用落球法测液体的粘滞系数.ppt

051977 贺鹏传统方法的介绍当金属小球在粘性液体中下落时受到三个铅直方向的力vmg 小球的重力 mg 液体作用于小球的浮力 f粘滞阻力 F(其方向与小球运动方向相反)。 fF 如果液体无限深广,在小球下落速度较小的情况下,有: 上式称为斯托克斯公式,式中, η为液体的粘滞系数,单位是 Pa ?S,r为小球的半径。 vr F ?? 6?(1) 小球开始下落时,由于速度尚小,所以阻力不大,但是随着下落速度的增大,阻力也随之增大。最后,三个力达到平衡,即: rv gV mg ???6??液(2) 于是小球开始作匀速直线运动由( 2)式可得: 令小球的直径为 d,可得: (3) vr gVm???6 )( 液??L t gd 18 )( 2液?????(4) 式中, ρ为小球材料的密度, L为小球匀速下落的距离, t为小球下落距离 L所用的时间。?? 36 dm?t Lv?2 dr?实验时,待测液体盛于容器中,故不能满足无限深广的条件,实验证明上式应该进行修正。测量表达式为: )( 1 18 )( 2D dL t gd????液???式中 D为容器的内径。测量仪器 FD-VM-2 落球法粘滞系数测定仪激光发射器激光发射器激光接收器激光接收器蓖麻油激光光电计时仪背景知识?粘滞系数又称动力粘度,和运动粘度、相对粘度和条件粘度一起均是反映流体粘性阻力大小的指标。不同流体具有不同的粘滞系数,粘度一般与压强的关系不甚显著,随温度的升高而降低。测量液体粘滞系数的方法有落球法、转筒法、阻尼振动法。此外,常用的粘度计还包括毛细管式、锥板式、超声波式以及恩式粘度计。?测量粘滞系数在工业生产、科学研究和国防建设等领域中具有重要意义。如在工业上选择润滑油、进行石油制品检验;化学上测定高分子化合物的分子量; 水利工程中研究流体运动;环境保护学上测定流体的杂质含量;医学上测定血液的粘滞性便于诊断病变;食品和药物的生产过程的自动控制以及国防建设上在对飞机、船舶、舰艇的模型设计等各方面都需要进行粘度测试。(e Gabriel Stokes, 1819- 1903) ?斯托克斯的科学贡献? 1849 年, 斯托克斯发表了著名的“颗粒沉降理论”(Sementation Theory): 水中悬浮的颗粒, 受重力而向下, 受浮力而向上, 最后会趋于平衡. ? 1851 年, 他发现虽然石英与玻璃看似相同, 但用紫外线一照, 石英可让紫外线穿透, 玻璃却只能让可见光穿透, 无法让紫外线透过. 这个发现使他荣升为英国皇家科学院的会员. ?斯托克斯以他的“黏滞度定律”(law of viscosity, 1851 年)发展了流体动力学(hydrodynamics), 描述小球体(sphere) 经过黏滞流体(viscous fluid) 的速度, 所以运动黏度单位— stokes( 斯托克斯) —便以他的名字命名. ? 1852 年, 斯托克斯用向量(vector) 与流线(stream line) 解释水的运动情形. ?他也研究光波的理论, 并于 1852 年命名和说明荧光性的现象(phenomenon of fluorescence). ?他发表了地球磁场的变动, 开创了“大地测量学”(geodesy). ?“斯托克斯”这个名字成为科学界所熟悉的名字: 土木工程系的黏滞流体力学有“斯托克斯定律”(Stokes ’ law); 数学系的向量分析学(vector analysis) 里有“斯托克斯原理”; 物理系的光学里有“斯托克斯效应”; 地质系里也可找到斯托克斯对于地球重力场的研究和贡献.