落球法测量粘滞系数

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1、落球法测定变温液体粘滞系数李国辉物理实验中心太原理工大学物理与光电工程学院实验目的1.观察小球在液体中的运动现象，了解其运动规律2.观察液体内摩擦现象，学习测定不同温度下液体的粘滞系数3.进一步掌握常用测量仪器的使用实验仪器ZKY-PID温控实验仪秒表钢球一个什么是液体粘滞系数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h称为粘度（或粘滞系数）。测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法粘度的大小取决于液体的性质与温度，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，

2、必须精确控制液体温度。其中落球法适用于测量粘度较高的液体。实验原理1.落球法测定液体的粘度GF浮F粘当浮力F浮和粘滞力F粘之和等于重力时，有G-F浮-F粘=0此时小球的速度称为收尾速度v0小球相对于液体的运动速度不大，且液体不产生涡旋的情况下，小球受到的粘滞力为式中d为小球直径(1)(2)式中r为小球密度，r0为液体密度。由（3）式可解出粘度h的表达式:(3)(4)本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，（4）式可修正为(5)当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的粘度值又较小时，小球在液体中的平衡速度

3、v0会达到较大的值，则粘滞力（奥西思-果尔斯公式）为：其中Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。当Re小于0.1时，可认为（1）、（5）式成立。当0.1

4、距离。样品管外的加热水套连接到温控仪，通过热循环水加热样品。底座下有调节螺钉，用于调节样品管的铅直。2.开放式PID温控实验仪设定值调节器执行单元被控对象e(t)u(t)被控量操作量温度(ºC)3130.53029.529012345时间(分钟)PID调节系统过渡过程注意事项！通电前，应保证水位指示在水位上限。若水位指示低于水位下限严禁开启电源，必须先用漏斗加水。水位上限水位下限加水时注意请勿将水洒落在桌面及仪器上，以防止短路及触电现象注意事项！2.使用软水（由指导老师发放），避免产生水垢实验内容1．检查仪器后面的水位管，将水箱水加到适

5、当值平常加水从仪器顶部的注水孔注入。若水箱排空后第1次加水，应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱，以便排出水泵内的空气，避免水泵空转（无循环水流出）或发出嗡鸣声。2．设定PID参数(已设定好)，分别设定温度为25、27、…，35等每隔2度依次测量，保持仪器设定的初始值。3．测定小球直径（免做）用螺旋测微器测定小球的直径d，将数据记入表1中。小球的直径为电源开关启控/停控改变数值参数选择确认设定温度初始温度当前温度当前温度调节时间温度随时间变化的曲线温度(ºC)时间5．设置温控仪温度。温控仪温度达到设定值后再等约10分钟，使样品管中的待测

6、液体温度与加热水温完全一致，才能测液体粘度。4.若样品管倾斜，应调节其铅直。测量过程中，尽量避免对液体的扰动。请勿将小球取出样品管！6.用磁铁吸住小球沿样品管轻轻移动到样品管顶部，观察小球是否一直沿中心下落，在计时开始前利用磁铁将小球调整到中心位置附近。7.用秒表测量小球落经20cm(通常采用样品管5cm-25cm)距离的时间t，并计算小球速度v0，用（5）式计算粘度h，记入表2中。525开始计时停止计时测量次数小球下落时间t>10s，测量1次小球下落时间3s

7、计时、停止计时按钮秒表温度(ºC)时间(s)速度(m/s)h(Pa∙s)测量值h(Pa∙s)标准值12345平均25.026.026.028.029.030.08.将这些温度下粘度的测量值与标准值比较，并计算间接测量不确定度。数据处理粘滞系数的误差传递函数首先对函数式（5）求全微分用不确定度替代后，再进行方和根合成，得到间接测量的不确定度方和根合成公式时间t采用秒表测量，其仪器误差为D仪=±0.02s小球的密度r（7.8±0.1）×103Kg/m3蓖麻油的密度r0（0.95±0.01）×103Kg/m3玻璃管直径D（2.0±0.1）×1

8、0-2m小球直径d（1.00±0.02）×10-3m太原地区重力加速度g（9.78±0.01）m/s2实验中已知物理量的数值（置信率P=100%）扩展不确定度当置信率时，K=3直接测量不确定度的估算单次测量