液体粘滞系数的测定.doc

实验29 液体粘滞系数的测定

一、目的
利用落球法测量液体的粘滞系数。
二、原理
一个小球在静止的液体中运动时，如果液体是无限广延的，液体的粘滞性较大，小球的半径很小，且运动中不产生旋涡，则小球受到液体的粘滞力为
（29-1）
此式称为斯托克斯公式。式中，d为小球直径，v为小球的运动速度，为液体的粘滞系数。
L
HE
N1
N2
液体
L
H

如图29-1所示，当小球在液体中下落时，其受到粘滞力、浮力和重力的作用，当三力达到平衡时，小球达到收尾速度vm，并以该速度匀速下落。由三力平衡可得
（29-2）
式中m为小球质量，V为小球体积，r为液体密度。一般说来，r是温度T的函数，可表示为：
图29-1
r
(29-3)
式中r
0为0℃时液体的密度，T为液体的温度，b为修正系数。对于甘油有：温表0=1.260´103kg/m3，b=5´10-4/ ℃。
若小球在直径为D的圆筒中的液体里下落，由于液体不是无限广延的，考虑器壁的影响，要对小球的收尾速度加以修正。在小球半径远小于液体深度时，小球的收尾速度应修正为：
（29-4）
式中vm′为小球在圆筒中液体里下落时测得的收尾速度，k为修正系数。
若小球在液体中运动时引起涡流，因小球还受到涡流造成的阻力，则（29-2）式应进一步修正为
（29-5）

根据式（29-5），要利用有限直径的圆筒准确测得液体的粘滞系数，必须测得修正系数k。为此，可让直径为d的小球分别在不同直径D的圆筒中下落。测量小球通过两标志线（如图29-1中的Nl和N2）所需的时间t，计算出小球在各圆筒中下落时的收尾速度vm′。以d/D为横轴，l/ vm′为纵轴，画出如图29-2所示的直线。将直线延伸与纵轴相交，交点值的倒数即为液体无限广延时小球的收尾速度vm。这种作图求vm的方法称为外推法。
三、仪器与器材
多管粘滞系数测量仪(装有待测油品)、水准仪、游标卡尺、千分尺、钢尺、秒表、镊子、温度计、小球等。
四、实验内容
1. 用镊子将小球从培养皿里取出，利用螺旋测微器测量其直径，每个小球测量一次，共测量十个不同的小球。
2. 将水准仪放在多管粘滞系数测量仪的某一个玻璃管的前面，通过调节操作面板下的三个支脚使水准仪中的气泡落在中间的黑圈内，则此时该玻璃管达到竖直状态。
3. 待多管粘滞系数测量仪静止片刻后，用镊子夹起一个小球在液面中心位置的上方以无初速度释放，使小球尽量沿着玻璃管的中心轴线下落，利用秒表记录小球匀速通过两条标志线所用的时间。
4. 待第一个小球下落到玻璃管的底部后，重复上述步骤3，每个玻璃管内测量五个小球的下落时间。
5. 用游标卡尺测量多管粘滞系数测量仪玻璃管上端口的内径，选择不同的位置至少测量三次以上。
6. 使用钢尺测量玻璃管两标志线之间的距离，选择不同的位置至少测量三次以上。
7. 利用温度计测量液体的温度一次。
8. 对多管粘滞系数测量仪的其它三个玻璃管依次重复上述步骤中的2-7步。
五、注意事项
1. 实验仪器轻拿轻放，切勿用力推玻璃管，以免使玻璃管断裂。
2. 整个实验过程中，要注意不要用手触摸玻璃管，以免引起液体温度的变化。
3. 在螺旋测微器的使用过程中，注意螺旋测微器的零点误差，在小球直径的测量过程中尽量不要用手直接触摸小球。
4. 在游标卡尺的使用过程中，注意使用力度不要过大，以免使玻璃管上端口破裂。
5. 小球下落前，要注意使用水准仪使玻璃管保持竖直；待液面静止以后再释放小球，并且保证小球要尽量以无初速度沿着玻璃管的中轴线下落。在记录时间时一定要注意保证眼睛和标志线在同一水平面上，两个小球下落要有一定的时间间隔。
6. 温度测量时要注意温度计的液泡要完全浸泡在液体之中，读数时要注意保证眼睛和温度刻度线在同一水平面上。

物理量的测量：
已给出的物理量：
小球的密度：
蓖麻油的密度：
待测的物理量：
1.小球的直径：d（要求每个小球测量1次，共测量10个小球，）

2.螺旋测微器零点误差：（至少要测3次）

3.小球下落时间：（要求测5个小球的下落时间）
玻璃管1
玻璃管2
玻璃管3
玻璃管4

4玻璃管上端口的内径和两刻度线之间的距离（每个至少要测3次）
玻璃管1
玻璃管2
玻璃管3
玻璃管4
内径D1
距离L1
内径D2
距离L2
内径D3
距离L3
内径D4
距离L4

5.温度：（每个玻璃管测量结束后测1次）

参考：
蓖麻油的粘滞系数值与温度的关系
温度(℃) η( Pa•S)
温度
η
温度
η
温度
η
温度
η
0
10
11
12
13
14
15
53.0
2.42
2.20
2.00
1.83
1.67
1.51
16
17
18
19
20
21
22
1.37
1.25
1.15
1.04
0.95
0.87
0.79
23
24
25
26
27
28
29
0.73
0.67
0.62
0.57
0.53
0.52
0.48
30
31
32
33
34
35
40
0.45
0.42
0.39
0.36
0.34
0.31
0.23

修正系数k=2.4(参考值，实验数据处理中必须自己计算)