实验 36 落球法测定液体粘度
实验目的:
1、观察液体的内摩擦现象,学会用落球法测量液体粘度.
2、掌握基本测量仪器(如游标卡尺、螺旋测微计、秒表、比重计等)的方法.
3、学会用计算机辅助设计,了解进行科学实验的方法.
实验要求:
1、用计算机进行辅助设计,选择合适的实验条件.
2、用不同大小和材质的小球对不同的液体进行实验,以验证计算机辅助设计选择的实验条件的合理性与正确性.
3、用不同直径的圆柱形玻璃管进行实验,研究管壁对小球运动的影响.
4、测定蓖麻油的粘度.
5、用实验研究小球运动的收尾速度.
仪器设备:
各种不同规格的玻璃圆筒、小球和液体、游标卡尺、螺旋测微计、米尺、秒表、
比重计、温度计等.
实验提示:
在稳定流动的流体中,因为各层流体的速度不同就会产生切向力,快的一层给慢的一层拉力,慢的一层给快的一层阻力.这一对力称为流体的内摩擦力或粘滞力.
若小球在无限广延的均匀液体中下降,且在运动过程中不产生旋涡,则根据St。kes定律,小球受到的粘滞力为式中,η是液体的粘度,r是小球的半径,v是小球的运动速度.
同时,小球还受到重力ρVg、浮力ρ。Vg的作用,根据受力分析
式中,d为小球直径,ρ为小球的密度,ρ。为液体密度.
小球刚落入液体时,速度较小,相应的粘滞力也较小,小球作加速运动.随着小球运动速度的增加,粘滞力也增加,最后三力达到平衡,小球作匀速运动,此时的速度v称为收尾速度(又叫极限速度).即
整理后可得液体的粘度
由于式(36-4)只适用于小球在无限广延的液体内运动的情形.在实验条件下,小球是在直径为D的装有液体的圆柱形玻璃管中运动的,考虑管壁对小球运动的影响,则式(36-4)应修正为
式中,K为修正系数,一般取2.4,也可由实验确定.V。为实验条件下的收尾速度,可以通过测量小球经过玻璃管外距离为s的两个标志线AA’和BB’(如图36-1所示)所用的时间t得到,即
数据处理:
第二篇:粘度
南昌大学物理实验报告
学生姓名:钟志宏学号: 5502111009 专业班级:本硕实验111班班级编号: S088
试验时间:13时00分 第 3 周 星期二 座位号:02 教师编号:T019 成绩:
实验名称:液体粘滞系数测量
实验目的:1、了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理和其适用条件。
2、了解用奥氏黏度计测定液体粘滞系数。
3、了解用落球法测定液体粘滞系数。
实验原理:一、落球法测定液体粘滞系数
如图所示:当一金属小球在粘性液体中下落时(如图1)它受到三个铅直方向的力:竖直向下的重力(mg)、液体作用于小球的浮力( f )、与小球运动方向相反的粘滞阻力( F )(如图1)如果液体无限深广,在小球下落速度v较小情况下,有:
(1)
式(1)称为斯托克丝公式,其是小球的半径;为液体的粘度—粘滞系数,其单位是Pa·s。
图1 液体的粘滞系数测量装置
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学生姓名:钟志宏学号: 5502111009 专业班级:本硕实验111班班级编号: S088
试验时间:13时00分 第 3 周 星期二 座位号:02 教师编号:T019 成绩:
小球开始下落时,由于速度小,阻力不大;随着下落速度的增大,阻力也增大。最后,三个力达到平衡,即:
(2)
由上式可得:
(3)
令小球的直径为,因此小球的体积为 ,那么小球的质量可写为,其中为小球材料的密度。小球下落的速度为 ,其中为小球下落的高度,为小球下落高度所用的时间,代入公式(3)中得:
(4)
实际上,在实验中,待测液体必须盛于容器中,故不能满足无限深广的条件,若小球沿筒的中心轴线下降,式(4)须做如下修正,方能符合实际情况:
(5)
其中D为容器内径,H为液柱高度。
二、奥氏黏度计测定液体粘滞系数
1840年泊肃叶(Poiseulle)研究了牛顿液体在毛细管中的流动,他发现当液体在毛细管中稳定流动时,流经毛细管的流量V与毛细管两端压强差ΔP=P1-P2、毛细管半径r0的四次方及时间t成正比,与毛细管的长度L、液体的粘滞系数η成反比。
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学生姓名:钟志宏学号: 5502111009 专业班级:本硕实验111班班级编号: S088
试验时间:13时00分 第 3 周 星期二 座位号:02 教师编号:T019 成绩:
根据泊肃叶公式:
则由此可得液体的粘滞系数为:
其中V=Qt为时间t内流过毛细管的液体体积。
因此可以用比较法测量未知液体的粘滞系数。即让相同体积的标准液体(如蒸馏水)和待测液体分别流过同一粘度计,如果两种液体其密度和粘滞系数分别为ρ1,η1和ρ2,η2通过相同的毛细管的时间分别为t1和t2,则有
由此可见,如果已知液体1的ρ1,η1和液体2的ρ2,测出两种液体通过毛细管的时间t1和t2,即可求出液体2的粘滞系数η2。从而使实验简化,并提高了测量的精确度。
奥氏黏度计装置图:
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学生姓名:钟志宏学号: 5502111009 专业班级:本硕实验111班班级编号: S088
试验时间:13时00分 第 3 周 星期二 座位号:02 教师编号:T019 成绩:
实验内容:
1、测定某一温度下酒精的粘滞系数。
2、取下粘度计,用酒精洗涤(9 ml)干净,洗涤后的酒精倒入酒精回收瓶。
3、将9 ml的酒精注入粘度计,按3、4的步骤操作,记下此时的温度T2和时间t2,重复三次。
4、将酒精倒出,取下粘度计,用蒸馏水洗净。2、用9 ml蒸馏水洗涤粘滞计,尤其是毛细管一定要洗涤干净。
5、将粘度计如图1固定于水槽中,注意毛细管要竖直。
6、将9 ml蒸馏水自A管注入,利用吸球自B管开口处将管中的蒸馏水吸至高于刻痕m上一点,捏住橡胶管,取下吸球。
7、放开橡胶管,使毛细管中蒸馏水自然下降,当液体流经刻痕m时按下秒表开始计时,当液体流经刻痕n时按下秒表停止计时,记下时间t1和温度T1。按步骤3、4重复三次。
9、查出选定温度下水和酒精的密度ρ1、ρ2,利用(3)式计算η2,如果和理论值的误差大于5%,则重做实验。
实验数据及分析:
水密度ρ1=1.0g/c
酒精密度ρ2=0.8g/
水的黏度系数:0.98pa-s
南昌大学物理实验报告
学生姓名:钟志宏学号: 5502111009 专业班级:本硕实验111班班级编号: S088
试验时间:13时00分 第 3 周 星期二 座位号:02 教师编号:T019 成绩:
酒精的粘滞系数:=1.160pa-s
相对误差:=
不确定度:0.005pa-s
结果表达式:=
实验小结:一、斯托克斯定律成立的条件有以下5个方面:
1)媒质的不均一性与球体的大小相比是很小的;
2)球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降;
3)球体是光滑且刚性的;
4)媒质不会在球面上滑过;
5) 球体运动很慢,故运动时所遇的阻力系由媒质的粘滞性所致,而不是因球体运动所推向前行的媒质的惯性所产生。
二、用奥氏黏度计测定液体粘滞系数时,注意先用酒精做实验,以减少误差。并且实验时,奥氏黏度计的细管内不能有空气泡,否则会增大误差。