讲义：液体粘滞系数的的测定.doc

实验N 液体粘滞系数的测定 各种流体（液体、气体）都具有不同程度的粘性。当物体在液体中运动时，会受到附着在物体表面并随物体一起运动的液层与邻层液体间的摩擦阻力，这种阻力称为粘滞力（粘滞力不是物体与液体间的摩擦力）。流体的粘滞程度用粘滞系数表征，它取决于流体的种类、速度梯度液体测量非常重要例如，人体血液粘度增使供血和供氧不足，引起心脑血管疾病石油在封闭管道长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，在设计管道前必须测量被输石油的粘度。 【实验目的】 1.了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理，掌握其适用条件； 2.掌握用落球法测定液体的粘滞系数。 【预备问题】 1.如何判断小球作匀速运动？ 液体粘系数测定仪、 【实验原理】 如图1所示，当质量为m、体积为V的金属小球在密度为?液的?铅直方向的力?Vg和液体的粘性阻力F。 假设小球半径r和运动速度v都很小，而且液体均匀且无限深广，则粘滞阻力F可写为： (1) 式（1）称为斯托克斯公式。其中??称为液体的粘滞系数，单位为Pa?s（帕?秒），它与液体的性质和温度有关。 小球开始下落时，速度v很小，阻力F不大，小球加速向下运动。随着小球下落速度的增大，粘滞阻力逐渐加大，当速度达到一定值时，三个力达到平衡，即： （2） 此时小球以一定速度匀速下落，该速度称为收尾速度,记为v收。由式（2）可得： （3） 要测??，关键要测准收尾速度v收。令小球直径，而，，代入式（3），则： (4） 式中L为小球匀速下落的距离，t为小球下落距离L所用的时间。 实验时待测液体必须盛于容器中 （5） 式中D为盛液体圆筒的内径，H为圆筒中液体高度。 实验时若油温较高小球下落速度较大，下落时可能出现湍流为了判断是否出现湍流，可利用流体力学中一个重要参数雷诺数来判断 （6） 当雷诺数不甚大（一般在Re10）时，斯托克斯公式（1）修正为： （7） 则修正后的粘度测得值?0为： （8） 实验时，先由式（5）求出近似值??，再用??代入式（6）求出雷诺数Re，最后由式（8）求出最佳值?0。 【实验内容与步骤】 本实验采用自行设计的FN10-Ⅱ型粘系数测定仪电磁铁圆筒的底部设计成斜坡状，小球下落后会自动到圆筒器到电磁铁下端电磁铁吸住（1）调底盘水平在横梁中部重锤，调节底盘旋纽，使重锤对准底盘的中心圆点。 （2）实验架激光接通电源，见红色激光束。调节上、下两个激光器，使红色激光平行地对准铅锤线。 （3）收回重锤，将盛有的圆筒放置到实验架底盘中央，实验中保持圆筒位置不变。调节上、下两个上、下激光在实验架上装上电磁铁电磁铁（）将1个小球投入圆筒，器将小球吸住沿管壁到电磁铁下端电磁铁吸住。（）小球静止，按计时仪“计时键”，计时仪计时仪轻按电磁铁上方的按钮开关，看小球下落过程中若不能，则仔细调整激光光电门的位置，直到小球下落过程中能使光电门正常工作。激光cm处（对应图1的L1），光电门2的激光在圆筒中轴线处距底上方约5cm左右处（对应图1的L2），记录小球通过L1、L2所用时间t，测出L1、L2距离L（用直尺测量两激光束在圆筒中轴线处的距离），计算小球的下落速度v1（）。 （2）改变激光cm和5cm处，重复上述实验，分别测出L1与L2间的距离L，计算小球的下落速度v2 、v3。 （3）根据v1、v2、v3的关系，确定小球做匀速运动（达到收尾速度）时光电门1的位置L1。例如，若v1?v2=v3，则光电门1可选在其激光在圆筒中轴线处距油面下方3cm以下的位置。 3.测量小球下落时间（收尾速度） （1）用钢球吸拾器到电磁铁下端电磁铁吸住。（）按一“计时键”，计时仪计时仪(℃)，记于表1中。由于液体??随温度在室温附近1?C，??减少约10%轻按电磁铁上方的按钮开关，光电门光电门小球下落距离L所用时间重复测量次记录到(℃)，记于表1中。 （6）换另一个半径的小钢球，重测量次器（）。?球?kg.m-3，蓖麻油的密度：?液?= 96kg.m-3 , 圆筒直径：（厂家给定）。 1.根据实验数据，由式（5）求出蓖麻油的??值。 2.将??的实验与同温理论值进行比较,计算相对误差。温度(℃)时粘度??理论值可查表?或由下式近