實(shí)驗(yàn)三 液體粘滯系數(shù)的測定

1、實(shí)驗(yàn)三 液體粘滯系數(shù)的測定方法一： 用烏式粘度計測定酒精的粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 進(jìn)一步鞏固和理解粘滯系數(shù)的概念。2 2 學(xué)會一種測定粘滯系數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)器材 粘度計、鐵架臺、秒表、溫度計、打氣球、玻璃缸、蒸餾水、酒精、量杯。儀器描述如圖3-1所示，粘度計是由三根彼此相通的玻璃管a、b、c構(gòu)成。a管經(jīng)一膠皮管與一打氣球相連，a管底部有一大玻璃泡，稱為貯液泡；b管稱為測量管，b管中部有一根毛細(xì)管，毛細(xì)管上有一大和一小兩個玻璃泡，在大泡的上下端分別有刻線n、n；c管稱為移液管，c管上端有一乳膠管，為的是在c管處設(shè)置夾子。整個實(shí)驗(yàn)是在裝滿水的玻璃缸中進(jìn)行。 實(shí)驗(yàn)原理 圖3-1 烏式粘度計一切實(shí)際液體

2、都具有一定的“粘滯性”，當(dāng)液體流動時，由于粘滯性的存在，不同的液層有不同的流速v（如圖3-2），流速大的一層對流速小的一層施以拉力，流速小的一層對流速大的一層施以阻力，因而各 層之間就有內(nèi)磨擦力的產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)表明，內(nèi)磨擦力的大小與相鄰兩層的接觸面積s及速度梯度dv /dy成正比，即 式中的比例系數(shù)叫做粘滯系數(shù)，又叫內(nèi)磨擦系數(shù)。不同的液體具有不同的粘滯系數(shù)。一般情況下，液體的值隨溫度的升高而減少。在國際單位制中，的單位為帕秒（pas）。 圖3-2 速度梯度當(dāng)粘滯液體在細(xì)管中作穩(wěn)恒流動時，若管的半徑為r，管長為l，細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為p1 ，液體的粘滯系數(shù)為，則在時間t1內(nèi)液體流經(jīng)細(xì)管的體積v可依泊肅

3、葉公式求出： （3-1）同理，對于同一細(xì)管，若換用另一種粘滯系數(shù)為的液體，并假設(shè)這時細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為p2，體積仍為v的液體流經(jīng)細(xì)管所需時間為t2，則有： （3-2）由（3-1）式和（3-2）式得 （3-3）如果實(shí)驗(yàn)時把細(xì)管鉛垂方向放置，則壓強(qiáng)差是由重力引起的，于是 （3-4）此處及是兩種不同液體的密度，將（3-4）式代入（3-3）式，得 （3-5）可見，如果一種液體的粘滯系數(shù)為已知，且兩種液體的密度及可查表得到，則只要測出兩種液體流經(jīng)同一細(xì)管的時間t1和t2，即可根據(jù)（3-5）式算出被測液體的粘滯系數(shù). 本實(shí)驗(yàn)是已知水的值，求待測酒精的值。 粘滯系數(shù)的測定是醫(yī)學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)中常常遇到的。這種由

4、一種物質(zhì)的已知量求得另一種物質(zhì)的相應(yīng)未知量方法稱之為比較測量法，是實(shí)驗(yàn)科學(xué)中常用的方法之一。實(shí)驗(yàn)步驟1松開固定粘度計的夾子，取出粘度計，分別將蒸餾水灌入粘度計的b管、c管中沖洗粘度計，并用打氣球?qū)⑺當(dāng)D出。2把洗好的粘度計放在充滿水的玻璃缸中，將粘度計調(diào)整為鉛垂?fàn)顟B(tài)，此時旋緊固定粘度計的夾子。3在實(shí)驗(yàn)過程中，為盡量保證溫度穩(wěn)定，特將粘度計放在盛有室溫水的玻璃缸內(nèi)進(jìn)行。4打開閥門1和閥門2，將蒸餾水由c管灌入粘度計內(nèi)，灌到貯液泡四分之三的體積時，即可停止注入蒸餾水。5關(guān)閉閥門1和旋緊閥門2，用手按動打氣球，此時水開始從b管中上升，當(dāng)蒸餾水上升到b管頂端的小泡位置時，即可停止打氣。 6先打開閥門1，

5、然后再旋松閥門2，此時水開始從b管中往下降，當(dāng)水面剛剛降落到刻線n時，用秒表計時，直到液面下降到n時停止計時，這個時間間隔即為t1. 7重復(fù)步驟5、步驟6，測量水流過n、n所用的時間t1，重復(fù)3次，將數(shù)據(jù)填入表中。 8記下玻璃缸中溫度計的讀數(shù)t1.9將粘度計取下，倒出蒸餾水，用待測液（本實(shí)驗(yàn)用酒精）精洗一下粘度計，然后倒出酒精。10把用待測液（酒精）清洗后的粘度計放入玻璃缸中，并調(diào)成鉛垂?fàn)顟B(tài)，固定住粘度計。11將待測液（酒精）從c管中灌入，灌到貯液泡體積的四分之三時，即可停止注入酒精。12重復(fù)步驟5、步驟6，測量酒精流過n、n所用的時間t2，重復(fù)3次，將數(shù)據(jù)填入表中。 13記下玻璃缸中溫度計的

6、讀數(shù)t2.14實(shí)驗(yàn)完畢將酒精倒入回收酒精的燒杯中。15從本實(shí)驗(yàn)講義的附表中，查出實(shí)驗(yàn)溫度下水的密度和水的粘滯系數(shù)值，再查出待測液體的密度，根據(jù)（3-5）式求出待測液體的粘滯系數(shù).數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù) 項(xiàng) 據(jù) 目 次 數(shù)蒸 餾 水t1(s)酒 精t2(s)絕 對 誤 差t1(蒸餾水)(s)絕 對 誤 差t1(酒精)(s)123平 均 t1= t2= 溫度 = 查表：水的密度 = 酒精的密度 = 水的粘滯系數(shù) = 計算： 結(jié)果： 注意事項(xiàng) 1. 打氣時不要過猛，以免水從b管中噴出。2. 本實(shí)驗(yàn)過程中，拿取粘度計及清洗粘度計時，要用拇指和食指拿住最粗的管子即a管，切記不可大把抓。3. 在測量過程中，粘度

7、計要豎直放置并浸入玻璃缸的水中。思考題1實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？2本實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的主要原因是什么？方法二： 用奧氏粘度計測定乙醇的粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 進(jìn)一步理解液體的粘滯性。2 2 掌握用奧氏粘度計測定液體粘滯系數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)器材奧氏粘度計、溫度計、秒表、乙醇、蒸餾水、移液管、洗耳球、大燒杯、物理支架。儀器描述奧氏粘度計的形狀如圖3-3所示，是一個u形玻璃管。b泡位置較高，為測定泡；a泡位置較低，為下儲泡；b泡上下各有一刻痕m和n . 以下是一段截面積相等的毛細(xì)管l .實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)粘滯系數(shù)為的液體在半徑為r、長為l的毛細(xì)管中穩(wěn)定流動時，若細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為，則根據(jù)泊肅葉定律，單位時間流經(jīng)毛細(xì)

8、管的體積流量q為： （3-6）本實(shí)驗(yàn)用奧氏粘度計,采用比較法進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)時，常以粘滯系數(shù)已知的蒸餾水作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。先將水注入粘度計的球泡a中，再用洗耳球?qū)⑺畯腶泡吸到b泡內(nèi)，使水面高于刻痕m，然后將洗耳球拿掉，只在重力作用下讓水經(jīng)毛細(xì)管又流回a泡，設(shè)水面從刻痕m降至刻痕n所用的時間為t1；若換以待測液體，測出相應(yīng)的時間為t2，由于流經(jīng)毛細(xì)管的液體的體積相等，故有： v1 = v2， 即 q1t1= q2t2 即得 （3-7）式中和分別表示水和待測液體的粘滯系數(shù)。設(shè)兩種液體的密度分別為和，因?yàn)樵趦纱螠y量中，兩種液面高度差變化相同，則壓強(qiáng)差之比為 （3-8）代入式(3-7),得 （3-9）從本

9、實(shí)驗(yàn)講義的附表中查出實(shí)驗(yàn)溫度下的、和值，則根據(jù)式（3-9）可求得待測液體的粘滯系數(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟 1在大燒杯內(nèi)注入一定室溫的清水，以不溢出杯外為度，作為恒溫槽。2用蒸餾水將粘度計內(nèi)部清洗干凈并甩干，將其鉛直地固定在物理支架上，放在恒溫槽中。3用移液管將一定量的蒸餾水（一般取510ml）由管口c注入a泡。注意：取水和取待測液體的用具不要混用，每次應(yīng)沖洗干凈。4用洗耳球?qū)⒄麴s水吸入b泡，使其液面略高于刻痕m，然后讓液體在重力作用下經(jīng)毛細(xì)管l流下。當(dāng)液面降至痕線m時，按動秒表開始計時，液面降至痕線n時，按停秒表，記下所需時間t1。重復(fù)測量t1三次。 5將蒸餾水換成待測液體乙醇，重復(fù)上述步驟3和步驟4，測

10、量同體積的乙醇流經(jīng)毛細(xì)管時所用時間 t2，重復(fù)測量三次。（先將粘度計用待測液體乙醇清洗一下） 6測量恒濕槽中水的溫度t.數(shù)據(jù)記錄與處理 查表與記錄： t = 蒸餾水的密度 = kg /m3 乙醇的密度 = kg /m3 蒸餾水的粘度系數(shù) = pas 數(shù) 項(xiàng) 值 目 次 數(shù) 蒸 餾 水 t1(s)乙 醇t2(s)t1的絕對誤差t1(s)t2的絕對誤差t2(s)123平 均計算： 結(jié)果： 思考題 1為什么要取相同體積的待測液體和標(biāo)準(zhǔn)液體進(jìn)行測量？ 2為什么實(shí)驗(yàn)過程中要將粘度計浸在水中？ 3測量過程中為什么必須使粘度計保持豎直位置？方法三： 用斯托克斯公式測定液體的粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 掌握用斯托

11、克斯公式測定液體的粘滯系數(shù)的方法。2 2 熟悉使用基本測量儀器。實(shí)驗(yàn)器材盛有被測液體（甘油）的量筒、溫度計、鑷子、小球（1.0mm鋼滾珠）、秒表、米尺、千分尺、提網(wǎng)等。實(shí)驗(yàn)原理 一個半徑為的r小球，以速度v在無限廣闊的液體中運(yùn)動,當(dāng)速度較?。ú划a(chǎn)生旋渦）時，根據(jù)斯托克斯定律，它所受到的粘滯阻力為 （3-10） 需要指出，力f并不是小球表面和流體之間的摩擦力，而是附著在小球表面同小球一起運(yùn)動的一層液體與周圍液體之間的內(nèi)摩擦力。為液體的粘滯系數(shù)或內(nèi)摩擦系數(shù)，它與小球的質(zhì)料無關(guān)，僅取決于液體的種類和溫度。的單位為pas. 在本實(shí)驗(yàn)中，是使小球在甘油中豎直下落，當(dāng)下落速度增到一定數(shù)值時，小球受到的粘滯

12、阻力和重力、浮力達(dá)到平衡，因此小球以勻速度開始下落，這樣就可測定它的下落速度，由（3-10）式和平衡條件可得 （3-11）或分別是小球和液體的密度。由（3-11）式可得 （3-12）但此式僅以流體為無限廣闊的情況下方能成立，實(shí)際上小球是在內(nèi)直徑為d1的量筒中下落，因此還需加上一校正系數(shù)，同時注意到= l / t（l和t 分別為小球下落的距離和時間），r = d2 / 2（d2為小球直徑），于是（3-12）式應(yīng)改為 （3-13） 在本實(shí)驗(yàn)中，取，g = 9.8m/s2，已知小球密度=7.800103kg / m3，甘油的密度=1.260103kg / m3，測得l、t、d2等量，便可由（3-13

13、）式算出被測液體甘油的粘滯系數(shù).實(shí)驗(yàn)步驟 1用千分尺測定小球直徑d2五次。2. 將小球放在盛有被測液體（甘油）的量筒管中央，使其在液體中徐徐下落。當(dāng)落至量筒上部刻線a（見圖3-4）時，啟動秒表，當(dāng)落至下部刻線b時，停止秒表，測出小球通過a、b刻線間所需時間t（注意眼睛應(yīng)平視刻線a、b）。 3用提網(wǎng)將小球提起，重復(fù)步驟2，測五次。 4記下油溫（即室溫t），用米尺量a、b間的距離l，測五次。5由（3-13）式分別計算出五次測量所得甘油的粘滯系數(shù)，再算出其平均值。6算出五次測量的絕對誤差，再算出平均絕對誤差、平均相對誤差，并將結(jié)果表示成的標(biāo)準(zhǔn)形式。 數(shù)據(jù)記錄與處理項(xiàng)次 數(shù) 目d2（m）t（s）l（m

14、）（pas）（pas）12345平 均 結(jié)果： 注意事項(xiàng)甘油必須靜止，油中應(yīng)無氣泡，小球表面必須清潔，表面不帶氣泡，筒要鉛直；小球應(yīng)在筒中心徐徐下落，刻線a不能取在靠近液面處；用提網(wǎng)將小球提起時，注意別讓小球從提網(wǎng)與筒間的縫隙掉落筒底。附錄附表1 不同溫度下酒精的密度(103kg / m3 )t / 密 度t / 密 度t / 密 度t / 密 度0 0.8065 0.80210 0.79911 0.79712 0.79613 0.79514 0.79515 0.79416 0.79317 0.79218 0.79119 0.79020 0.78921 0.78822 0.78723 0.78

15、624 0.78625 0.78526 0.78427 0.78428 0.78329 0.78230 0.78140 0.77250 0.76390 0.754附表2 不同溫度下純水的密度(103kg / m3 )t / 密 度t / 密 度t / 密 度t / 密 度0 0.999871 0.999932 0.999973 0.999994 1.000005 0.999996 0.999977 0.999938 0.999889 0.9998110 0.9997311 0.9996312 0.9995213 0.9994014 0.9992715 0.9991316 0.9998717 0

16、.9988018 0.9986219 0.9984320 0.9982321 0.9980222 0.9978023 0.9975624 0.9973225 0.9970726 0.9968122 22 0.78723 0.78624 0.78625 0.78526 0.78427 0.9965428 0.9962629 0.9959730 0.9956731 0.9953732 0.9950533 0.9947334 0.9944035 0.99406附表3 水在130 的粘滯系數(shù)(10-3 pas ) t / 粘滯系數(shù)t / 粘滯系數(shù)t / 粘滯系數(shù)1 1.73132 1.67283 1.

17、61914 1.56745 1.51886 1.47287 1.42848 1.38609 1.346210 1.307711 1.271312 1.236013 1.202814 1.170915 1.140416 1.111117 1.082818 1.055919 1.029920 1.005021 0.981022 0.957923 0.935824 0.914225 0.893726 0.873727 0.854528 0.836029 0.818030 0.8007注：實(shí)驗(yàn)中溫度可記到度以后一位數(shù)（或兩位數(shù)）。例如，15.78，這時從表中只能查出15和16所對應(yīng)的粘度系數(shù)分別為1.140410-3 pas和1.111110-3 pas，可見從15上升到16時的1中，水的粘滯系數(shù)降低了（1.140410-3-1.111110-3）pas，于是可以認(rèn)為從15上升到15.78的0.78中，其粘滯系數(shù)降低了0.78（1.1404-1.1111）10-3pas，因此15.78的水的粘滯系數(shù)即為1.1404-0.