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
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
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实验目的
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
d?,即f 的大小正比于流层移动的dx
速度梯度和流层间的接触面积,比例系数?叫做粘滞系数,它是表征流体出了表征内摩擦力f 的定律:f???A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 2
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:f?6r???,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
除受到粘滞性阻力作用外,还受到重力?Vg和浮力?0的液体中下落时,?0Vg ,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:
?Vg??0Vg?6r???…………………………………………………
…(1)
小球的直径用d 表示,体积V?13?d 。若实验测得小球作匀速直线运6
动的某段距离l及相应的下落时间t ,则得:
(???0)gd2t?? …………………………………………………(2) 18l
斯托克斯定律要求小球是在无限宽广的液体中下落,但实际容器的直径和深度总是有限的,所以所得小球的速度比在无限宽广中要小,故实测的速度要乘以一个修正因子,才能得到粘滞系数的正确值。对于圆柱形管,修正因子为 1? ,其中D为管子的内直径。于是,落球法求液体粘滞D
系数的计算公式为:
3
(???0)gd2t??……………………………………………………d18l(1?)D
(3)
由修正因子可见,对于同样大小的小球,园管的直径D越大,修正因子越小;对同一圆管,小球直径越大,修正因子越大。所以实验要求:
①小球直径很小
②实验中必须尽量做到小球沿圆管的中央轴线下落,减少和消除管壁
效应不均匀性对结果的影响。
实验装置
落球法粘滞系数测定仪、小钢球、甘油、米尺、千分尺、游标卡尺、液体密度计、电子分析天平、激光光电计时仪、温度计等。
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实验内容
1、调整粘滞系数测定仪