粘滞系数测定实验.docVIP

实验 液体粘滞系数的测定 当液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍液体的相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比例系数η称为粘度（或粘滞系数）。 对液体粘滞性的研究在流体力学，化学化工，医疗，水利等领域都有广泛的应用，例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量、压力差、输送距离及液体粘度，设计输送管道的口径。测量液体粘度可采用落球法，毛细管法（奥氏粘滞计），转筒法等方法。本实验根据所用方法的不同，分成两个部分，第一部分采用落球法测定变温情况下的液体（蓖麻油）粘滞系数，第二部分则是采用毛细管法测定室温下的液体粘滞系数（该方法比较适合用于生物医学应用，比如测量血液的粘度）。 实验一 落球法测变温液体的粘滞系数 落球法（又称斯托克斯法）适用于测量粘度较高的液体。一般而言，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，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，欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。实验中，小球在液体中下落的时间可用秒表来测量。 一、实验目的 1．用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度。 2．了解温度控制的原理。 3练习用秒表计时，用螺旋测微测直径。 流动较慢的液层阻滞着流动较快液层运动所以产生流动阻力的乘积成正比： (1) 其中称为液体的粘滞系数，它决定液体的性质和温度。粘滞性随着温度升高而减小。如果液体是无限广延的，液体的粘滞性较大，小球的半径很小，且在运动时不产生旋涡，那么，根据斯托克斯定律，小球受到的粘滞力f为： （2） 式中称为液体的滞粘系数，为小球半径，为小球运动的速度。若小球在无限广延的液体中下落，受到的粘滞力为，重力为，这里为小球的体积，分别为小球和液体的密度，为重力加速度。小球开始下降时速度较小，相应的粘滞力也较小，小球作加速运动。但随着速度的增加，粘滞力也增加，最后小球的重力、浮力及粘滞力三者达到平衡，小球便开始作匀速运动，此时的速度v0称为收尾速度，可由（3）式求出。 （3） 小球体积V与直径d的关系为： （4） 把（4）式代入（3），得 （5） 式中v0为小球的收尾速度，d为小球的直径。 由于(1)式只适合无限广延的液体，即小球直径d远小于液柱直径D，而本实验中的小球是在直径为D的装有液体的圆柱形有机玻璃圆筒内运动，液柱面并不是无限广延的，因此必须考虑管壁对小球有影响，（5）式应修正为： （6） 式中为实验条件下的收尾速度，D为量筒的内直径，K为修正系数，这里取K=2.4 。收尾速度可以通过测量玻璃量筒某两个刻度线A和B的距离S和小球下落S距离的时间t得到，即。 因此： （） (7) （K=2.4，D=22mm , d=1.5mm, S=15cm ） （ ） 三、实验仪器 1. 水循环加热PID温控实验仪 2. 变温液体粘滞系数测定仪。 3.电子秒表、螺旋测微计。 4.小钢球、镊子、磁性吸球铁块、蓖蔴油等。 1. 落球法变温粘度测量仪 变温粘仪的外型如图所示。待测液体装在细长的管中，加热水套管外的加热水套连接到温控仪，通过热循环水加热。温度较快与加热水温达到平衡管壁上有刻度线，便于测量小球下落的距离。底座下有调节螺钉，用于调节管的铅直。开放式PID温控实验仪温控实验仪包含水箱水泵加热器控制显示电路等部分。本温控仪内置微处理器，带有显示，根据实验对象参数以开机后，水泵开始运转，设定温度及参数。键选择项目，键设置参数。 图1变温粘仪 。 4. 首先，测量室温T 1时的粘滞系数。用镊子夹起小钢球，放到玻璃圆筒上盖的中心落孔处，使小球沿圆筒轴线下落，观察小球在什么位置开始作匀速运动（达到收尾速度v）。 5. 使小球下落，当小球经过匀速运动区间起点附近的某一刻度时，立即启动秒表使其开始计时, 而当小球到达底部附近的某一刻度线时，使秒表停止计时，于是秒表就记录了小球从某个起点刻度下落到某个终点刻度（即下落约20cm的距离S）所需的时间t 。 6