ZC落球法液体粘滞系数测定仪.doc

ZC1121落球法液体粘滞系数测定仪 （实验讲义） 使 用 说 明 书 杭州泽胜仪器有限公司 落球法测量液体的粘滞系数 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（或粘滞系数），它的方向平行于接触面，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。液体的粘滞系数和人们的生产，生活等方面有着密切的关系，比如医学上常把血粘度的大小做为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。 测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘度较高的透明或半透明的液体，比如：蓖麻油、变压器油、甘油等。 一、实验目的 1．学习和掌握一些基本物理量的测量。 2．学习激光光电门的校准方法。 3．用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。 二、实验仪器 ZC1121落球法液体粘滞系数测定仪、卷尺、螺旋测微器（自备）、电子天平（自备）、游标卡尺（自备）、钢球若干。 三、实验原理 处在液体中的小球受到铅直方向的三个力的作用：小球的重力（为小球质量）、液体作用于小球的浮力（是小球体积，是液体密度）和粘滞阻力（其方向与小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度较小情况下，有 （1） 上式称为斯托克斯公式，其中是小球的半径；称为液体的粘度，其单位是。 小球在起初下落时，由于速度较小，受到的阻力也就比较小，随着下落速度的增大，阻力也随之增大。最后，三个力达到平衡，即 （2） 此时，小球将以作匀速直线运动，由（2）式可得： （3） 令小球的直径为，并用，，代入（3）式得 （4） 其中为小球材料的密度，为小球匀速下落的距离，为小球下落距离所用的时间。 实验过程中，待测液体放置在容器中，故无法满足无限深广的条件，实验证明上式应进行如下修正方能符合实际情况： （5） 其中为容器内径，为液柱高度。 当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的粘度值又较小时，小球在液体中的平衡速度会达到较大的值，奥西思-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： （6） 其中，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。 （7） 当Re0.1时，可认为（1）、（5）式成立；当0.1Re1 时，应考虑（6）式中1级修正项的影响，当Re大于1时，还须考虑高次修正项。 考虑（6）式中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，粘度可表示为： （8） 由于是远小于1的数，将按幂级数展开后近似为1-3Re/16,（8）式又可表示为： (9) 已知或测量得到、、、、等参数后，由（5）式计算粘度，再由（7）式计算，若需计算的的1级修正，则由（9）式计算经修正的粘度。在国际单位制中，的单位是Pa?s（帕斯卡·秒），在厘米，克，秒制中，的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是： 1Pa?s = 10P = 1000cP （10） 仪器说明 整体部件 ZC1121落球法液体粘滞系数测定仪主要包括两部分：测试架和测试仪。右图1为测试架结构图： 1、落球导管 2、发射端Ⅰ 3、发射端Ⅱ 4、量筒 5、水平调节螺钉 6、底盘 7、支撑柱 8、接收端Ⅱ 9、接收端Ⅰ 10、横梁 图 1 测试架结构图 测试仪使用说明 ZC1121落球法液体粘滞系数测定仪测试仪面板如图2所示，使用时测 试架上端装光电门Ⅰ，下端装光电门Ⅱ，且两发射端装在一侧，两接收端装在一侧。将测试架上的两光电门“发射端Ⅰ”，“发射端Ⅱ”和“接收端Ⅰ”，“接收端Ⅱ”分别对应接到测试仪前面板的“ ”，“ ”和“ ”，“ ”上。检查无误后，按下测试仪后面板上的电源开关，此时数码管将循环显示两光电门的状态： “L-