用毛細(xì)管法測定液體的粘滯系數(shù)

1、用毛細(xì)管法測定液體的粘滯系數(shù)自然界中，一切實(shí)際流體(氣體、液體)都具有一定的粘滯性，這可以由流體抗拒形變的內(nèi)摩擦而顯示出來。眾所周知，作用于靜止流體及運(yùn)動(dòng)中的所謂理想流體任一表面上的力只有法向力(即正壓力)；但是對(duì)于實(shí)際流體而言，當(dāng)相鄰兩層流體各以不同的定向速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體分子的相互作用，就會(huì)產(chǎn)生平行于接觸面的切向力。如圖所示，運(yùn)動(dòng)快的流層對(duì)運(yùn)動(dòng)慢的流層以拉力，運(yùn)動(dòng)慢的流層則對(duì)運(yùn)動(dòng)快的流層施以阻力，這一對(duì)力被稱為內(nèi)摩擦力，或粘滯力。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于給定的流體，作用于接觸面積為的相鄰兩流層上的粘滯力，系與垂直于方向上的速度梯度以及接觸面積呈正比，其方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，即： (26.1)式(26

2、.1)就是決定流體內(nèi)摩擦力大小的牛頓粘滯定律。其中，比例系數(shù)是由流體本身性質(zhì)決定的、反應(yīng)流體粘滯性大小的物理量，稱為粘滯系數(shù)(又稱動(dòng)力粘度，簡稱粘度)，其單位為：帕秒()。相當(dāng)于速度梯度為時(shí)，作用在接觸面積上的力為的流體所具有的粘度，即： 。不同流體具有不同的粘度，同一種流體在不同溫度下的粘度也很不相同，而且流體的粘度還與壓強(qiáng)有關(guān)，但不甚顯著。氣體的粘度很小，且于成比例。由于液體分子間距比氣體小千倍以上，層間分子的相互作用力成為產(chǎn)生內(nèi)摩擦的主要原因，所以其粘度比氣體大倍。且其粘度隨溫度的升高幾乎按指數(shù)規(guī)律地減小，有經(jīng)驗(yàn)公式： (26.2)其中，為流體在時(shí)的粘度，為因液體種類或溫度范圍而異的常數(shù)

3、。對(duì)水而言：當(dāng)及時(shí)，溫度在范圍內(nèi)，與精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差不大于。因此，(26.2) 式可以用來驗(yàn)證我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。測定流體的粘度可以有很多種方法，諸如：（）用各種毛細(xì)管粘滯計(jì)、 （）旋轉(zhuǎn)圓筒法、（）利用斯托克斯公式的落球法以及（）由觀察阻尼振動(dòng)的方法測定粘滯系數(shù)等進(jìn)行測量。一目的要求1. 了解粘滯現(xiàn)象的基本規(guī)律及粘滯系數(shù)的測定方法；2. 根據(jù)泊肅葉公式測定水的粘滯系數(shù)；3. 熟悉運(yùn)用讀數(shù)顯微鏡測微小長度。二原理本實(shí)驗(yàn)是讓水從毛細(xì)管中流過，通過測水的流量，根據(jù)泊肅葉公式求出表征水的粘度大小的粘滯系數(shù)，對(duì)于粘度較小的液體，這種測定方法簡單可行?？梢宰C明(見附錄5)：粘滯系數(shù)為的流體，在內(nèi)徑均勻的毛細(xì)

4、管中作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，秒內(nèi)流經(jīng)毛細(xì)管任一截面的體積為： (26.3) 式(26.3)即泊肅葉公式。其中，為毛細(xì)管直徑；為毛細(xì)管長度；為毛細(xì)管兩端的壓力差。若以分別表示容器內(nèi)開始及停止計(jì)時(shí)的瞬間所對(duì)應(yīng)的液面高度，而以表示毛細(xì)管的出口高度，則可以證明(見附錄5)： (26.4)將式(26.3)改寫為： (26.5)式(26.5)即為粘滯系數(shù)的計(jì)算式。式中右側(cè)諸量均可在實(shí)驗(yàn)中測得。其中，按(26.4) 式計(jì)算。三儀器用具毛細(xì)管粘滯計(jì)；袖珍讀數(shù)顯微鏡；溫度計(jì)；秒表；燒杯兩只；待測液體：水等。毛細(xì)管粘滯計(jì)結(jié)構(gòu)如圖26-2所示。帶有“”刻度的柱狀玻璃容器V與玻璃毛細(xì)管L相連，一起被固定在附有“”分格直角坐標(biāo)紙

5、的讀數(shù)板M上，M固定在支架上，并可通過調(diào)節(jié)地腳螺絲N使其處于鉛直(可由水準(zhǔn)儀Z或鉛垂判斷)。為防止灰塵落入，不用時(shí)由橡膠塞K將柱狀容器蓋上，毛細(xì)管長度作為已知在讀數(shù)板上給出(也可以由讀數(shù)板之刻度求取)，并備有毛細(xì)管直徑測量樣品兩段。使用時(shí)，打開橡膠塞K，將已知溫度(室溫附近)的待測液體注入V內(nèi)，即可進(jìn)行測量。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)好儀器后，將預(yù)先準(zhǔn)備好并已測得初溫（接近室溫）的待測樣品自來水緩緩注入容器V內(nèi)，記錄確認(rèn)的液體體積（約）流經(jīng)毛細(xì)管所用的時(shí)間t，并記下相應(yīng)上、下液面及毛細(xì)管出口相對(duì)于參考面“0”的高度：及。最后在接水容器（燒杯）內(nèi)測出液體之末溫。以相同體積及相同高度重復(fù)測溫度及流量三次，以期分

6、別求出不同溫度下該液體的粘滯系數(shù)。以袖珍讀數(shù)顯微鏡分別在不同位置的互垂方向測量毛細(xì)管兩端樣品的直徑各四次，然后求其平均值。將測得數(shù)據(jù)代入(26.5)式，分別求出不同溫度下的粘滯系數(shù)。*4將與經(jīng)驗(yàn)公式(26.2) 式計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，求的定值誤差。 五注意事項(xiàng)：由于與液體純度有很大關(guān)系，因此實(shí)驗(yàn)用粘滯計(jì)及所用容器預(yù)先均用重鉻酸鉀在濃硫酸中的飽和溶液(即洗液)浸洗過，并反復(fù)沖洗，故實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意防止儀器用具的污染，保持其潔凈，用后隨時(shí)注意蓋上橡膠塞及將燒杯倒置。玻璃儀器、用具易碎，用時(shí)小心。注意愛惜停表，防止撞擊或摔落地面。水流過程中，毛細(xì)管內(nèi)不得夾有氣泡；若計(jì)時(shí)前，毛細(xì)管內(nèi)有氣泡而不下流，可將水注滿柱狀容器，然后用K輕輕擠壓，即可暢流。實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)善于發(fā)現(xiàn)是否有雜質(zhì)微粒將毛細(xì)管部分堵塞，以防影響應(yīng)有流量；如有發(fā)現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)找指導(dǎo)教師予以排除。實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)熟悉觀察及讀取液面的方法，以減小之誤差。實(shí)驗(yàn)完畢將儀器整理復(fù)原。六考查題 本實(shí)驗(yàn)中，下列各物理量：及怎樣通過已提供的儀器測出？何時(shí)進(jìn)行測量為佳？ 為什么要求選擇室溫水作為待測樣品？怎樣才能保證實(shí)