落球法測(cè)量液體粘滯系數(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上落球法測(cè)量液體粘滯系數(shù)各種實(shí)際液體具有不同程度的粘滯性，當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，平行于流動(dòng)方向的各層流體速度都不相同，即存在著相對(duì)滑動(dòng)，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(qiáng)弱的重要參數(shù)。液體的粘滯性的測(cè)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(huì)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(cè)量血粘度的大小是檢查人體血液健康的重要標(biāo)志之

2、一。又如，石油在封閉管道中長(zhǎng)距離輸送時(shí)，其輸運(yùn)特性與粘滯性密切相關(guān)，因而在設(shè)計(jì)管道前，必須測(cè)量被輸石油的粘度。測(cè)量液體粘度有多種方法，本實(shí)驗(yàn)所采用的落球法是一種絕對(duì)法測(cè)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(duì)運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)出小球下落的速度，就可以計(jì)算出液體的粘度。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 學(xué)習(xí)用激光光電傳感器測(cè)量時(shí)間和物體運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)方法2 用斯托克斯公式采用落球法測(cè)量油的粘滯系數(shù)（粘度）3 觀測(cè)落球法測(cè)量液體粘滯系數(shù)的實(shí)驗(yàn)條件是否滿足，必要時(shí)進(jìn)行修正?！緦?shí)驗(yàn)原理】1當(dāng)金屬小球在粘性

3、液體中下落時(shí)，它受到三個(gè)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（是小球體積，是液體密度）和粘滯阻力（其方向與小球運(yùn)動(dòng)方向相反）。如果液體無(wú)限深廣，在小球下落速度較小情況下，有 （1）上式稱為斯托克斯公式，其中是小球的半徑；稱為液體的粘度，其單位是。小球開始下落時(shí)，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(gè)力達(dá)到平衡，即于是，小球作勻速直線運(yùn)動(dòng)，由上式可得：令小球的直徑為，并用，代入上式得圖2 實(shí)驗(yàn)裝置 （2）其中為小球材料的密度，為小球勻速下落的距離，為小球下落距離所用的時(shí)間。2實(shí)驗(yàn)時(shí)，待測(cè)液體必須盛于容器中（如圖2所示），故不能

4、滿足無(wú)限深廣的條件，實(shí)驗(yàn)證明，若小球沿筒的中心軸線下降，式（2）須做如下改動(dòng)方能符合實(shí)際情況： (3) 其中為容器內(nèi)徑，為液柱高度。3、實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)，可能出現(xiàn)湍流情況,使公式（1）不再成立, 此時(shí)要作另一個(gè)修正(詳見附錄1)。【實(shí)驗(yàn)裝置】實(shí)驗(yàn)裝置主要有：落球法粘滯系數(shù)測(cè)定儀(參見圖3)、小鋼球、蓖麻油、米尺、千分尺、游標(biāo)卡尺、液體密度計(jì)、電子分析天平、激光光電計(jì)時(shí)儀、溫度計(jì)和比重瓶等。（若實(shí)驗(yàn)室給出鋼球材料密度，可不必用電子分析天平）【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】圖3 FD-VM-II 落球法液體粘滯系數(shù)測(cè)定儀結(jié)構(gòu)圖 1調(diào)整粘滯系數(shù)測(cè)定儀及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1）調(diào)整底盤水

5、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(duì)準(zhǔn)底盤的中心圓點(diǎn)。2）將實(shí)驗(yàn)架上的上、下兩個(gè)激光器接通電源，可看見其發(fā)出紅光。調(diào)節(jié)上、下兩個(gè)激光器，使其紅色激光束平行地對(duì)準(zhǔn)錘線。3）收回重錘部件，將盛有被測(cè)液體的量筒放置到實(shí)驗(yàn)架底盤中央，并在實(shí)驗(yàn)中保持位置不變。4）在實(shí)驗(yàn)架上放上鋼球?qū)Ч?。小球用乙醚、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埽雌涫欠衲茏钃豕饩€，若不能，則適當(dāng)調(diào)整激光器位置。2用溫度計(jì)測(cè)量油溫，在全部小球下落完后再測(cè)量一次油溫，取平均值作為實(shí)際油溫。3用電子分析天平測(cè)量1020顆小鋼球的質(zhì)量，用比重瓶法測(cè)其體積，計(jì)算小鋼球的密度。用液體密度計(jì)

6、測(cè)量蓖麻油的密度。用游標(biāo)卡尺測(cè)量筒的內(nèi)徑，用鋼尺測(cè)量油柱深度。4用秒表測(cè)量下落小球的勻速運(yùn)動(dòng)速度1）測(cè)量上、下二個(gè)激光束之間的距離。2）用千分尺測(cè)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(shí)，光線受阻，此時(shí)用秒表開始計(jì)時(shí)，到小球下落到阻擋下面的紅色激光束時(shí)，計(jì)時(shí)停止，讀出下落時(shí)間，重復(fù)測(cè)量6次以上。最后計(jì)算蓖麻油的粘度。5用激光光電門（關(guān)于光電門，請(qǐng)參閱產(chǎn)品說(shuō)明書）與電子計(jì)時(shí)儀器代替電子秒表，測(cè)量液體的粘度（注意：激光束必須通過(guò)玻璃圓筒中心軸），將測(cè)量結(jié)果與公認(rèn)值進(jìn)行比較?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】（注：以下數(shù)據(jù)不作為儀器驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，僅供實(shí)驗(yàn)時(shí)參考）待測(cè)液體是蓖麻油。用激光光電傳感器測(cè)量全程

7、和半程時(shí)間。油溫=15.90；小球密度=7.9010Kg/m,油的密度=0.96010Kg/m量筒直徑=6.72cm；全程距離=20.12cm；近似半程距離=10.70cm。表1 小球下落平均速度數(shù)據(jù)小球直徑/mm半程時(shí)間/s全程時(shí)間/s半程速度/全程速度/0.99339.7674.140.2690.271由表1中和的對(duì)比可知，兩者差距很小，因此，可以認(rèn)為小球整個(gè)下落過(guò)程中為勻速運(yùn)動(dòng)?？紤]到實(shí)驗(yàn)并不是在無(wú)限深廣的情況下進(jìn)行，須對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，即速度應(yīng)修正為： 本實(shí)驗(yàn)中的=53.40cm，將,帶入公式（3），計(jì)算得=1.33 ，兩者相差2.8%,此結(jié)果已達(dá)到實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度要求。說(shuō)明：由于液體粘滯與溫度關(guān)系密切，所以溫度必須測(cè)準(zhǔn)，否則測(cè)量結(jié)果與公認(rèn)值查出結(jié)果含有一定差別，而=15.90