落球法测定液体的粘滞系数实验.ppt

落球法测定液体的粘滞系数实验
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内容介绍
1，背景介绍
2，实验原理
3，仪器介绍
4，操作指南
5，数据处理要求
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一、背景知识
19世纪物理学家斯落球法测定液体的粘滞系数实验
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内容介绍
1，背景介绍
2，实验原理
3，仪器介绍
4，操作指南
5，数据处理要求
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一、背景知识
19世纪物理学家斯托克斯（George Gabriel Stokes）建立了著名的流体力学方程组“斯托克斯组”，系统地反映了流体在运动过程中质量、动量和能量之间的关系：一个在液体中运动的物体所承受力的大小与物体的几何形状、速度以及液体的内摩擦力有关。
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液体流动时，其质点之间存在着相对运动，会产生内摩擦力反抗它们之间的相对运动，液体的这种性质称为粘滞性。质点之间的内摩擦力称为粘滞力。粘滞系数反映液体流动行为的特征。粘滞系数与液体的性质、温度和流速有关，因此，粘滞系数的测量在工程技术方面有着广泛的使用价值。如机械的润滑，石油在管道中的传输，油脂涂料，医疗和药物等方面，都需要测定粘滞系数。
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测量液体粘滞系数的常用方法有落球法、扭摆法、转筒法和毛细管法等。前三种方法是利用摩擦阻力来确定粘滞系数的，最后一种方法是通过测定一定的时间内流过毛细管的液体体积来确定粘滞系数的。
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二、实验原理
半径为r的小球以速度v在无限宽广的液体中运动，当速度较小（不产生漩涡）时，根据斯托克斯公式，它受到的粘滞阻力为：
F=6πηrv
R——小球半径，v——运动速度，η粘滞系数——与液体种类和温度有关，F——小球表面附着的液体与周围液体之间的摩擦力。
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小球在被测液体中竖直下落速度增到一定值时，小球受到的粘滞阻力和与液体对其产生的浮力，将与重力达到平衡。
有Mg=6πηrv+ρ。Vg
由此得η=（m-ρ。V）g/(6πrv)
式中m=ρV=(4/3) πr ρ,因此
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又因，小球在筒内下落满足不了无限宽广的条件，因此对上式加以修正：
则，
η=（ρ-ρ。）gd t /[18h(1+)(1+) -（3ρ。hd） /(16t)
式中，ρ——小球密度，ρ。——液体密度，g——重力加速度，d——小球直径，
t——下落时间，h——下落高度，D——筒内径，H——液面高度
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三、实验仪器
盛有被测液体的量筒、温度计、小钢球10个、秒表、卡尺和千分尺等。
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四、操作指南
1，选取10个一样的小球，测量它的直径，取平均值。
2，在盛液体的量筒上取定测量小球匀速下落的高度h的上下标志A和B。注意A点要保证小球已经匀速下降，应在5厘米以下，而B点不能太靠近底部。
3，用秒表多次测量下落时间，取平均值。
4，用卡尺多次测量量筒的内径，取平均值。用米尺测量H和h.
5，在开始和结束时各测一次温度，取平均值。
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注意事项：
1，实验时液体中应无气泡。
2，将小钢球在液体中浸一下，然后用镊子把小钢球沿量筒中心轴线放入液体中。
3，液体粘滞系数随温度的变化而变 化，因此测量中不要用手摸量筒。
4，在观察小钢球通过量筒标志线 时，要使视线水平，以减小误差。
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五、数据表格和数据处理
测量小钢球的直径d和下落时间t
测量值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值
d/mm
d-d0/mm
t/s
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测量D、T、h、H（查表填写ρ、ρ0、g）
次数
D/mm
T/℃
H/mm
h/mm
ρ/(g·cm )
ρ0/(g·cm )
g/(cm·s )
1
2
3
4
5
平均值
-3
-3
-2
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