落球法測(cè)液體的粘度系數(shù)

落球法測(cè)液體的粘度系數(shù)第一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日當(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。粘滯力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)η稱為粘滯系數(shù)（或粘度），粘滯系數(shù)與液體的性質(zhì)，溫度和流速有關(guān)，它是表征液體粘滯性強(qiáng)弱的重要參數(shù)。第二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日液體粘滯性的測(cè)量是非常重要的，對(duì)液體粘滯性的研究在醫(yī)療、航空、水利、機(jī)械潤(rùn)滑和液壓傳動(dòng)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

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)。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)定可以有多種方法，如落球法、轉(zhuǎn)筒法、阻尼法、泊肅葉法等，本實(shí)驗(yàn)采用落球法。第三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日1.觀察液體的內(nèi)摩擦現(xiàn)象；2.掌握用落球法測(cè)液體的粘度系數(shù)的原理和方法；3.測(cè)定蓖麻油的粘滯系數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹康谒捻?yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日第五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日如果一小球在液體中下落，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)。

根據(jù)斯托克斯定律，小球所受到的粘滯阻力f為:式中d是小球的直徑，v是小球的速度，η為液體粘滯系數(shù)。斯托克斯定律要求液體是無(wú)限廣延的且無(wú)旋渦產(chǎn)生。故所用的小球是光滑的，而且半徑應(yīng)當(dāng)適當(dāng)小?！緦?shí)驗(yàn)原理】第六頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日小球在液體中作自由下落時(shí)，受到三個(gè)力的作用，且都在豎直方向：重力mg、浮力ρgV和粘滯阻力f。開(kāi)始下落時(shí)小球運(yùn)動(dòng)速度較小，相應(yīng)的阻力也小，重力大于粘滯阻力和浮力，所以小球作加速運(yùn)動(dòng)。由于粘滯阻力隨小球的運(yùn)動(dòng)速度增加而逐漸增加，加速度越來(lái)越小，最后，三個(gè)力達(dá)到平衡，即：第七頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日其中ρ和ρ0分別是液體和小球的密度，d為小球的直徑，g是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。第八?yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日小球是在內(nèi)徑為D，液體高度為h的管中下落，不能滿足無(wú)限寬廣的條件，因此，對(duì)上式要加以實(shí)際條件的修正。當(dāng)D遠(yuǎn)大于d時(shí)，考慮到實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)量量是小球的直徑d和勻速時(shí)一定的下落高度N1N2及所用時(shí)間t，則上式變?yōu)椋?.單管法（1）第九頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日依次測(cè)出同一小球經(jīng)過(guò)一組不同內(nèi)徑的圓筒中同樣距離所用的時(shí)間t，再作(d/D)—t曲線，對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合可發(fā)現(xiàn)，該曲線為一直線，延長(zhǎng)該直線與縱軸(t軸)相交，其截距to就是D→時(shí)，即在無(wú)限廣延的液體中小球勻速下落通過(guò)所用的時(shí)間，測(cè)出d、D、和(、g由實(shí)驗(yàn)室給出)，算出v=代入下式就可算出粘度系數(shù)2.多管法（2）第十頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】(1)調(diào)整底盤(pán)水平。(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)小鋼球的直徑d，在5個(gè)不同方向上測(cè)，取其平均值。共測(cè)6個(gè)小球，記錄測(cè)量的結(jié)果，編號(hào)待用。(3)用游標(biāo)卡尺從不同位置分別測(cè)量6只玻璃圓筒內(nèi)徑D各5次。(4）用米尺測(cè)出N1與N2的間距。(5)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。第十一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日(6)單管法將6個(gè)小鋼球先后自中心放入內(nèi)徑最大的1#圓筒內(nèi)，記下相應(yīng)通過(guò)所用的時(shí)間ti及油溫T，利用(1)式計(jì)算出vi，即可求出(7)多管法將小球依次放入玻璃圓筒內(nèi)記下相應(yīng)的ti，作曲線(D為容器內(nèi)徑)。理論表明該曲線為一直線，將直線外推到D→∞時(shí)的t0值，于是，代入(2)式即可求得η值，并與單管法求出的η值及查表得出的該溫度下的理論值進(jìn)行比較?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】第十二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日小球di/mm/mmDi

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N1N2/mmt/sηi/Pa·s12………………………………………………………6第十三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日(8)寫(xiě)出各測(cè)量結(jié)果不確定度表示式第十四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日筒內(nèi)油須長(zhǎng)時(shí)間的靜止放置，以排除氣泡，使液體處于靜止?fàn)顟B(tài)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可撈取小球，不可攪動(dòng)。將小鋼球在液體中浸一下，然后用鑷子把小鋼球沿量筒中心軸線近液面處自由落下。液體粘滯系數(shù)隨溫度的變化而變化，因此測(cè)量中不要用手摸量筒。在觀察小鋼球通過(guò)量筒標(biāo)志線時(shí)，要使視線水平，以減小誤差?！咀⒁馐马?xiàng)】第十五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日【思考題】1、在一定的液體中，若減