液体粘滞系数的测定

实验项目介绍 实验资料： 实验名称： 落球法液体粘滞系数测定 指导教师： kunter 可预约计划： 0 执行教室： 1实605 实验类型： 综合 实验仪器： FD-VM-Ⅱ落球法粘滞系数测定仪 仪器套数： 6 准备天数： 3 实验介绍： 用落球法测定液体的粘滞系数 一、实验目的和意义 液体都具有粘滞性，液体的粘滞系数（又称内摩擦系数或粘度）是液体粘滞性大小的量度，也是粘滞流体的主要动力学参数。研究和测定流体的粘滞系数，不仅在物性研究方面，而且在医学、化学、机械工业、水利工程、材料科学及国防建设中都有很重要的实际意义。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状态，可能引发多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状，因此，测量血液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。液体的粘度受温度的影响较大，通常随着温度的升高而迅速减小。 测定粘滞系数的有多种，如转筒法、毛细管法、落球法等。转筒法，利用外力矩与内摩擦力矩平衡，建立稳定的速度梯度来测定粘度，常用于粘度为0.1～100 的流体；毛细管法，通过一定时间内流过毛细管的液体体积来测定粘度，多用于粘度较小的液体如水、乙醇、四氯化碳等；落球法，通过小球在液体中的匀速下落，利用斯托克斯公式测定粘度，常用于粘度较大的透明液体如蓖麻油、变压器油、机油、甘油等。本实验学习用落球法测定蓖麻油的粘滞系数，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，因此小球爱到粘滞阻力，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。 二、参考资料 1、黄秉鍊·大学物理实验·长春：吉林科学技术出版社，2003，P65-68； 2、沈元华等·基础物理实验·北京：高等教育出版社，2003，P119-122； 3、阎旭东等·大学物理实验·北京：科学出版社，2003，P63-65； 4、李天应·物理实验·武汉：华中理工大学出版社，1995，P100-102； 5、王惠棣等·物理实验·天津：天津大学出版社，1997，P137-144； 6、吴锋等·大学物理实验·北京：化学工业出版社，2003，P84-86。 三、实验前必备的基本知识 1、了解小球在液体中下落过程中的受力和运动情况，掌握描述粘滞力的斯托克斯定律及其适用条件。 2、本实验为什么要对斯托克斯定律的表达式进行修正？如何修正？ 3、了解用落球法测定液体的粘滞系数的计算公式 的推导过程，明确式中各量的含义，清楚哪些量是已知量，哪些量是待测量（未知量）。 四、主要器材及技术指标 1、激光光电开关在立柱上沿柱移动的距离（量程）： 40cm 刻度1mm 2、激光光电计时器量程 250.0s 分辨率0. 1s 3、盛待测液体量筒规格： 1000mL 高度40cm 4、直径1mm小钢珠在液体中下落测量速度的误差 小于1% 6、计时器工作电源 AC 220±20V 7、千分尺：量限为25mm，最小分度值为：0.01mm。用于测量小钢球的直径。 8、秒表：有多种量限，对于不同的量限，最小分度值也不同。本实验取量限40min，此时可读到0.01s（即精度为0.1s）。可用于测量小球下落时间。 9、温度计：0-100oC，1oC。用于测量液体的温度。 本实验液体粘滞系数测量误差 小于3% 五、仪器装置 1、仪器实物图 2、结构简图 激光光电计时系统由激光光源、光敏三极管、直流电源及计时器组成。 本计时器内设单片机芯片，并进行适当编程，具有计时和计数功能。可用于单摆、气垫导轨、测量马达转速、产品计数产品厚度测量、车辆运动速度测量及体育比赛计时等与计时相关的实验。它的优点是：1）抗干扰能力强；2）光源与接收器可远距离测量；3）对半透明物质也能透光测量。 六、本项目可做的实验 1、观察液体的内摩擦现象，让小球沿中心轴线下落，测量蓖麻油的粘滞系数。（必做） 2、让小球偏离中心轴线下落，观测小球下落速度的变化。 3、若条件允许，用激光光电门与电子计时仪代替电子秒表，将三至四个激光光电门装在圆筒上下不同位置，测量小球下落过程中速度，证明小球作匀速运动，同时测量液体的沾度，并测量结果与公认值进行比较。 4、采用直径不同的多种小球，重复实验，证明你所用的测量公式的正确性。 七、实验要求 可选做1-4项中的一项、多项或全部内容，第一项为必做内容。要求自己查阅相关资料，设计好实验原理、实验步骤并进行实验，完成实验并按时上交。 八、操作要领 1、调整底盘水平、立柱铅直。 在实验架的铝质横梁中心部位放置重锤部件，放线，使重锤尖端靠近底盘，并留一小间隙。调节底盘旋钮，使重锤对准底盘中心圆点。 2、接通实验架上的两个激光发射器的电源，可看见它们发出红光，调节激光发射器的位置，使红色激光束平行地对准垂线。 3、收回重锤部件，将盛有被测液体的量筒放置到实验架底盘中央，使量筒底部外围与底座面上环行刻线对准，并在实验中保持位置不变。 4、调整激光接收器（光电三极管）接收孔的位置，使其对准激光束。 5、用厚纸挡光，试验激光光电门挡光效果，观察是否能按时启动和结束计时。 6、将小球放入铜质小球导管，观测小球下落时，能否阻挡激光光线，若不能，可适当调整激光器或接收器的位置。 7、测二平行激光束的间距，可以从固定激光器的立柱标尺上读出。 8、主机的使用方法 1）打开电源开关，按仪器面板上的复位键，使显示器显示初始状态：“Fd ----”。 2）仪器从激光接收器的第一次触发（有指示灯和显示器显示）开始计时（显示器从0开始），到激光接收器第二次触发停止计时，此时间就为小球下降L距离所花费的时间。 九、使用注意事项 1、小钢珠直径可用读数显微镜读出，也可以用千分尺测量，但千分尺必须正确使用，防止将钢珠（直径1mm）压扁，而引起误差。 2、测量液体温度时，须用精确度较高的温度计，若使用水银温度计，则必须定时校准。 3、实验时，可用手控秒表与激光开关同时计数，以增加实验内容，增强动手能力及误差的训练。 4、激光束不能直射人的眼睛，以免损伤眼睛。 十、实验报告要求 1、写明本实验的目的和意义。 2、记录所用仪器、材料的规格和号、数量等。 3、阐明实验的基本原理。 4、记录实验的全过程，包括实验步骤、各种实验现象和数据等。 5、处理实验数据并给出测量结果。 6、分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题，并提出改进意见。