46液体粘滞系数与温度关系的研究.pdfVIP

4.6 液体粘滞系数与温度关系的研究 一、实验目的、意义和要求 液体的粘滞系数是表征液体粘滞性强弱的重要参数，在实际生产生活中非常重要，在工程、生产技 术及医学等方面有着重要的应用。测定液体粘滞系数的方法有好几种，本实验用的是直接利用斯托克斯 公式测量粘滞系数的落球法，其物理概念简单清晰。 粘度的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近 温度改变1°C，粘度值改变约10%，因此，测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义。本实验研究 温度对液体粘滞稀疏的影响。 欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。本实验采用PID调解原理的自动恒温装置控制温 度，希望同学通过实验对自动恒温装置也有所了解。 二、参考书籍与材料 1．贾玉润，王公治，凌佩玲．大学物理实验．上海：复旦大学出版社，1987． 2．沈元华，陆申龙．基础物理实验．北京：高等教育出版社，2003． 3．马文蔚. 物理学(上册). 北京:高等教育出版社, 2006. 三、实验前应回答的问题 （一）有关原理方面的问题 1．金属小球在粘性液体中下落时，将受到哪几个铅直方向的力的作用？ 2．小球从液面开始下落时，运动的过程如何？ 3．试推导出落球法测液体粘滞系数的公式. 4．为什么要对计算公式进行修正？如何修正？ 5．液体粘滞系数的单位是什么？ 6．液体的粘滞系数除与液体本身性质有关外，还和什么有关？ （二）关于实验方面的问题 1．如何判断小球在测量过程中是否保持匀速运动？ 2．在测量时要取两条标志线（即起点标志线和终点标志线），这两条标志线是否可以任意选取？是 否可以取液面作为上标志线？为什么？ 3．若小球偏离中心较多，或者玻璃圆筒不铅直，对实验有何影响？ 4．为什么要用恒温控制器, 拟定出实现恒温控制的实验步骤. 5．温控实验仪显示的温度是谁的温度. 6．P、I、D 系数在恒温控制中的作用是什么？改变PID 参数的值，观察PID 参数对控温效果的影 响，得出效果较好的PID 参数 四、实验室可提供的主要器材 1．落球法变温粘滞系数实验仪 1 台。内包含盛液筒、2 温控实验仪。 2．电子秒表、读数显微镜、温度计、米尺、镊子，金属小球等。 五、实验内容 1．测出待测液体在不同温度下的的粘滞系数。 2．用η的测量值在坐标纸上作图，表明粘度随温度的变化关系。 1 六、实验报告的要求 1．写明实验的目的和意义。 2．阐述实验的基本原理、设计思想和研究过程。 3．记下所用仪器、材料的规格、型号和数量。 4．记录实验的全过程，包括实验步骤名种实验现象。 5．设计数据表格，正确记录所测数据和进行数据处理。 6．分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题。 7．得出实验结论，并提出改进意见。 附录 1 1 11．PID调节原理 PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律，自动控制系统的原理可用图1说明。 e(t) u(t) 操作量 设定值 调节器 执行单元 被控对象 被控量 扰动 图1 自动控制系统框图 假如被控量与设定值之间有偏差e(t)=设定值-被控量，调节器依据e(t)及一定的调节规律输出调 节信号u(t)，执行单元按u(t)输出操作量至被控对象，使被控量逼近直至最后等于设定值。调节器是 自动控制系统的指挥机构。 在我们的温控系统中，调节器采用PID调节，执行单元是由可控硅控制加热电流的加热器，操作量 是加热功率，被控对象是水箱中的水，被控量是水的温度。 PID调节器是按偏差的比例(proportional)，积分(integral