落球法測量液體粘滯系數(shù)doc

1、落球法測量液體粘滯系數(shù)各種實際液體具有不同程度的粘滯性，當(dāng)液體流動時，平行于流動方向的各層流體速度都不相同，即存在著相對滑動，于是在各層之間就有摩擦力產(chǎn)生，這一摩擦力稱為粘滯力，它的方向平行于接觸面，其大小與速度梯度及接觸面積成正比，比例系數(shù)”稱為粘度，它是表征液體粘滯性強弱的重要參數(shù)。液體的粘滯性的測量是非常重要的，例如，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)，許多心血管疾病都與血液粘度的變化有關(guān)，血液粘度的增大會使流入人體器官和組織的血流量減少，血液流速減緩，使人體處于供血和供氧不足的狀態(tài)，這可能引起多種心腦血管疾病和其他許多身體不適癥狀。因此，測量血粘度的大小是檢查人體血液健康的重要標(biāo)志之一。又如，石油在封閉管道

2、中長距離輸送時，其輸運特性與粘滯性密切相關(guān)，因而在設(shè)計管道前，必須測量被輸石油的粘度。測量液體粘度有多種方法，本實驗所采用的落球法是一種絕對法測量液體的粘度。如果一小球在粘滯液體中鉛直下落，由于附著于球面的液層與周圍其他液層之間存在著相對運動，因此小球受到粘滯阻力，它的大小與小球下落的速度有關(guān)。當(dāng)小球作勻速運動時，測出小球下落的速度，就可以計算出液體的粘度。【實驗?zāi)康摹? 學(xué)習(xí)用激光光電傳感器測量時間和物體運動速度的實驗方法2 用斯托克斯公式采用落球法測量油的粘滯系數(shù)（粘度）3 觀測落球法測量液體粘滯系數(shù)的實驗條件是否滿足，必要時進(jìn)行修正。【實驗原理】1當(dāng)金屬小球在粘性液體中下落時，它受到三個

3、鉛直方向的力：小球的重力 mg（ m為小球質(zhì)量） 、液體作用于小球的浮力 gV （ V 是小球體積， 是液體密度）和粘滯阻力F （其方向與小球運動方向相反）。如果液體無限深廣，在小球下落速度 v較小 情況下，有F 6 rv（1）上式稱為斯托克斯公式， 其中r是小球的半徑；稱為液體的粘度，其單位是Pa so小球開始下落時，由于速度尚小，所以阻力也不大；但隨著下落速度的增大, 阻力也隨之增大。最后，三個力達(dá)到平衡，即 于是，小球作勻速直線運動，由上式可得: 令小球的直徑為d,并用m d3 ', v ； r d代入上式得6t2'2（ ）gd t18 l（2）其中為小球材料的密度，l為

4、小球勻速下落的距離，t為小 球下落l距離所用的時間。2.實驗時，待測液體必須盛于容器中（如圖 2所示），故不 能滿足無限深廣的條件，實驗證明，若小球沿筒的中心軸線 下降，式（2）須做如下改動方能符合實際情況:2( )gd t118ldd(1 2.4 )(1 1.6 )D H其中D為容器內(nèi)徑，H為液柱高度。3、實驗時小球下落速度若較大，例如氣溫及油溫較高，鋼珠從油中下落時，可能 出現(xiàn)湍流情況，使公式（1）不再成立，此時要作另一個修正（詳見附錄1）【實驗裝置】實驗裝置主要有：落球法粘滯系數(shù)測定儀 （參見圖3）、小鋼球、蔗麻油、米尺、千分尺、游標(biāo)卡尺、液體密度計、電子分析天平、激光光電計時儀、溫度計

5、和比重瓶等。（若實驗室給出鋼球材料密度，可不必用電子分析天平）圖3 FD-VM-II落球法液體粘滯系數(shù)測定【實驗內(nèi)容】1 .調(diào)整粘滯系數(shù)測定儀及實驗準(zhǔn)備1）調(diào)整底盤水平，在儀器橫梁中間部位放重錘部件，調(diào)節(jié)底盤旋紐，使重錘對準(zhǔn) 底盤的中心圓點。2）將實驗架上的上、下兩個激光器接通電源，可看見其發(fā)出紅光。調(diào)節(jié)上、下兩 個激光器，使其紅色激光束平行地對準(zhǔn)錘線。3）收回重錘部件，將盛有被測液體的量筒放置到實驗架底盤中央，并在實驗中保 持位置不變。4）在實驗架上放上鋼球?qū)Ч?。小球用乙醴、酒精混合液清洗干凈，并用濾紙吸干 殘液，備用。5）將小球放入銅質(zhì)球?qū)Ч?，看其是否能阻擋光線，若不能，則適當(dāng)調(diào)整激光器位

6、2 .用溫度計測量油溫，在全部小球下落完后再測量一次油溫，取平均值作為實際油溫。3 .用電子分析天平測量1020顆小鋼球的質(zhì)量m,用比重瓶法測其體積，計算小 鋼球的密度。用液體密度計測量蔗麻油的密度 。用游標(biāo)卡尺測量筒的內(nèi)徑 D,用鋼尺測量油柱深度H o4 .用秒表測量下落小球的勻速運動速度1）測量上、下二個激光束之間的距離。2）用千分尺測量小球直徑，將小球放入導(dǎo)管，當(dāng)小球落下，阻擋上面的紅色激光 束時，光線受阻，此時用秒表開始計時，到小球下落到阻擋下面的紅色激光束時， 計時停止，讀出下落時間，重復(fù)測量 6次以上。最后計算蔗麻油的粘度。5 .用激光光電門（關(guān)于光電門，請參閱產(chǎn)品說明書）與電子計

7、時儀器代替電子秒表，測量液體的粘度（注意：激光束必須通過玻璃圓筒中心軸），將測量結(jié)果與公認(rèn)值進(jìn)行比較?！緦嶒灁?shù)據(jù)】（注：以下數(shù)據(jù)不作為儀器驗收標(biāo)準(zhǔn)，僅供實驗時參考）待測液體是蔗麻油。用激光光電傳感器測量全程和半程時間。油溫 =15.90 C；小球密度 =103Kgnt油的密度 =103 Kgm量筒直徑 =6.72cm；全程距離S=20.12cm；近似半程距離S1=10.70cm。表1小球下落平均速度數(shù)據(jù)小球直徑d /mm半程時間t1 /s全程時間t2/S半程速度v1/ cm s 1全程速度v2/ cm s 1由表1中V1和V2的對比可知，兩者差距很小，因此，可以認(rèn)為小球整個下落過 程中為勻速運動?？紤]到實驗并不是在無限深廣的情況下進(jìn)行，須對測量結(jié)果進(jìn)行修正，即速度v 應(yīng)修正為：v v0(1 2.4d/D)(1 3.3d/2H)本實驗中的H =53.40cm,將d , D , H帶入公式(3),計算得 =Pa s ,兩者相 差此結(jié)果已達(dá)到實驗準(zhǔn)確度要求。說明：由于液體粘滯與溫度關(guān)系密切，所以溫度必須測準(zhǔn)，否則測量結(jié)果與公認(rèn)值查出結(jié)果含有一定差別，而=15.90