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时间:2020-03-30
《转筒法测定液体的粘度.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、实验简介当一种液体相对于其他固体、气体运动,或同种液体内各部分之间有相对运动时,接触面之间在摩擦力。这种性质称为液体的粘滞性。粘滞力的方向平行于接触面,且使速度较快的物体减速,其大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比,比例系数称为粘度。表征液体粘滞性的强弱,测定可以有以下几种方法:<1)泊肃叶法,通过测定在恒定压强差作用下,流经一毛细管的液体流量来求;<2)转筒法,在两筒轴圆筒间充以待测液体,外筒作匀速转动,测内筒受到的粘滞力矩;<3)阻尼法,测定扭摆、弹簧振子等在液体中运动周期或振幅的改变;<4)落球法,通过测量小球在液体中
2、下落的运动状态来求。对液体粘滞性的研究在物理学、化学化工、生物工程、医疗、航空航天、水利、机械润滑和液压传动等领域有广泛的应用。b5E2RGbCAP本实验的目的是通过用落球法和转筒法测量油的粘度,学习并掌握测量的原理和方法。 实验原理n 转动柱面间的流体运动公式10/10转筒粘度计结构如图5.2.2-2所示,把一个用张丝悬挂的长为,半径为10/10的圆柱体A放入盛有液体的内半径为的圆筒B中,保持圆柱体A与圆筒B共轴,如图5.2.2-3所示。如果圆筒B以角速度转动,且当速度较小时,介于A与B之间的液体将会被带动而逐层转动。
3、垂直于转轴的平面上的流线将是一系列的同心圆,如图5.2.2-4所示。当液层的转动达到稳定状态时,距离中心轴线半径为处的液层受到的粘滞力为p1EanqFDPw(10>式中是处液层的速度梯度,是这一层液面的侧面积,为粘度。而式中的即为处液层的线速度,可以由纳维叶-斯托克斯方程解出DXDiTa9E3d(11>10/10式中和为常数,可由边界条件确定。注意到圆柱体A受到粘滞力矩的作用发生转动,引起其上面的张丝扭转,扭转产生的恢复力矩也作用在圆柱体A上。即有RTCrpUDGiT(12>(13>式中表示圆柱体A测面处<)液层的径向速度梯度,则为
4、圆柱体A的侧面积,为张丝的扭转系数,为圆柱体的偏转角。5PCzVD7HxA当粘滞力矩和恢复力矩平衡时,液体的流动呈现稳定状态,圆柱体A则停止转动,处在某一位置上。由于张丝上粘有小镜,可以反射光线,则可以由反射光线的偏转确定。于是:jLBHrnAILg当时,当时,代入式<11)可以解得(14>沿方向的速度梯度为10/10(15>处的液层速度梯度为(16>代入式<12),得(17>又,则(18>n 张丝扭转系数的确定张丝的扭转系数可以通过扭转法来测定:把长圆柱体悬挂在张丝下,然后转一个角度让其作周期性扭转成为扭摆。其周期取决
5、于扭转系数和圆柱体的转动惯量,即xHAQX74J0X(19>如果在圆柱体下端加一个圆环,并使其与圆柱体同轴,设圆环的外半径为、内半径为、质量为,则其转动惯量为(20>整个系统的摆动周期则为10/10(21>合并式<19)和<21),消去,得到(22>可见,只要测定和,即可确定扭转系数。n 消除圆柱体端面的影响上面的讨论忽略了圆柱体两端面的影响,为了消除这种影响,我们用两个半径相同、高度分别为和的圆柱体在相同条件下各做一次实验。设两端面的粘滞力矩为,则LDAYtRyKfE(23>(24>两式相减,得到(25>考虑到,为外圆
6、筒B的转动周期,其中反射光点在标尺上的偏移量,为反光镜到标尺的距离,代入式<25)后,得到10/10(26>n 实验中使用的公式将扭转系数的表示式<22)代入式<26),得(27>其中(28>为与仪器几何参量和圆环转动惯量有关的参数。 实验重点n M个同类小球尽量找直径比较接近的。n 每个小球应从量筒中心尽量接近液面处轻轻投下。n 注意量筒底部是凸起的,高度如何测量。 实验内容用转筒法测量液体的粘度,为此应作以下操作和测量:n 仪器调节l 根据水平气泡仪,调节底
7、脚螺丝,将平台调至水平。l 10/10将深度游标卡尺安装在调节架上,用铅直线调节深度游标尺,使之竖直<用图5.2.2-2中的21和22分别调节)。Zzz6ZB2Ltkl 将张丝、小镜、对接接头、短圆柱体组成的系统安装在零点调节器的夹紧螺丝24上,把同轴量规放在外转筒的筒口上,然后降低深度游标卡尺,使内圆柱的下端接近同轴量规,调节平台上的螺丝23,使内圆柱体与外转筒同轴。dvzfvkwMI1n 长、短圆柱体的角偏移测量l 用注射器将4ml待测液体注入外转筒。l 调节深度游标卡
8、尺的高度,使圆柱体浸入待测液体中,并保证圆柱体的上底距液面1cm,下底距筒底1cm。rqyn14ZNXIl 调节标尺使其曲率中心正好在张丝的轴心上,调节聚光器,使光斑落在标尺上且成像清晰,调节零点调节器使光斑尽量接近零点,
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