實驗二落球法測液體的粘滯系數(shù)

1、 實驗二 落球法測液體的粘滯系數(shù)【實驗?zāi)康摹烤毩?xí)用停表計時，用螺旋測微器測直徑。掌握落球法測不同溫度下蓖麻油的黏度?！緦嶒瀮x器】落球法變溫黏度測量儀變溫粘度儀的外型如圖1所示。待測液體裝在細(xì)長的樣品管中，能使液體溫度較快的與加熱水溫達(dá)到平衡，樣品管壁上有刻度線，便于測量小球下落的距離。樣品管外的加熱水套連接到溫控儀，通過熱循環(huán)水加熱樣品。底座下有調(diào)節(jié)螺釘，用于調(diào)節(jié)樣品管的鉛直。 圖2 溫控實驗儀面板開放式PID溫控實驗儀溫控實驗儀包含水箱，水泵，加熱器，控制及顯示電路等部分。本溫控試驗儀內(nèi)置微處理器，帶有液晶顯示屏，具有操作菜單化，能顯示溫控過程的溫度變化曲線和功率變化曲線及溫度和功率的實時值

2、，能存儲溫度及功率變化曲線，控制精度高等特點，儀器面板如圖2所示。開機(jī)后，水泵開始運轉(zhuǎn)，顯示屏顯示操作菜單，可選擇工作方式，輸入序號及室溫，設(shè)定溫度及PID參數(shù)。使用 鍵選擇項目， 鍵設(shè)置參數(shù)，按確認(rèn)鍵進(jìn)入下一屏，按返回鍵返回上一屏。進(jìn)入測量界面后，屏幕上方的數(shù)據(jù)欄從左至右依次顯示序號，設(shè)定溫度，初始溫度，當(dāng)前溫度，當(dāng)前功率，調(diào)節(jié)時間等參數(shù)。圖形區(qū)以橫坐標(biāo)代表時間，縱坐標(biāo)代表溫度（以及功率），并可用 鍵改變溫度坐標(biāo)值。儀器每隔15秒采集1次溫度及加熱功率值，并將采得的數(shù)據(jù)標(biāo)示在圖上。溫度達(dá)到設(shè)定值并保持兩分鐘溫度波動小于0.1度，儀器自動判定達(dá)到平衡，并在圖形區(qū)右邊顯示過渡時間ts，動態(tài)偏差，

3、靜態(tài)偏差e。一次實驗完成退出時，儀器自動將屏幕按設(shè)定的序號存儲（共可存儲10幅），以供必要時查看，分析，比較。停表電子停表具有多種功能。按功能轉(zhuǎn)換鍵，待顯示屏上方出現(xiàn) 符號，且第1和第6、7短橫線閃爍時，即進(jìn)入停表功能。此時按開始/停止鍵可開始或停止記時，多次按開始/停止鍵可以累計記時。一次測量完成后，按暫停/回零鍵使數(shù)字回零，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次測量。秒表計時使用說明：按A鍵直至秒表顯示，若秒表不為零。按B鍵停止計時，按C鍵復(fù)位到零。簡易計時：按B鍵開始計時；再按B鍵，停止計時；（重復(fù)按B鍵，重復(fù)開始/停止）停止計時后，按C鍵復(fù)位到零。分段計時：按B鍵開始計時；按C鍵顯示分段時間；（注意：內(nèi)部計時

4、持續(xù)）再按C鍵復(fù)位到計時；（重復(fù)按C鍵，顯示分段時間或復(fù)位）復(fù)位到計時后，按B鍵停止計時；按C鍵復(fù)位到零。兩段時間顯示；按B鍵開始計時；按C鍵顯示第一分段時間；按B鍵記憶第二分段時間；按C鍵顯示第二分段時間；再按C鍵復(fù)位到零。螺旋測微器圖3 螺旋測微器示意圖螺旋測微器又稱 HYPERLINK /html/201282110349.html 千分尺（micrometer）、螺旋測微儀、分厘卡，是比游標(biāo)卡尺更精密的測量長度的工具，用它測長度可以準(zhǔn)確到0.01mm，測量范圍為幾個厘米。螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，可動刻度有50個等分刻度，可動刻度旋轉(zhuǎn)一周，測微螺桿可前進(jìn)或后退0.5mm，

5、因此旋轉(zhuǎn)每個小分度，相當(dāng)于測微螺桿前進(jìn)或后退這0.5/50=0.01mm?？梢?，可動刻度每一小分度表示0.01mm，所以以螺旋測微器可準(zhǔn)確到0.01mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺。螺旋測微器使用方法如下：檢查零點：緩緩轉(zhuǎn)動微調(diào)旋鈕D，使測桿（F）和測砧（A）接觸，到棘輪發(fā)出聲音為止，此時可動尺（活動套筒）上的零刻線應(yīng)當(dāng)和固定套筒上的基準(zhǔn)線（長橫線）對正，否則有零誤差。測量：左手持尺架（C），右手轉(zhuǎn)動粗調(diào)旋鈕D使測桿F與測砧A間距稍大于被測物，放入被測物，轉(zhuǎn)動保護(hù)旋鈕D到夾住被測物，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動固定旋鈕G使測桿固定后讀數(shù)。讀數(shù)：1、先讀固定刻度；2、再讀

6、半刻度，若半刻度線已露出，記作 0.5mm；若半刻度線未露出，記作 0.0mm；3、再讀可動刻度（注意估讀一位）。記作 n0.01mm；4、最終讀數(shù)結(jié)果為固定刻度+半刻度+可動刻度。（圖3中讀7.294mm）注意事項:測量時，注意要在測微螺桿快靠近被測物體時應(yīng)停止使用旋鈕，而改用微調(diào)旋鈕，避免產(chǎn)生過大的壓力，既可使測量結(jié)果精確，又能保護(hù)螺旋測微器。在讀數(shù)時，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經(jīng)露出。讀數(shù)時，千分位有一位估讀數(shù)字，不能隨便扔掉，即使固定刻度的零點正好與可動刻度的某一刻度線對齊，千分位上也應(yīng)讀取為“0”。【實驗原理】當(dāng)液體內(nèi)各部分之間有相對運動時，接觸面之間存在內(nèi)摩擦力，阻礙

7、液體的相對運動，這種性質(zhì)成為液體的粘滯性，液體的內(nèi)摩擦力成為粘滯力。粘滯力的大小與接觸面面積以及接觸面處的速度梯度成正比，比例系數(shù)成為黏度（粘滯系數(shù)）。黏度的大小取決于液體的性質(zhì)與溫度，溫度升高，黏度減小，對于蓖麻油，在室溫附近溫度改變1，黏度約減小10%。1個在靜止液體中下落的小球受到重力、浮力和粘滯阻力3個力的作用，如果小球的速度v很小，且液體可以看成在各方向上都是無限廣闊的，則從流體力學(xué)的基本方程可以導(dǎo)出表示粘滯阻力的斯托克斯公式：（1）（1）式中d為小球直徑。由于粘滯阻力與小球速度v成正比，小球在下落很短一段距離后，所受3力達(dá)到平衡，小球?qū)⒁詖0勻速下落，此時有：（2）（2）式中為小球

8、密度，0為液體密度。由（2）式可解出粘度的表達(dá)式：（3）本實驗中，小球在直徑為D的玻璃管中下落，液體在各方向無限廣闊的條件不滿足，此時粘滯阻力的表達(dá)式可加修正系數(shù)(1+2.4d/D)，而（3）式可修正為：（4）當(dāng)小球的密度較大，直徑不是太小，而液體的粘度值又較小時，小球在液體中的平衡速度v0會達(dá)到較大的值，奧西思-果爾斯公式反映出了液體運動狀態(tài)對斯托克斯公式的影響：（5）其中Re稱為雷諾數(shù)，是表征液體運動狀態(tài)的無量綱參數(shù)。（6）當(dāng)Re小于0.1時，可認(rèn)為（1）、（4）式成立。當(dāng)0.1Re1時，應(yīng)考慮（5）式中1級修正項的影響，當(dāng)Re大于1時，還須考慮高次修正項。考慮（5）式中1級修正項的影響及

9、玻璃管的影響后，粘度1可表示為：（7）由于3Re/16是遠(yuǎn)小于1的數(shù)，將1/（1+3Re/16）按冪級數(shù)展開后近似為13Re/16，（7）式又可表示為：（8）已知或測量得到、0、D、d、v等參數(shù)后，由（4）式計算粘度，再由（6）式計算Re，若需計算Re的1級修正，則由（8）式計算經(jīng)修正的粘度1。在國際單位制中，的單位是Pas（帕斯卡秒），在厘米，克，秒制中，的單位是P（泊）或cP（厘泊），它們之間的換算關(guān)系是：1Pas = 10P = 1000cP（9）【實驗內(nèi)容】實驗室人員加水，加蓖麻油，設(shè)定PID參數(shù)。同學(xué)只需進(jìn)行以下操作。設(shè)定溫度，確認(rèn)后按啟動鍵開始加熱。溫度達(dá)到設(shè)定值并保持兩分鐘溫度波動小于0.1度，儀器自動判定達(dá)到平衡。測定一粒小球的直徑d，測試3-5次，求出平均值以及平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。用挖油勺盛住小球沿樣品管中心輕輕放入液體，觀察小球是否一直沿中心下落，若樣品管傾斜，應(yīng)調(diào)節(jié)