落球法变温液体粘滞系数测量.doc

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1、DH4606B落球法变温液体粘滞系数测定仪使用说明书落球法变温液体粘滞系数测量有关液体中物体运动的问题，19世纪物理学家斯托克斯建立了著名的流体力学方程组，它较为系统地反映了流体在运动过程中质量、动量、能量之间的关系：一个在液体中运动的物体所受力的大小与物体的几何形状、速度以及内摩擦里有关。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

2、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。测量液体粘度可用落球法、毛细管法、转筒法等方法，其中落球法（又称斯托克斯法）适用于测量粘度较高的液体。粘度的大小取决于液体的性质和温度，温度升高，粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近改变1℃，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。要准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。本实验中采用落球法，PID控温及用秒表计时测量小球在不同温度的液体中下落的时间来测出液

3、体的粘滞系数。一、实验目的1、了解测量液体的变温粘滞系数的意义。2、学习和掌握一些基本物理量的测量。3、了解PID温度控制的原理，掌握温度控制器的设置使用方法。4、用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。二、实验仪器仪器由DH4606B落球法变温液体粘滞系数测定仪、恒温水循环控制系统、螺旋测微器（自备）、游标卡尺（自备）、秒表、镊子、钢球若干、蓖麻油、硅胶水管、连接线以及取球杆等组成。1、测定仪1.PT100输出接口：与温度计传感器输入接口相连，用于指示待测液体的温度；2.PT100温度传感器：放置在待测液体中（如蓖麻油）；3.玻璃管容器

4、：双层结构，内层装待测液体，外层可以通入水循环系统；4.上出水口：与恒温水循环系统的回水口相连；5.下入水口：与恒温水循环系统的出水口相连；6.秒表（计时用）7.配件盒（含钢珠若干）8.取球杆：用于取出玻璃容器内钢球图1落球法变温液体粘滞系数测定仪2、恒温水循环控制系统图2恒温水循环控制系统-前面板图图3恒温水循环控制系统-后面板图水位指示：指示水循环系统内水位，首次使用，需从加水口对系统加水，直到水位指示上限灯亮起即可。加水前确保出水口和回水口与测试仪已对应相连，且排水口处于关闭状态，溢水口有接水容器（防止加水过多溢出）。若开

5、机低水位报警灯亮起并发出警报，请立即关闭电源，向系统注入足量水后再开启系统电源。正常工作时，推荐的水位在下限与上限之间，水位不能低于下限；水泵开关：开启水循环（开启前确保出水口与回水口与外部测试仪已连接）；风扇开关：实验完毕后，将温控表设置到室温以下，开启风扇开关对水温散热。传感器：传感器接口与外部PT100温度传感器相连，温度计窗口将显示温度值；温度计：指示外部接入的PT100温度，显示分辨率0.1℃，测量范围0-200℃；温控表：设置水循环系统内水温，并对水温进行控制，稳定度±0.2℃；注意设置温度不能超过85℃；具体操作说

6、明见附件；回水口：循环水经过出水口流经被测对象后返回系统的接口；溢水口：系统储水容器水位过多后的溢出口；出水口：系统出水口；排水口：用于排空系统储水；空气开关：安全保护开关，正常工作时需手动开启。三、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，快的一层给慢的一层以阻力，这一对力称为流体的内摩擦力或粘滞力。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摩擦力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η称为液体的粘滞系数，它决定于液体的性质和温度

7、。粘滞性随着温度的升高而减小。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，且在运动是不产生旋涡，那么根据斯托克斯定律，小球受到的粘滞阻力f为：（2）式中η为液体的粘滞系数，r为小球半径，v为小球运动速度。若小球在无限广延的液体中下落，受到的粘滞力为f，重力为。这里V是小球的体积，和分别为小球和液体的密度，g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。随着速度的增加，粘滞力也增加，最后球的重力、浮力及粘滞力三力达到平衡，小球做匀速运动，此时的速度称为收尾速度，即为：（3）小球的体积为：（4

8、）把（3）式代入（2）式，得：（5）式中v为小球的收尾速度，d为小球的直径。由于（1）式只适合无限广延的液体，在本实验中，小球是在直径为D的装有液体的圆柱形玻璃圆筒内运动，不是无限广延的液体，考虑到管壁对小球的影响，（5）式应修正为：（6）式中为实验条件下的收尾