落球法测定液体的粘滞系数.doc

落球法测定液体的粘滞系数 1 目录实验目的...................................................................................... 2 实验仪器...................................................................................... 2 实验原理...................................................................................... 2 实验装置...................................................................................... 4 实验内容...................................................................................... 5 实验数据及处理.......................................................................... 5 观察与思考................................................................................ 12 实验总结.................................................................................... 13 落球法测定液体的粘滞系数 2 落球法测定液体的粘滞系数实验目的 1、用落球法测定液体的粘滞系数。 2、进一步熟悉基本测量工具的使用。实验仪器 FD — VM ?— II型落球法液体粘滞系数测定仪(激光光电传感器计时)、甘油、游标卡尺、温度计、小刚球、小磁钢、螺旋测微器、液体密度计。实验原理各种实际流体在流动时,平行于流动方向的内部各层速度是不同的,于是作相对运动的各层流体间存在着粘滞性摩擦阻力,简称内摩擦力。牛顿给出了表征内摩擦力 f 的定律:dx dAf ????,即f 的大小正比于流层移动的速度梯度和流层间的接触面积,比例系数?叫做粘滞系数,它是表征流体相邻流层内摩擦力大小的一个物理量。它的方向平行于接触面,其大小与速度梯度及接触面积成正比, 比例系数η称为粘度, 它是表征液体粘滞性强弱的重要参数, 液体的粘滞性的测量是非常重要的, 例如, 现代医学发现, 许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关, 血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少, 血液流速减缓, 使人体处于供血和供氧不足的状态, 这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此, 测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如, 石油在封闭管道中长距离输送时, 其输运特性与粘滞性密切相关, 因而在设计管道前,必须测量被输石油的粘度。测量液体粘度有多种方法, 本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落, 由于附着于球面的液层落球法测定液体的粘滞系数 3 与周围其他液层之间存在着相对运动, 因此小球受到粘滞阻力, 它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时,测出小球下落的速度,就可以计算出液体的粘度。物体的粘滞系数值因温度不同而变化很大,因而没有注明温度的任何流体的粘滞系数值是毫无意义的。半径为 r 的光滑球,以速度 v 在均匀的无限宽广的液体中下落时,若速度不大,球的半径也很小,在液体中不产生涡流时,斯托克斯指出,小球在液体中受到阻力为: ??? rf6?, 必须指出, 这阻力并非是球和液体之间的阻力,而是球面上附着一层液体和不随球运动的液体之间的阻力,亦即流体的内摩擦力或粘滞阻力,方向与小球运动方向相反。设小球的密度为?,体积为 V ,则小球在密度为 0?的液体中下落时, 除受到粘滞性阻力作用外,还受到重力 Vg ?和浮力 Vg 0?,起初,由于小球下落速度较小,粘滞阻力 f 也较小,随着小球速度的增加, f 也增加, 当小球到达某个收尾速度时,它将作等速直线运动,即作用在小球上的三个力平衡: ?????r Vg Vg6 0??……………………………………………………(1) 小球的直径用 d 表示, 体积 36 1dV??。若实验测得小球作匀速直线运动的某段距离 l 及相应的下落时间 t ,则得: l tgd 18 )( 20?????…………………………………………………(2) 斯托克斯定律要求小球是在无限宽广的液体中下落, 但实际容