Изучение свойств моторных масел

1.

Индивидуальный итоговый проект выпускника 10-го класса
Тема: « Изучение свойств моторных масел»
Работу выполнил
обучающийся 10 класса
Останин Михаил

2.

Введение
Моторное масло - “кровь” двигателя. Его вязкость один из важнейших показателей. От него зависит
изнашивание движущихся деталей двигателя, расход топлива и запуск двигателя в зимнее время.
Неправильно подобранное масло будет мешать его корректной работе.
Вязкость - свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению частей относительно друг друга. Ее
разделяют на динамическую и кинематическую. Динамическая вязкость измеряет внутреннее трение слоев
жидкости друг о друга (Па*с). Кинематическая - сопротивление течению с учетом веса жидкости (м²/с).
Если провести аналогию то динамическая вязкость показывает как трудно мешать мед ложкой, а
кинематическая - как быстро вытечет мед из перевернутой банки. Я сравню масла 10w40 и 5w30 (чем выше
цифра тем гуще масло) - проведу опыт и узнаю динамическую вязкость при низкой температуре и
кинематическую при высокой.

3.

В опыте вязкость масла буду измерять с помощью цилиндра и металлического шарика. Чтобы вывести
формулу для измерения динамической вязкости нужно расставить силы действующие на шарик, когда он
опускается в масле. Сила тяжести (FТ = mg) действует вниз, а сила Архимеда (FА = ρжgV) и сила Стокса (FС
= 6πηrv) действуют вверх. Так как шарик будет двигаться равномерно получаем:
mg = ρжgV + 6πηrv
подставляем m = Vρш и V = 3πr³/4
3πr³ρшg/4 = ρжg3πr³/4 + 6πηrv
сокращаем на r и π, затем переносим слагаемые и получаем
η = 2r²g(ρш - ρж)/9v
где η - динамическая вязкость [Па*с]
формула кинетической вязкости:
ν = η/ρж

4.

Так как шарик при 100°C будет двигаться слишком быстро, я измерю его кин. вязкость при 40°C и через
индекс вязкости найду кин. вязкость при 100°C. Индекс вязкости - число, показывающее насколько сильно
изменяется вязкость масла в разных температурных условиях. Чем выше число - тем меньше изменяется
вязкость. Для этого воспользуемся формулами для нахождения индекса вязкости:
VI = (10ᴺ-1)/0.00715+100
откуда
N1 = lg((VI-100)*0.00715+1)
где: VI - индекс вязкости, а N - вспомогательный безразмерный коэффициент
Чтобы найти N через кин. вязкость, воспользуемся формулой:
N2 = (lgH-lgU)/lgY
H - кин. вязкость при 40°C с индексом вязкости = 100 (таблица)
Y - кин. вязкость при 100°C (таблица)
U - кин. вязкость при 40°C (эксперимент)
Причем N1 = N2, они пронумерованы для удобства

5.

Чтобы найти кин. вязкость при 100°C, нужно найти N1 через первую формулу, а затем подставлять
табличные значения во вторую до тех пор, пока N2 не будет максимально близко к N1. Если N2 больше, чем
N1, то кин. вязкость меньше, чем та которую взяли, и наоборот. Когда значения будут максимально близки,
то Y будет показывать на кин. вязкость при 100°C. Часть таблицы:

6.

Эксперимент
Поочередно налил 2 вида масла при t = -20°C,
отметил расстояние 15 см. Опустил шарик и
замерил время. Плотность шарика 7850 кг/м³, а
радиус - 0.0025 м.
У 10w40 V = 0.015 м/c, подставив в формулу
получаем η = 6.46 Па*с или 6460 мПа*с
У 5w30 V = 0.028 м/c, подставив в формулу
получаем η = 3.47 Па*с или 3470 мПа*с
Исходя из полученных данных можем сделать
вывод что 10w40 почти в 2 раза гуще, чем 5w30
при -20°C

7.

Нагрел масло при помощи батареи до 40°C и
произвел такой же эксперимент.
У 10w40 V = 1.25 м/c, значит η = 0.078 Па*с или
78 мПа*с. Переводим ДВ в КВ,
получаем ν = 89.7 сСт при 40°C
У 5w30 V = 1.5 м/c, значит η = 0.051 Па*с или
51 мПа*с. Переводим ДВ в КВ,
получаем ν = 59.3 сСт при 40°C

8.

Теперь нужно найти кин.вязкость при 100°C.
Т.к у 10w40 ИВ = 149, значит N1 = 0.13045.
Подбирая значения добился что N2 = 0.13009, при Y = 13.3 сСт и H = 125.6
Значит КВ при 100°C = 13.3 сСт
Т.к у 5w30 ИВ = 165, значит N1 = 0.16576.
Подбирая значения добился что N2 = 0.16720, при Y = 10.4 сСт и H = 87.72
Значит КВ при 100°C = 10.4 сСт
Исходя из данных, можно сделать вывод что 10w40 в 1.3 раза гуще, чем 5w30 при рабочей температуре
двигателя

9.

Вывод
Подытоживая полученные данные о КВ и ДВ можно сделать вывод, что 10w40 в 1.3 раза гуще, чем 5w30 при
100°C и в 2 раза при -20°C. Это означает, что двигателю с маслом 5w30 в 2 раза легче запустится в мороз,
чем с 10w40. Но при рабочей температуре оно в жиже, что при высоких нагрузках может сказываться
плачевно. Это масло идеальный выбор для регионов с очень холодными зимами и умеренным летом.
10w40 остается универсальным выбором для большинства регионов России, сочетая в себе защиту
двигателя при высоких нагрузках и уверенный пуск в небольшой мороз.