落球法溶液粘滞系数

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1、落球法测量液体的粘滞系数班级：物本1102班组长：杨柳青组员：梁万春刘美子连永琴第9页落球法测量液体的粘滞系数一、简介当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于两层液体的接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足

2、的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。各种实际液体具有不同程度的粘滞性。测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以计算出液体的粘度。二、实验目

3、的：1.观察小球在液体中的下落过程，了解液体的内摩擦现象。2.掌握用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法。3.掌握秒表、密度计等基本测量仪器的使用方法。三、实验重点熟悉斯托克斯定律，掌握用落球法测量液体的粘滞系数的原理和方法。四、实验难点能够熟练使用落球法粘滞系数测定仪准确的测出液体的粘滞系数。五、课程讲授提问：1.斯托克斯定律是什么？为什么要对测量表达式（2）进行修正？2.实验上如何使用落球法测液体的粘滞系数？六、实验仪器：1、YJ-RZT-II数字智能化热学综合实验平台；2、液体粘滞系数实验装置、3、光电转换实验模板；4、连接电缆

4、；5、2mm小钢球；6、甘油；7、直尺；8、千分尺；9、数字温度传感器；10、小磁钢及重锤部件；11、激光器；12、接收器；13、量筒；14、导球管；15、物理天平；16、测温探头。第9页ＦｆＰLHD七、实验原理：质量为m的金属小球在黏滞液体中下落时，它会受到三个力，分别是小球的重力G，小球受到的液体浮力F和黏滞阻力ƒ。如果液体的黏滞性较大，小球的质量均匀、体积较小、表面光滑，小球在液体中下落时不产生漩涡，而起下落速度较小，则小球所受到的黏滞阻力为ƒ（1）式（1）称为斯托克斯公式，其中是液体的黏度，是小球的直径，是小球在流体中运动时

5、相对于流体的速度。当小球开始下落时，速度较小，所受到的黏滞阻力也较小，这时小球的重力大于浮力和黏滞阻力之和，小球做加速运动；随着小球速度的增加，小球所受到的黏滞阻力也随着增加，当小球的速度达到一定的数值（称收尾速度）时，三个力达到平衡，小球所受合力为零，小球开始匀速下落，此时ƒ（2）即（3）式中分别表示小球的质量和体积，表示液体的密度。如用表示小球的密度，则小球的体积为小球的质量为第9页代入式（3）并整理得（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，此时黏滞阻力的表达式可加修正系数，而式（4）可修

6、正为：（5）当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的黏度值又较小时，小球在液体中的平衡速度会达到较大的值，奥西斯-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响：ƒ（6）其中称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。（7）当小于0.1时，可认为式（1）、式（5）成立。当时，应考虑式（6）中1级修正项的影响，当大于1时，还需考虑高级修正项。考虑式（6）中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，黏度可表示为：（8）由于是远小于1的数，将按幂级数展开后近似为，式（8）又可表示为：（9）已知或测量得到等参数后，由式（5）计算黏度，再由式（7

7、）计算，若需计算的1次修正，则由式（9）计算经修正的黏度。斯托克斯定律成立的条件有以下5个方面：1）媒质的不均一性与球体的大小相比是很小的；2）球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降；3）球体是光滑且刚性的；第9页4）媒质不会在球面上滑过；5）球体运动很慢，故运动时所遇的阻力系由媒质的粘滞性所致，而不是因球体运动所推向前行的媒质的惯性所产生。八、实验步骤1、调整粘滞系数测定仪及实验准备1）调整底盘水平调节底盘旋纽，使底盘基本水平；2）将实验装置上的上、下两个激光器接通电源，连接方法如图3所示，并可看见其发出红光；3）将盛有被测液体的量筒放

8、置到实验装置底盘中央，并在实验中保持位置不变、在仪器横梁中间部位放置小磁钢及重锤部件，调节上、下两个激光器及接收器，使红色激光束平行地对准重锤线后收回小磁钢及重锤部件；4）在实验装置上放置导球管、小球用乙醚；酒精混合液清洗干净，并用滤