落球法测量液体粘滞系数.doc

实验八落球法测量液体粘滞系数概述当液体流动时,平行于流动方向的各层流体速度都不相同,即存在着相对滑动,于是在各层之间就有摩擦力产生,这一摩擦力称为粘滞力,它的方向平行于两层液体的接触面,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。各种实际液体具有不同程度的粘滞性。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。一、实验目的1、用落球法测液体的粘滞系数;2、研究液体粘滞系数对温度的依赖关系。二、仪器装置1、THQNZ-1型液体粘滞系数测量实验仪;2、小钢球;3、蓖麻油(自备);4、钢卷尺;5、千分尺;6、游标卡尺;7、温度计。液体粘滞系数实验仪如图1所示。三、实验原理1、当金属小球在粘性液体中下落时,它受到三个铅直方向的力:小球的重力mg(m为小球质量);液体作用于小球的浮力gV?(V是小球体积,?是液体密度)和粘滞阻力F(其方向与小球运动方向相反)、如果液体无限深广,在小球下落速度v较小情况下,有rvF??6?(1)上式称为斯托克斯公式,其中r是小球的半径;?称为液体的粘度,其单位是sPa?。小球开始下落时,由于速度尚小,所以阻力也不大;但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vrgVmg???6??于是,小球作匀速直线运动,由上式可得:vrgVm???6)(??令小球的直径为d,并用3 '6m d? ??,v l t?,2r d?代入上式得ltgd18)(2'?????(2)其中'?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l距离所用的时间。2、实验时,待测液体必须盛于容器中(如图2所示),故不能满足无限深广的条件,实验证明,若小球沿筒的中心轴线下降,式(2)须做如下改动方能符合实际情况:' 2( ) 118(1 )(1 )gd td dlD H? ???? ?? ?(3)其中D为容器内径,H为液柱高度。3、实验时小球下落速度若较大,例如气温及油温较高,钢珠从油中下落时,可能出现湍流情况,使公式(1)不再成立,此时要作另一个修正(详见附录)。图1液体粘滞系数实验仪图2四、实验内容1、调整粘滞系数测定仪及实验准备1)调整底盘水平调节底盘旋纽,使底盘基本水平;2)将实验装置上的上、下两个激光器接通电源,连接方法如图3所示,并可看见其发出红光;3)将盛有被测液体的量筒放置到实验装置底盘中央,并在实验中保持