粘滞系数测定实验.doc

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1、实验液体粘滞系数的测定当液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍液体的相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比例系数η称为粘度（或粘滞系数）。对液体粘滞性的研究在流体力学，化学化工，医疗，水利等领域都有广泛的应用，例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量、压力差、输送距离及液体粘度，设计输送管道的口径。测量液体粘度可采用落球法，毛细管法（奥氏粘滞计），转筒法等方法。本实验根据所用方法的不同，分成两个部分，第一部分采用落球法测

2、定变温情况下的液体（蓖麻油）粘滞系数，第二部分则是采用毛细管法测定室温下的液体粘滞系数（该方法比较适合用于生物医学应用，比如测量血液的粘度）。实验一落球法测变温液体的粘滞系数落球法（又称斯托克斯法）适用于测量粘度较高的液体。一般而言，粘度的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近温度改变，粘度值改变约10%。因此，测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。实验中，小球在液体中下落的时间可用秒表来测量。一、实验目的1．用落球法测量不同温度下

3、蓖麻油的粘度。2．了解PID温度控制的原理。3．练习用秒表计时，用螺旋测微计测量小球直径。二、实验原理在稳定流动的液体中，由于各层的液体流速不同，互相接触的两层液体之间存在相互作用，流动较慢的液层阻滞着流动较快的液层运动，所以产生流动阻力。实验证明：若以液层垂直的方向作为x轴方向，则相邻两个流层之间的内磨擦力f与所取流层的面积S及流层间速度的空间变化率的乘积成正比：(1)其中称为液体的粘滞系数，它决定液体的性质和温度。粘滞性随着温度升高而减小。如果液体是无限广延的，液体的粘滞性较大，小球的半径很小，且在运动时不产生旋涡，

4、那么，根据斯托克斯定律，小球受到的粘滞力f为：（2）式中称为液体的滞粘系数，为小球半径，为小球运动的速度。若小球在无限广延的液体中下落，受到的粘滞力为，重力为，这里为小球的体积，分别为小球和液体的密度，为重力加速度。小球开始下降时速度较小，相应的粘滞力也较小，小球作加速运动。但随着速度的增加，粘滞力也增加，最后小球的重力、浮力及粘滞力三者达到平衡，小球便开始作匀速运动，此时的速度v称为收尾速度，可由（3）式求出。（3）小球体积V与直径d的关系为：（4）把（3）式代入（2），得（5）式中v为小球的收尾速度，d为小球的直径。

5、由于(1)式只适合无限广延的液体，即小球直径d远小于液柱直径D，而本实验中的小球是在直径为D的装有液体的圆柱形有机玻璃圆筒内运动，液柱面并不是无限广延的，因此必须考虑管壁对小球有影响，（5）式应修正为：（6）式中为实验条件下的收尾速度，D为量筒的内直径，K为修正系数，这里取K=2.4。收尾速度可以通过测量玻璃量筒某两个刻度线A和B的距离S和小球下落S距离的时间t得到，即。因此：（）(7)三、实验仪器1.水循环加热PID温控实验仪2.变温液体粘滞系数测定仪。3.电子秒表、螺旋测微计。4.小钢球、镊子、磁性吸球铁块、蓖蔴油等

6、。1.落球法变温粘度测量仪：变温粘滞系数实验仪的外型如图1的左部所示。待测液体装在细长的储液管中，储液管外面有一层密封的玻璃空心夹层（即加热水套），储液管外的加热水套连接到温控仪，温度控制器通过循环水泵，把热水不断从玻璃夹层圆筒的底端送入，通过热循环水加热液体。使被测液体温度较快地与加热水温度达到平衡。储液管壁上有刻度线和上、下标志线，便于测量小球下落的距离。底座下设有调节螺钉，用于调节储液管的铅直。2.开放式PID温控实验仪：温控实验仪如图1的右部所示。它包含水箱、水泵、加热器、控制与显示电路等部分。本温控实验仪内置微

7、处理器，带有数字式显示，可以根据实验对象要求对PID参数进行设置，以满足实验需要。开机后，水泵开始运转，设定温度及PID参数。按SET键选择设置项目，按上调、下调键设置参数。图1变温粘滞系数实验仪及PID温控实验仪外观图温度设置的具体步骤如下：（1）先按一下“设定键SET(）”约0.5秒。（2）按“位移键（）”，选择需要调整的“位数”，数字闪烁的位数即是当前可以进行调整操作的“位数”。（3）按“上调（）”或“下调（）”确定当前“位数值”，接着按此办法调整，直到各位数值都满足温度设定要求。（4）再按一次“设定键SET”，退

8、出设定工作程序。当实验中需改变温度设定，重复以上步骤即可。四、实验内容与步骤1.调节底脚螺丝，使玻璃量筒的中心轴处于铅直位置。在储液管中注入待测的蓖麻油。2.测量实验开始之前的室温T和此时的蓖麻油密度值，并记录储液管内径D（因储液管的特殊结构，故其内径D在制造时定为23mm）。3.用螺旋测微器测量小钢球的直径d，共测