液体黏度的测定-实验报告.doc

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1、实验五液体黏度的测定各种实际液体都具有不同程度的黏滞性。当液体流动时，平行于流动方向的各层流体之间，其速度都不相同，即各层间存在着滑动，于是在层与层之间就有摩擦力产生。这一摩擦力称为“黏滞力”。它的方向在接触面内，与流动方向相反，其大小与接触面面积的大小及速度梯度成正比，比例系数称为“黏度”（又称黏滞系数，viscosity）。它表征液体黏滞性的强弱，液体黏度与温度有很大关系，测量时必须给出其对应的温度。在生产上和科学技术上，凡是涉及流体的场合，譬如飞行器的飞行、液体的管道输送、机械的润滑以及金属的熔铸、焊接等，无不需要考虑黏度问题。测量液体黏度的方法很多，通常有：

2、①管流法。让待测液体以一定的流量流过已知管径的管道，再测出在一定长度的管道上的压降，算出黏度。②落球法。用已知直径的小球从液体中落下，通过下落速度的测量，算出黏度。③旋转法。将待测液体放入两个不同直径的同心圆筒中间，一圆筒固定，另一圆筒以已知角速度转动，通过所需力矩的测量，算出黏度。④泄流法。已知容积的液体，由已知管径的短管中自由流出，通过测量全部液体流出的时间，算出黏度。目前我国和世界上大多数国家，在工业上所普遍采用黏度计，即基于这一原理。本实验基于教学的考虑，所采用的是落球法。一、实验目的1、了解有关液体黏滞性的知识，学习用落球法测定液体的黏度；2、掌握读数显微

3、镜的使用方法。二、实验原理将液体放在两玻璃板之间，下板固定，而对上板施以一水平方向的恒力，使之以速度v匀速移动。黏着在上板的一层液体以速度v移动；黏着于下板的一层液体则静止不动。液体自上而下，由于层与层之间存在摩擦力的作用，速度快的带动速度慢的，因此各层分别以由大到小的不同速度流动。它们的速度与它们与下板的距离成正比，越接近上板速度越大。这种液体流层间的摩擦力称为“黏滞力”（viscosityforce）。设两板间的距离为x，板的面积为S。因为没有加速度，板间液体的黏滞力等于外作用力，设为f。由实验可知，黏滞力f与面积S及速度v成正比，而与距离x成反比，即（2-5-

4、1）式中，比例系数η即为“黏度”。η的单位是“帕斯卡·秒”（Pa·s）或kg·m-1·s-1。某些液体黏度的参考值见附录Ⅰ。当一个小球在液体中缓慢下落时，它受到三个力的作用：重力、浮力和黏滞力。如果小球的运动满足下列条件：①在液体中下落时速度很小；②球体积很小；③液体在各个方向上都是无限宽广的，斯托克斯（S.G..Stokes）指出，这时的黏滞力为（2-5-2）式中η为黏度；v为小球下落速度；r为小球半径。此式即著名的“斯托克斯公式”。小球下落时，三个力都在竖直方向，重力向下，浮力和黏滞力向上。由式（2-5-2）知，黏滞力是随小球下落速度的增加而增加的。显然，如小球

5、从液面下落，开始是加速运动，但当速度达到一定大小时，三个力的合力为零，小球则开始匀速下落。设这时速度为v，v称为“终极速度”。此时（2-5-3）式中，ρ为小球密度；ρ0是液体密度。由此得（2-5-4）图2-5-1落球法测定液体黏度所用的容器我们在实验操作时，并不能完全满足式（2-5-2）所要求的条件。首先液体不是无限宽广的，是放在如图2-5-1所示的容器中的，因此就不能完全不考虑液体边界的影响。设圆筒的直径为D，液体的高度为H，小球从圆筒的中心线下落，那么（2-5-4）式应修正为式中，d为小球直径。由于高度H的影响实际上很小，可以略掉相应的修正项，又，L为圆筒上二标

6、线间的距离，t为小球通过距离L所用时间，则上式变为（2-5-5）由该式即可计算出黏度η。另外，在实验观测时式（2-5-2）是否适用，还和其他影响因素有关，对这方面的问题有兴趣的同学请参见附录Ⅱ。三、实验装置1、读数显微镜（1）结构图2-5-2读数显微镜读数显微镜是对微小距离变化进行非接触式测量的常用仪器之一。它是由一个显微镜和一个带有测微螺旋的工作台组合而成的。它有多种类型，图2-5-2所示的就是其中的一种。目镜筒由目镜组和叉丝组成，调节目镜1可看清叉丝。转动目镜筒可调整叉丝的方位。使用中总是使叉丝的水平线与工作台的走向一致。调整好后，用紧固螺丝将目镜筒固定。物镜5

7、安装在镜筒上。通过支架和旋钮2可粗调显微镜与工作台间的距离，从而达到聚焦的目的。工作台由一个测微螺旋带动。旋转测微鼓轮4时，工作台沿x方向移动。镜座上有按米尺刻度的标尺3（称“主尺”），指示出工作台的大致位置。鼓轮4的一周等分为100个刻度，它每旋转一周，工作台移动1㎜。因此每格相当于0.01㎜，和螺旋测微计一样，以毫米为单位时读数到千分位上。在y方向也有一个类似的测微系统，由测微螺旋7移动工作台。（2）调节①调节目镜1，看清叉丝；②将待测物安放在工作台6上，旋动调焦螺丝2，把镜筒放下，将待测物移到物镜下方；③转动反光镜8从底部照明，或利用上方的照明，改变视场亮