış olması) kontrol edebildiğiniz değiştirdiğimiz değişkendir.
Bağımlı değişkenler : Bağımlı değişken, değeri bağımsız değişkenin ne şekilde değiştiğine bağlı olan miktarı temsil eder. Deneyimizdeki bağımlı değişken viskozitedir. Kullandığımız malzemelerin molekül yapılarının farklılığına  (  uzun ve dallanmış olması) bağlı olarak viskozite değişmektedir.
Deney: Büret içerisine Saf su, etilen glikol, zeytinyağı, sıvı deterjan koyacağız. Musluklu olan büretten akıttığımız sıvıların akma hızlarını kronometre ile ölçüp tablo haline getirip karşılaştıracağız.
Olası sonuçlar: Projemizde kontrollü deneylerle hipotezlerimizi kanıtlayacağız. Viskozitenin moleküllerin çekim kuvvetinden ortaya çıkan bir kavram olduğunu bulacağız. Günlük hayatımızda karşımıza çıkan bal, pekmez veya sıvı sabun gibi akışkanları daha iyi bir şekilde tanıyacağız. Bilim ve deneylerin günlük hayatımızı açıklamada ki önemini göreceğiz.

Araştırma Yöntemi: 
Materyaller:
1 adet 50 mL’lik büret, 2 adet 250-300 mL’lik beher, destek çubuk, üç ayak, bunzen kıskacı, bağlama parçası, kronometre, su ve etilen glikol.
Adımlar-Yorumlar
Ölçme:Büreti destek çubuğuna tutturup, 50 mL çizgisine kadar su ile dolduracağız.
Gözlem: Büretin musluğunu açıp su akmaya başladığı anda kronometreyi çalıştıracağız.
Veri Kaydetme: Su büretten tamamen tükendiği anda kronometreyi durduracağız. Kronometrede okunan süreyi tabloya not edeceğiz.
İlişki Kurma: “Ortalama akma hızı=Büretteki sıvı hacmi (50 ml)/ gecen süre (s)» eşitliğini kullanarak suyun akış hızını bulacağız.
Veri Kaydetme: Su ile yaptığımız deneyi etilen glikol için tekrarlayıp sonuçları tabloya işleyeceğiz.
SORU:  Deneyde kullandığımız sıvıların hangisinin viskozitesi daha büyüktür? Neden?
Değişken Belirleme: Etilen glikol moleküllerinin yapısı suya göre daha uzun ve dallanmış olduğu için akmaya karşı direnci daha büyüktür. Su moleküllerinde dallanma az olduğu için viskozite göreceli olarak küçüktür. Öte yandan sıvıların akma hızı ile viskozitesi ters orantılıdır.
Hipotezler :Projemizle ilgili birden fazla hipotez üretebiliriz. Bu hipotezler yapılan kontrollü deneylerle test edilip, doğru ve yanlışlığı gösterilecektir.
 ”Molekül yapılarının uzunluğu ve dallanmışlığı artarsa viskozite artar”
”Sıcaklık artarsa viskozite azalır”
”Viskozite ve akıcılık ters orantılıdır. ”
”Tanecikler arası etkileşim artarsa viskozite artar”

Bilimsel Süreç Beceri Geliştirme Düzeyi Açısından Analizi Yapılan Etkinliğin Bilimsel Süreç Becerilerini Geliştirme Açısından İyileştirilmesi
Araç-Gereç: Saf su, etilen glikol, zeytinyağı, sıvı deterjan, 1 adet 50 mriikbüret, 4 adet 250-300 mL’lik beher, destek çubuk, üç ayak, bunzen kıskacı, bağlama parçası, kronometre.
Önceden Kestirme: Deneyde kullanılacak sıvıların akışkanlıklarının nasıl olabileceğini tahmin edebilir miyiz ?
Ölçme: Oda sıcaklığında bulunan bürete 25 ml saf su ekleyeceğiz
Yukarıdaki deney basamaklarını bu kez 25 ml’lik örneklerle tamamlayıp tablolaştıracağız.
Sınıflama: Sıvıları akış hızlarına göre karşılaştıracağız.
İletişim: Sıvılar için belirlediğimiz akış hızlarını kullanarak bir grafik çizeceğiz.
İşlemsel Tanımlama: Bu deneyin oda sıcaklığında gerçekleştirilme nedeni nedir?
Sonuç Çıkarma: Sıvılara ait ölçüm yaptığımız akış süreleri neden farklı çıkmıştır?
İletişim: Belirlediğimiz nedenleri arkadaşlarımızla birlikte tartışıp fuar alanında sunacağız.

 

Viskozite

Viskozite, ince bir sıvı tabakasının bitişik tabaka üzerinde hareketine gös­terdiği direncin ölçüsü olan bir akışkan özelliğidir. Örneğin, su veya benzin (düşük viskozite) bal veya şuruptan (yüksek viskozite) daha hızlı akar.

Viskozitenin Fiziksel Nedeni

Akışkanın viskozitesine sebep olan direnç iki sıvı tabakasının birbiri üze­rinden kayıp gitmesi ele alınarak anlaşılabilir. Akışkanı oluşturan mole­küller sürekli hareket halinde olduklarından daha hızlı hareket eden üst tabakadaki A molekülü, daha yavaş hareket eden alttaki tabakaya geçe­bilir. Alt tabakada daha yavaş hareket eden molekülle çarpışması sonu­cunda A molekülüyle momentum alış verişi nedeniyle yavaş molekülün hızı artar. Alt tabakadaki B molekülü üst tabakaya göçerse, bunun tersi bir etki meydana gelir. Burada yavaş hareket eden molekül momentum aktarımı yoluyla hızlı hareket eden molekülü yavaşlatır. Bu etkilerin her ikisi de direnç veya viskoziteye neden olur.

Newton’un viskozite Yasası

Bir kayma kuvveti uygulandığın­da akışkanların küçük skalada nasıl davranacağını göstermek üzere, sabit bir yüzeyle çok geniş yatay bir plaka arasındaki ince bir akışkan tabakasını ele alalım. Plakaya küçük bir yatay F kuvveti uygulandığında, şekilde gösterildiği gibi, bu kuvvet akışkan elemanları­nın şeklinin bozulmasına neden olur. Kısa bir hızlanmadan sonra akışka­nın viskoz direnci plakayı dengeye getirir ve plaka sabit bir U hızı ile hareket eder. Bu hareket sırasında, hem sabit yüzey hem de plakayla temas halindeki akışkan moleküllerinin arasındaki adhesif kuvvet “kaymayan koşul” oluşturur. Öyle ki sabit yüzeydeki akışkan tanecikleri hareketsiz kalırken plakaya değenler plakayla aynı hızla hareket eder­ler. Bu iki yüzey arasındakiler, çok ince akışkan tabakası, akışkanın kalınlığı boyunca değişen hızla sürüklenir.

Newtonian Akışkanlar

Deneyler çok bilinen birçok akışkanın Newton’un viskozite yasasına uyduğunu göstermiştir. Bu yasaya uyan akışkanlar Newtonian akışkanlar olarak adlandırılır. Çok bilinen Newtonian akışkanlar için, kayma geriminin kayma gerinimi ile değişi­mini gösteren eğriler Şekilde verilmiştir. Bu eğrilerin eğimi (visko­zite) havadan suya ve daha sonra viskozitesi çok daha yüksek olan ham petrole gittikçe artar. Diğer bir deyişle, viskosite ne kadar yüksekse, akış­kan akmaya o kadar dirençlidir.

Newtonian Olmayan Akışkanlar

Çok ince tabakalarının; uygulanan kayma gerilimi ile kayma gerinim hızı arasında lineer olma­yan bir davranış gösteren akışkanlar, Newtonian olmayan akışkanlar olarak sınıflandırılırlar.

Çok derişik şeker ve bataklık bunlara örnek oluşturur. Bununla birlikte, daha birçok akışkan bunun tersi davranış gösterir ve kayma-incelmesi veya pseudoplastic akışkanlar adını alırlar.

İnvisid ve İdeal Akışkanlar

 Birçok mühendislik uygulamaları su ve hava gibi viskozitesi küçük olan  akışkanları içerir. Bazen bu akışkanları invisid akışkan olarak kabul edebiliriz. Tanım gereği, bir invisid akışkanın viskozitesi sıfırdır, sonuç olarak kayma gerilimine hiç direnç göstermez.Yani sürtünmesizdir. İnvisid bir akışkan aynı zamanda sıkıştırılamaz olarak ta kabul edilebiliyorsa, o zaman ideal akışkan olarak adlandırılır.

Basınç ve Sıcaklık Etkileri

Deneyler sonucu, oldukça küçük olsa da, bir akışkanın viskozitesinin basınçla arttığı bulunmuştur ve etki birçok mühendislik uygulamalarında genel olarak ihmal edilir. Buna rağmen, sıcaklık akışkanın viskozitesini önemli derecede etkiler, Şekilde görüldüğü gibi, civa ve su için sıcaklık arttıkça viskozite azalır. Bunun nedeni şudur: sıcaklık artışı moleküllerin salınımını ve hareketliliğini arttırarak moleküler bağların kırılmasına neden olur. Bunun sonucunda, akışkan tabakaları gevşer ve daha kolay kayar.

 

ÖZET

Çevremizdeki sıvıları gözlemlediğimiz zaman akıcılıklarının farklı olduğunu gördük.  Saf su, etilen glikol, zeytinyağı, sıvı deterjan gibi farklı sıvıların viskozitelerini karşılaştıracak ve akıcılık farklılıklarının sebeplerini araştıracağız.

AMAÇ

Suyun, etilen glikolün ve günlük hayatımızda kullandığımız sıvıların akış hızlarını kullanarak viskozitelerinin incelenmesi amaçlanmaktadır. Viskoziteye etki eden faktörleri araştırmayı amaçlıyoruz.

Kullanılan meteryaller

 

       Büret  Beher, Cam  

Kronometre

Su, Etilen glikol, Bal, Pekmez, Deterjan, Şampuan, Zeytinyağı

 

UYGULANAN PROSEDÜR

Bir cam üzerine sıvılar konulup akış hızları kronometre ile kontrol edildi.

Ayrıca büret içerisinden damlayış hızları karşılaştırıldı.

Viskoziteye etki eden etmenler araştırıldı.

Moleküller arası çekim kuvvetinin artması sonucunda viskozitenin arttığı görüldü.

Ayrıca sıcaklık arttırıldığı takdirde viskozitenin azaldığı gözlemlendi.

Bağımsız Değişken:  Deneyimizde bağımsız değişken molekül yapısıdır. Kullandığımız malzemelerin molekül yapıları (  uzun ve dallanmış olması) kontrol edebildiğiniz değiştirdiğimiz değişkendir.

Bağımlı değişkenler : Deneyimizdeki bağımlı değişken viskozitedir. Kullandığımız malzemelerin molekül yapılarının farklılığına  (  uzun ve dallanmış olması) bağlı olarak viskozite değişmektedir.

SORU :

1.Sıvılar neden farklı hızlarda akar?

2.Sıvıların akışına etki eden etmenler nelerdir?

3.Moleküller arası çekim kuvveti ile viskozite arasında nasıl bir ilişki vardır?

HİPOTEZ :

1-Molekül yapılarının uzunluğu ve dallanmışlığı artarsa viskozite artar.

2-Sıcaklık artarsa viskozite azalır.

3-Viskozite ve akıcılık ters orantılıdır.

4-Tanecikler arası etkileşim artarsa viskozite artar.

SONUÇLAR

Projemizde kontrollü deneylerle hipotezlerimizi kanıtladık. Viskozitenin moleküllerin çekim kuvvetinden ortaya çıkan bir kavram olduğunu sonucuna vardık. Günlük hayatımızda karşımıza çıkan bal, pekmez veya sıvı sabun gibi akışkanları daha iyi bir şekilde tanıdık. Bilim ve deneylerin günlük hayatımızı açıklamada ki önemini gördük.

ÖNERİ VE BEKLENTİLER

Günlük hayatımızdaki birçok sıvının akışkanlığı koşullara bağlı olarak değişmektedir. Bu değişikliklerin nedeni kimi zaman sıcaklık olurken bazı durumlarda da basıncın etkisine bağlıdır.