落球法测量液体粘滞系数

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1、落球法测量液体粘滞系数各种实际液体具有不同程度的粘滞性，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

2、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。【实验目的】1．学习用激光光电传感器测量时间和物体运动速度的实验方法2．用斯托克斯公式采用落

3、球法测量油的粘滞系数（粘度）3．观测落球法测量液体粘滞系数的实验条件是否满足，必要时进行修正。【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（是小球体积，是液体密度）和粘滞阻力（其方向与小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度较小情况下，有（1）上式称为斯托克斯公式，其中是小球的半径；称为液体的粘度，其单位是。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，即于是，小球作匀速直

4、线运动，由上式可得：令小球的直径为，并用，，代入上式得图2实验装置（2）其中为小球材料的密度，为小球匀速下落的距离，为小球下落距离所用的时间。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：(3)其中为容器内径，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1)。【实验装置】实验装置主要有：落球法粘滞系数测定仪(参见图3

5、)、小钢球、蓖麻油、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、温度计和比重瓶等。（若实验室给出钢球材料密度，可不必用电子分析天平）【实验内容】图3FD-VM-II落球法液体粘滞系数测定仪结构图1．调整粘滞系数测定仪及实验准备1）调整底盘水平，在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节底盘旋纽，使重锤对准底盘的中心圆点。2）将实验架上的上、下两个激光器接通电源，可看见其发出红光。调节上、下两个激光器，使其红色激光束平行地对准锤线。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，并在实验中保持位置

6、不变。4）在实验架上放上钢球导管。小球用乙醚、酒精混合液清洗干净，并用滤纸吸干残液，备用。5）将小球放入铜质球导管，看其是否能阻挡光线，若不能，则适当调整激光器位置。2．用温度计测量油温，在全部小球下落完后再测量一次油温，取平均值作为实际油温。3．用电子分析天平测量10—20颗小钢球的质量，用比重瓶法测其体积，计算小钢球的密度。用液体密度计测量蓖麻油的密度。用游标卡尺测量筒的内径，用钢尺测量油柱深度。4．用秒表测量下落小球的匀速运动速度1）测量上、下二个激光束之间的距离。2）用千分尺测量小球直径，将小球放入导管，当小球落

7、下，阻挡上面的红色激光束时，光线受阻，此时用秒表开始计时，到小球下落到阻挡下面的红色激光束时，计时停止，读出下落时间，重复测量6次以上。最后计算蓖麻油的粘度。5．用激光光电门（关于光电门，请参阅产品说明书）与电子计时仪器代替电子秒表，测量液体的粘度（注意：激光束必须通过玻璃圆筒中心轴），将测量结果与公认值进行比较。【实验数据】（注：以下数据不作为仪器验收标准，仅供实验时参考）待测液体是蓖麻油。用激光光电传感器测量全程和半程时间。油温=15.90℃；小球密度=7.9010Kg/m,油的密度=0.96010Kg/m量筒直径=

8、6.72cm；全程距离=20.12cm；近似半程距离=10.70cm。表1小球下落平均速度数据小球直径/mm半程时间/s全程时间/s半程速度/全程速度/0.99339.7674.140.2690.271由表1中和的对比可知，两者差距很小，因此，可以认为小球整个下落过程中为匀速运动。考虑到实验并不是在无限深广的情况下进