液體黏度的測(cè)定-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告液體黏度的測(cè)定各種實(shí)際液體都具有不同程度的黏滯性。 當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，平行于流動(dòng)方向的 各層流體之間，其速度都不相同，即各層間存在著滑動(dòng)，于是在層與層之間就有 摩擦力產(chǎn)生。這一摩擦力稱(chēng)為“黏滯力”。它的方向在接觸面內(nèi)，與流動(dòng)方向相 反，其大小與接觸面面積的大小及速度梯度成正比，比例系數(shù)稱(chēng)為“黏度”(又稱(chēng)黏滯系數(shù)，viscosity )。它表征液體黏滯性的強(qiáng)弱，液體黏度與溫度有很大 關(guān)系，測(cè)量時(shí)必須給出其對(duì)應(yīng)的溫度。 在生產(chǎn)上和科學(xué)技術(shù)上，凡是涉及流體的 場(chǎng)合，譬如飛行器的飛行、液體的管道輸送、機(jī)械的潤(rùn)滑以及金屬的熔鑄、焊接 等，無(wú)不需要考慮黏度問(wèn)題。測(cè)量液體黏度的方法很多，通常有：管流

2、法。讓待測(cè)液體以一定的流量流 過(guò)已知管徑的管道，再測(cè)出在一定長(zhǎng)度的管道上的壓降，算出黏度。落球法。 用已知直徑的小球從液體中落下，通過(guò)下落速度的測(cè)量，算出黏度。旋轉(zhuǎn)法。 將待測(cè)液體放入兩個(gè)不同直徑的同心圓筒中間，一圓筒固定，另一圓筒以已知角 速度轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)所需力矩的測(cè)量，算出黏度。奧氏黏度計(jì)法。已知容積的液體， 由已知管徑的短管中自由流出，通過(guò)測(cè)量全部液體流出的時(shí)間， 算出黏度。本實(shí) 驗(yàn)基于教學(xué)的考慮，所采用的是奧氏黏度計(jì)法。實(shí)驗(yàn)一落球法測(cè)量液體黏度一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解有關(guān)液體黏滯性的知識(shí)，學(xué)習(xí)用落球法測(cè)定液體的黏度；2、掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法。二、【實(shí)驗(yàn)原理】將液體放在兩玻璃板之間，下

3、板固定，而對(duì)上板施以一水平方向的恒力，使 之以速度v勻速移動(dòng)。黏著在上板的一層液體以速度 v移動(dòng)；黏著于下板的一層 液體則靜止不動(dòng)。液體自上而下，由于層與層之間存在摩擦力的作用， 速度快的 帶動(dòng)速度慢的，因此各層分別以由大到小的不同速度流動(dòng)。它們的速度與它們與 下板的距離成正比，越接近上板速度越大。這種液體流層間的摩擦力稱(chēng)為“黏滯 力” (viscosity force )。設(shè)兩板間的距離為x,板的面積為s。因?yàn)闆](méi)有加速 度，板間液體的黏滯力等于外作用力，設(shè)為 f。由實(shí)驗(yàn)可知，黏滯力f與面積s 及速度v成正比，而與距離x成反比，即f s-(2-5-1 )x式中，比例系數(shù)”即為“黏度”。”的單位

4、是“帕斯卡秒”(pa-s)或kg m-1 s-1o某些液體黏度的參考值見(jiàn)附錄i。當(dāng)一個(gè)小球在液體中緩慢下落時(shí)，它受到三個(gè)力的作用：重力、浮力和黏滯 力。如果小球的運(yùn)動(dòng)滿(mǎn)足下列條件：在液體中下落時(shí)速度很??；球體積很小; 液體在各個(gè)方向上都是無(wú)限寬廣的，斯托克斯(.stokes )指出，這時(shí)的黏滯 力為f 6 vr(2-5-2 )式中“為黏度；v為小球下落速度；r為小球半徑。此式即著名的“斯托克斯公 式”。小球下落時(shí)，三個(gè)力都在豎直方向，重力向下，浮力和黏滯力向上。由式(2-5-2)知，黏滯力是隨小球下落速度的增加而增加的。顯然，如小球從液面 下落，開(kāi)始是加速運(yùn)動(dòng)，但當(dāng)速度達(dá)到一定大小時(shí)，三個(gè)力的

5、合力為零，小球則 開(kāi)始勻速下落。設(shè)這時(shí)速度為v, v稱(chēng)為“終極速度”。此時(shí)43-r3(o)g 6 rv2-5-33式中，p為小球密度；p 0是液體密度。由此得-(0)-(2-5-4 )9 v口m.尸e _ 圖2-5-1落球法測(cè)定液體黏度所用的容器我們?cè)趯?shí)驗(yàn)操作時(shí)，并不能完全滿(mǎn)足式(2-5-2 )所要求的條件。首先液體不是無(wú)限寬廣的，是放在如圖2-5-1所示的容器中的，因此就不能完全不考慮液 體邊界的影響。設(shè)圓筒的直徑為d,液體的高度為h,小球從圓筒的中心線下落, 那么(2-5-4 )式應(yīng)修正為18d2h0)gd2dv(1 2.4 )(1 3.3d式中，d為小球直徑。由于高度h的影響實(shí)際上很小，

6、可以略掉相應(yīng)的修正項(xiàng)，又v 力，l為圓筒上二標(biāo)線間的距離，t為小球通過(guò)距離l所用時(shí)間，則上式 變?yōu)? ( o)gtd18 l(1 嗎(2-5-5 )由該式即可計(jì)算出黏度”另外，在實(shí)驗(yàn)觀測(cè)時(shí)式（2-5-2）是否適用，還和其他影響因素有關(guān)，對(duì)這 方面的問(wèn)題有興趣的同學(xué)請(qǐng)參見(jiàn)附錄n實(shí)驗(yàn)二奧氏粘度計(jì)測(cè)量液體粘滯系數(shù)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹空莆諍W氏粘度計(jì)測(cè)定液體粘滯系數(shù)的原理和方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】奧氏粘度計(jì)、量筒、燒杯、秒表、移液管、洗耳球、溫度計(jì)、甘油、水等。圖1奧氏黏度計(jì)三、【實(shí)驗(yàn)原理】1 .由泊肅葉公式可知，當(dāng)液體在一段水平圓形管道中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)， 單位時(shí)間 內(nèi)流出圓管的液體體積為_(kāi) 4 _(d冗r4 p8 l

7、式中r為管道的的截面半徑，l為管道的長(zhǎng)度，刀為流動(dòng)液體的粘滯系數(shù)，？p為 管道兩端液體的壓強(qiáng)差。如果先測(cè)出 v、r、？p、l,則可以求出流量 q2 .但測(cè)量過(guò)多容易導(dǎo)致誤差偏大，為了避免測(cè)量量過(guò)多而產(chǎn)生的誤差， 奧斯 瓦爾德設(shè)計(jì)出一種粘度計(jì)（見(jiàn)圖1）,采用比較法進(jìn)行測(cè)量。取一種已知粘滯系 數(shù)的液體和一種待測(cè)粘滯系數(shù)的液體，設(shè)它們的粘滯系數(shù)分別為q1和刀2 ,令同體積v的兩種液體在同樣條件下，由于重力的作用通過(guò)奧氏黏度計(jì)的毛細(xì)管 db ,分別測(cè)出他們所需的時(shí)間t 1和t 2 ,兩種液體的密度分別為p 1、p 2。則v=v,即 qt 產(chǎn)qt2則r4 p18 1lt1 =r4 p28 2lt2即得_

8、25(2)141粘度計(jì)兩管液面的高度差？h隨時(shí)間連續(xù)變化，由于兩種液體流過(guò)毛細(xì)管有同 樣的過(guò)程，則壓強(qiáng)比為pp2將(3)式代入(2)式，得2故測(cè)出等量液體流經(jīng)db的時(shí)間出待測(cè)液體的粘滯系數(shù)。四、【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】(1)用玻璃燒杯盛清水置于桌上待用，并使其溫度與室溫相同，洗滌黏度計(jì)，豎直地夾在試管架上。(2)用移液管經(jīng)黏度計(jì)粗管端注入10毫升水。用洗耳球?qū)⑺畨喝爰?xì)管刻度 c 以上，用手指壓住細(xì)管口，以免液面下降。(3)松開(kāi)手指，液面下降，當(dāng)夜面下降至刻度 c時(shí)，啟動(dòng)秒表，在液面經(jīng)過(guò) 刻度d時(shí)停止秒表，記下時(shí)間ti。(4)重復(fù)步驟(2)、(3)測(cè)量10次，取ti平均值。(5)用水清洗黏度計(jì)兩次。(6)取10毫升的酒精作同樣實(shí)驗(yàn)，求出時(shí)間t2的平均值。1g h2g h(3)2t 21t1(4)t1和t2,根據(jù)已知數(shù)p1、p 2、t1 1,即可求五、【數(shù)據(jù)記錄與處理液體流出液體的時(shí)間t (s)平均值t (s)溫度t (c)該溫度卜的密度p (g cm-3)水t 1t112p 1酒精t 2t214p2二12時(shí)，產(chǎn)s故由公式(4)2t2itl1可3算得酒精的黏度