毛细管法测液体黏度实验

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1、毛细管法测液体黏度实验原理实际液体都具有不同程度的黏性。当液体流动时，平行于流动方向的各层液体的速度都不相同，即存在着相对滑动。于是，在各流层之间存在内摩檫力，这一内摩檫力亦称为黏性力。黏性力的方向沿相邻两流层接触面的切向，其大小与该流层处的速度梯度及接触面积成正比。比例系数称为黏度，它表征了液体黏性的大小，与液体的性质和温度有关。实际液体在水平细圆管中流动时，因黏性而呈分层流动状态，各流层均为同轴圆管。若细圆管半径为r，长度为L，细管两端的压强差为P，液体黏度为，则细圆管的流量4rPQ8L上式即泊肃叶定律。本实验采用的方法是，

2、通过测量一定体积的液体流过毛细管的时间来计算。即4VrPQ（3.2-1）t8L式中V即为t时间内流过毛细管的液体体积。当毛细管沿竖直位置放置时，应考虑液体本身的重力作用。因此，式（3.2-1）可表示为：4r(PgL)Vt（3.2-2）8L本实验所用的毛细管黏度计如图3.2-1所示，它是一个U型玻璃管，A与B之间为一毛细管，左边上部的管泡两端各有一刻痕C和A，右边为一粗玻璃管且也有一管泡。实验时将一定量的液体注入右管，用吸球将液体吸至左管。保持黏度计竖直，然后让液体经毛细管流回右管。设左管液面在C处时，右管中液面在D处

3、，两液面高度差为H，CA间高度差为h1，BD间高度差为h2。因为液面在CA及BD两部分中下降及上升的极其缓慢（管泡半径远大于毛细管半径），液体内摩檫损耗极小，故可近似作为理想液体，且流速近似为零。设毛细管内液体的流速为v，由伯努利方程可知流管中各处的压强、流速与位置之间的关系为：图3.2-1毛细管黏度计12vghP常量2对于图3.2-1中所示的C处和A处，若取h0，则有A1212ghvPvP1c0A22其中C处流速v0，P0为大气压强，PA为A处压强。c12所以有PPghvA01212同理，对B处与D处应

4、用伯努利方程可得B处压强PPghvB022v为毛细管内的流体流速。由此，毛细管两端压强差为：PPPg(hh)g(HL)（3.2-3）AB12将式（3.2-3）代入式（3.2-2）得：4rgHVt（3.2-4）8L在实际测量时，毛细管半径r、毛细管长度L和A、C二刻线所划定的体积V都很难准确地测出，液面高度差H又随液体流动时间而改变，并非固定值，因此，直接使用（3.2-4）式计算黏度相当困难。下面介绍比较测量法，即使用同一支毛细管黏度计，测两种不同液体流过毛细管的时间。测量时，如果对密度分别为1和2的

5、两种液体取相同的体积，则在测量开始和测量结束时的液面高度差H也是相同的，分别测出两种液体的液面从C降到A（体积为V）所需的时间t1和t2，由于r、V、L都是定值，因此可得下式V1t11V2和（3.2-5）t22VV式（3.2-5）中和分别是体积为V的两种液体流过毛细管的平均流量。（3.2-5）中tt12的两式相比可得t22（3.2-6）21t11式中1和2分别为两种不同液体的黏度，若已知1、2和1，只要测出t1和t2就可求出第二种液体的黏度。这种方法就叫做比较测量法。附表1水的黏度黏度黏度黏度温度/℃-3

6、温度/℃-3温度/℃-3/×10Pa﹒s/×10Pa﹒s/×10Pa﹒s01.787111.271210.98711.728121.235220.95521.671131.202230.93231.618141.169240.91141.567151.139250.89051.519161.109260.87061.472171.081270.85171.428181.053280.83381.386191.027290.81591.346201.002300.798101.307注：如测出的温度有小数部分，常用内插法进行处理，例如求12.4

7、℃时水的黏度值，其方法为30.41.2350.41.2021.2351.22210Pas121312附表2酒精的密度密度密度密度温度/℃温度/℃温度/℃/×103kg.m-3/×103kg.m-3/×103kg.m-300.80625140.79451280.7826710.80541150.79367290.7818220.80457160.79283300.7809730.80374170.79198310.7801240.80290180.79114320.7792750.80207190.

8、79029330.7784160.80123200.78945340.7775670.80039210.78860350.7767180.79956220.7877