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液体粘度随温度变化的实验研究
Test research that the liquid viscosity
changes with the temperature

Survey below the distinct temperature ，The castor oil sticks the sluggish factor ，Thereby find out liquid （Castor oil ）Viscosity what changes the relationship with the temperature 。

粘度(viscosity)是液体重要的物理性质之一，它反映液体流动行为的特征。粘度与液体的性质、温度和流速有关，测量这个量在材料的工艺技术方面有实际应用价值，如机械的润滑、石油在管道中的传输、油脂涂料、有机合成、医疗和药物等方面，都需要测定液体的粘度。
在液体中，如果各层液体的流速不同，在两层相互接触而速度不同的液体层之间便有力的作用。两相邻液层间的这一作用力称为内摩擦力或粘滞力，一般液体都有这种性质，称为粘滞性。
测量液体粘度的方法有多种。纺织、轻工、医药和化工等行业的工厂中常采用旋转法，它使用方便，测量范围可达0.1~0.01Pas。实验室中，对于粘度较小的液体，如水、乙醇、四氯化碳等，常采用毛细管法。落球法（落针法）是最基本的一种，它可用于测量粘度较大的液体，如蓖麻油(castor oil)、变压器油、甘油等。

一 实验仪器装置
本实验采用PH－Ⅲ型变温粘滞系数实验仪，如图一所示。由实验器、落针、霍尔传感器、测量－控温系统四部分组成。仪器已经安装完好，待测液体（蓖麻油）已经注入实验器，循环水已经注入测量－控温仪。

图一 变温粘滞系数测量系统
1 实验器
实验器结构如图二所示。用透明玻璃管制成的内外两个圆筒容器，竖直固定在水平机座上，机座底部有调水平的螺丝。内筒盛放待测液体(如蓖麻油)，内外筒之间通过控温系统灌水，用以对内筒水浴加热。外筒的一侧上、下端各有一接口，用橡胶管与控温系统的水箱相连。机座上竖立一块铝合金支架，其上装有霍尔传感器和取针装置。圆筒容器顶部盒子上装有投针装置(发射器)它包括喇叭形的导环和带永久磁铁的拉杆。嗽叭形导环为便于取针和让针沿容器中轴线下落。用取针装置把针由容器底部提起，针沿导杆：到达盖子顶部，被拉杆的磁铁吸住。拉起拉杆，针因重力作用而沿容器中轴线下落。
2 磁性落针
磁性落针如图三所示，它是有机玻璃制成的空细长圆柱体，总长约185mm。其外半径为，直径约5.7mm，有效密度为，它的下端为半球形，上端为圆台状，便于拉杆相吸。内部两端装有永久磁铁，异名磁极相对。磁铁的同名磁极间的距离为(170mm)。内部有配重的铅条，改变铅条的数量，可改变针的有效密度。
3 霍尔传感器
它是灵敏极度高的开关型霍尔传感器，做成圆柱状，外部有螺纹，可用螺母固定在实验仪支架上。输出信号通过屏蔽电缆、航空插头接到测量器上。每产磁铁经过霍尔传感器前端时，传感器即输出一个矩形脉冲。这种磁传感器的使用，为非透明液体的测量带来方便。

图二 实验器 图三 磁性落针

4 测量一控制器
以单片机为核心的测量器用以计时和处理数据，硬件采用MCS—51系列处理芯片，软件固化在EPROM中，霍尔传感器产生的脉冲经整形后，从航空插座输入，由计时器完成两次脉冲之间的计时，并将结果计算和显示出来。其面板如图四所示。

图四 PH－Ⅲ型变温粘滞系数实验仪前面板
控温系统由水箱、水泵、加热器及控温装置组成。微型水泵运转时，水流自实验器的底部流入，自顶部流山：形成水循环，对待测液体进行水浴加热，加热功率为300W，通过控温装置的调节，预置实验温度。待测液体的实际温度直接由数码管显示。

二 实验内容提示
测量不同温度下蓖麻油的粘滞系数，研究蓖麻油的粘滞系数随温度的变化。

三 实验原理提示
当磁性落针在重力的作用下在液体中下落时，由于附着在落针表面的液层对于液体其他部分运动，使落针受到一个与运动方向相反的粘滞阻力，粘滞阻力与落针的运动速度成正比，与液体的粘滞系数成正比。此外，落针在液体中还要受到浮力的作用。在开始时落针将加速下落，当三力平衡时，落针将匀速下落。这时落针的速度称为收尾速度，此速度可通过测量针内磁铁经过传感器的时间间隔求得。
在恒温条件下，求液体粘滞系数的公式为：
（1）
式中，－容器内简半径，－落针半径，－落针下落收尾速度，g—重力加速度，－落针的有效密度，－液体密度，—液体粘度系数。壁和针长的修正系数为：
（其中 ） （2）
（－两磁铁同名磁极的间距） （3）
考虑到 （－两磁铁经过传感器的时间间隔），则（1）式可改写为：
（4）
在变温情况下，还必须考虑到液体密度随温度的变化：
（5）
其中，，
值可用实验方法确定，大约为

四 实验操作提示
1 开起仪器：
接入仪器电源，打开电源丌关，仪器显示“PH2”(否则按复位键)。
2 加热液体：
打开控温丌关，显示当前温度数值。将温控器凋到某一温度，(例如高于室温1℃)此时
升温指示灯亮，对待测液体进行水浴加热，到达设定温度后，升温指示灯熄灭进行保温，
由于热惯性，需待达到平衡稳定(最好分两次升温，第二次灯熄灭)后进行测量。
4 取针和投针：
取下容器上端的盖子，将针放入被测液体。
盖上盖子用取针装置将针拉起，送给发射端。发射器吸住落针后，将取针头放到底盘。
轻轻上提盖子，落针就自动下落。
5 测量液体粘滞系数：
按仪器面板上的复位键，显示“PH2”。进入起始状态。
按“3”键，显示“—”，表示进入计时待命状态。
将投针装贸的磁铁拉起，让针落下，稍待片刻(约16秒)，显示时间(单位：毫秒)。
按A键将显示、参数（、值在显示时可按实际数修改）。
第三次按A键显示该设定温度下的液体粘滞系数。
6 实验提示：
为了提高测量精度，在同一温度下，对液体的粘滞系数进行多次重复测量。

五 实验注意事项
1 应让落针沿圆筒中心轴线下落。
2 落针过程中，落针应保持竖直状态。用取针头将针拉起悬挂在容器上端后，由于液体受到扰动，处于不稳定状态，应稍待片刻，再将落针投下，进行测量。
3 取针装置将落针拉起并悬挂后，一定要将取针头离开容器，并置于底部，以免对针的下落造成影响。
4 落针进入导轨时，发射器导轨应迎着落针倾斜，使落针顺利被拉杆吸住。
5 取针和投针时双手均需小心操作，以免把实验仪碰倒，打坏圆筒容器。

六 数据处理提示
1 由于全部参数和计算公式等都以输入并固化在单片机上，省却了大量的重复计算。
2 对各个温度下的粘滞系数进行研究，找出粘滞系数随温度的变化规律。
3 最好能用罗朗级数拟合粘滞系数和温度之间的关系。

七 实验报告要求
以实验研究论文的形式提交实验报告。

八 参考文献
1 陈慧钊.粘度测量.北京：中国计量出版社，1994
2 张兆奎等.大学物理实验.北京：高等教育出版社，2001
3 周殿清. 大学物理实验.武汉：武汉大学出版社，2002
4 李长江.物理实验.北京：化学工业出版社，2002
5 万纯娣等.普通物理实验.南京：南京大学出版社，2000
6 江影等.普通物理实验.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002
(詹卫伸)