实验15用落球法测定液体的粘滞系数

《实验15用落球法测定液体的粘滞系数》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实验15用落球法测定液体的粘滞系数在流体中，当相邻的两层流体之间的流速不同而产生相对运动时，流层之间会产生内摩擦力。流体所具有抵抗两层流体相对滑动速度或变形的性质称为粘性，它的大小用粘滞系数来表示。粘滞系数的大小依赖于流体物质的性质，并明显的随温度变化。液体的粘滞系数大小对其流动的阻力，流动过程功率的损耗以及传热和传质等都有很大的影响。因此，在石油化工，高分子研究，机械润滑，水利工程，航空工程，生物工程以及医学，物理学等领域，液体粘滞系数的测定都有重要意义。测定液体粘滞系数的方法有转筒法、毛细管法和落球法等，本实验采用落球法，

2、它适用于如蓖麻油、甘油、变压器油等粘度较大的液体。实验目的1．观察小球在液体中的运动情况，理解液体的粘滞阻力；2．学习用外延法实现理想条件的物理思想及方法；3．学习用落球法测定液体的粘滞系数。实验原理当小球在液体中下落时，受到三个力的作用：重力、浮力和运动的阻力。设小球的密度为，体积为V，待测液体的密度为，重力加速度为g，则重力Vg方向铅直向下，0fvg浮力Vg和粘滞阻力f铅直向上，如图1所示。00由于小球运动，粘附在小球表面的液体层以小球的速度运动，其余各层的速度逐渐减小，管壁处流层速度接近零。各流层因速度不同而产

3、生相对运动。粘滞阻力不是小球与液体间的摩擦，而是液体各层间的内摩擦引起的。根据斯托克斯定律，光滑均匀的小球在无限广延的液体中下落时，若速度v不大，在运动中不产生漩涡，那么小球受到的粘滞阻力为vgf6rv（1）图1小球受力式中是液体的粘滞系数，是小球半径，v是小球下落时的速度。根据小球受力，可以大致描绘出小球的运动情况：小球以零初速度进入液体开始下落，由于v比较小，f也比较小，VgVgf，小球做加速运动。随着小球下落速度v0的增大，阻力f也逐渐增大，小球加速度减小。当小球速度增大到某一v值时，小球所受0合外力为

4、零，于是小球就以v匀速下落。这时0V()g6v00用小球直径d来表示体积V。则有13d()g3dv006从而可得液体的粘滞系数为2()gd0（2）18v0式中v是小球在无限广延的均质液体中匀速下落的速度，称为收尾速度（也称终极速度）0。已知上式右边各值后，就可以求出液体的粘滞系数。式（2）是根据斯托克斯公式（1）导出的。该式成立的条件是液体均匀、静止且无限广延。在实验室条件下，小球不是在无限广延的液体中，而是在尺寸有限的圆筒中沿其轴线下落，由于器壁对小球运动的影响，小球在不同内径的圆筒中

5、下落的收尾速度不同。实验表明，小球在圆筒中下落的收尾速度v与在无限广延的流体中的收尾速度v有如下关系0dvv(1k)（3）0Dd式中D为圆筒的内径，k为修正系数。由上式可知，当D时，k0，则vv0D。实验中测得的收尾速度v比在无限广延的液体中的v小。在实验室条件下，测得收尾速0度v，用式（3）进行修正，就可以按式（2）求得液体粘滞系数了。修正系数k可以这样求出：选取几个不同内径的圆筒，注入待测液体，使各圆筒内液体高度H相同（H>>d)。用同一个小球，分别沿各圆筒中轴线由液面以零初速度下落。待d其达到匀速后，测量小球

6、通过相同距离S所用时间t1、t2、…，作t~图（如图2）。实验Ddd表明，t~图线是一条直线，将直线外延，在t轴上的截距t0即0（D）时，DDS小球通过距离S的时间。即在D时的收尾速度v。0t0d由t~关系有Ddtt(1k)0D此直线的斜率即修正系数k由SS1图2t与d/D的关系ttd0(1k)Dd可得式（3）vv(1k)0D在本实验室的条件下，k2.4液面高度H是有限值，也会对收尾速度有影响，可以进行类似的修正。不过通常Hd，本实验中略去对纵向限制的修正。考虑了液体受横向尺寸限制的修正后，液体的粘

7、滞系数为2()gd0（4）d18v(12.4)D式中v是实验中测得的收尾速度。实验仪器玻璃圆筒（内盛待测液体），游标卡尺、电子秒表、磁铁、小钢球。实验内容1．测圆筒内径D。用游标卡尺在6个不同部位测圆筒内径，将数据记入表1。2．测小球直径d。用游标卡尺测小钢球直径，在每个小球不同部位测4次，得该小球平均直径d，3个小球的编号与其平均直径切勿混淆。将数据记入表2。3．确定测量计时起点。如图3，测出圆筒位置A、B的高度差S，以及小球匀速通过ABS的时间，便可求得收尾速度v。但小球到达A处时是否已进入匀速状态是必须首先确

8、认AB的。可以在液体下h~10cm处选一个刻度作为A，在A下方另选一刻度作为B。用卡尺量出S。另用一个直径较大的小AB球（不必测其直径）自液面释放，记录其经过S的时间t。AB1将A下移到A，B下移到B，且SABSAB。用磁铁将小球吸出液体。再让该小球下落，测其经过S