粘滞系数测定.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,实验,13,液体粘滞系数的测定,实验目的,1,观察内摩擦现象；根据斯托克斯定律用落球法测定液体的粘滞系数。,2,熟悉基本测量仪器（如游标卡尺、螺旋测微计、秒表、物理天平等）的使用。,一切实际流体，当其相邻两流层各以不同的定向速度运动时,由于流体分子之间的相互作用，就会产生平行于接触面的切向力。运动快的流层给运动慢的流层以加速力,f,，运动慢的流层则对运动快的流层施以阻滞力,f,，这一对力称为内摩擦力（或粘滞力）。实验证明，对给定的流体粘滞力,f,与两层间的接触面积,及该处垂直于,方向上的速度梯度,dv/dy,成正比，且运动方向相反，即有关系式,（,1,）,式中,称为粘滞系数（单位名称为帕秒，符号,Pas),。,不同流体具有不同的粘滞系数，同一种流体在不同温度下其,值变化也很大。例如蓖麻油当温度从,18,上升到,40,时粘度几乎降到原来的,1/4,。,液体的粘滞系数是粘滞流体的主要动力学参数，也是液态物质的重要物理、化学指标之一。精确测定粘滞系数不仅具有实用意义，而且可以对许多学科的理论研究提供重要的依据。液体粘滞系数测定的方法有多种，常用的有毛细管法、落球法和园筒旋转法等。通过本实验还可以对实验技能得到多方面的训练。,实验原理,一个小球在液体中运动时，将受到与运动方向相反的摩擦阻力的作用这种阻力即为粘滞力，是由于粘附在小球表面的液层与邻近液层的摩擦而产生的。在均匀的无限广延的液体中，若液体的粘滞性较大，小球的半径很小，而且在运动过程中不产生涡流的情况下，则根据斯托克斯定律小球受到的粘滞力为：,f=6,rv,（,2,）,式中,为粘滞系数，它不仅与液体本身的性质有关，并且与温度有关；,r,是小球半径，,v,是小球的运动速度。从上式可知，阻力,f,的大小和物体运动的速度成正比。,图（,131,）,如图,13,1,所示，若让小球自由下落，落入液体后，小球受到三个力的作用，即浮力 ，重力,mg,粘滞力,f,。其中,V,为小球体积，,0,为液体密度，,m,为小球质量，开始时小球下落速度较小，因而粘滞力,f,也较小，小球作加速运动。随着小球运动速度,v,的增加，粘滞力,f,也增加，当速度达到一定大小时，作用在小球上各力达到平衡，在平衡时有：,（,3,）,此后小球将作匀速运动，由上式可得：,（,4,）,若将代入式（,4,），整理得,（,5,）,实验中，小球是在内半径为的量筒内下落，因而要考虑容器内壁对结果的影响。所以（,5,）式应加上一个修正值，经过修正后，,（,6,）,实验仪器,实验装置主要是一个盛有待测油的玻璃量筒，在量筒的上、下部各有一环线标志,1,和,2,，它们之间的距离为（,1,距液面、,2,距筒底的距离均应不小于,7,8cm,），如图,13,1,所示。,图（,13-2,）,比重计是生产中广泛用来测量液体密度的仪器。它是根据阿基米德原理来测量液体密度的，其外形及构造如图,13,2,所示。一中空的封闭玻璃园柱体，其底部园球内放有铅丸，上部细管标有刻度线。测量时把它放入待测液体，待测液体的密度由与液面接触的那条刻度线读出。使用时应注意：根据测量要求的精度及测量范围，选用适当的比重计；要仔细清洗干净；用两指拿住比重计的管上端，把它慢慢地放到液体中，待液面浸没至管与液体密度相应的那条分度线时（最好约高,3,5,），再松开手，使它在自身重量的作用下自由漂浮，以免松手时比重计沉底被打破，也避免管上被液体浸湿而增加比重计的质量，造成测量上不必要的误差。,实验内容,1,选择,10,个以上表面光滑及直径相同的小球，用螺旋测微计分别测出直径，每粒小球测一次，求其平均值，注意个别小球直径差异过大，应剔除不用。,2,将已测过直径的,10,粒以上的小球，用物理天平称衡其总质量，即可算得每粒的质量。,3,用游标卡尺测量量筒的内直径，算出半径；用钢直尺测量量筒外壁上两条标线,1,、,2,之间的距离。,4,用比重计测出液体的比重，并换算密度,0,。,5,用镊子夹住小球，先将小球在油中浸一下使小球表面完全为油所浸湿；然后将小球放入量筒的中间液面处，用秒表测出小球匀速下降通过路径所需的时间,t,，则速度 。,6,在实验前后各测一次油的温度，以平均值作为实验时的油温。,在进行正式测量前，必须先熟练掌握秒表的使用方法，并练习测量,2,4,粒未经测量直径的小球的下落时间，在已能熟练操作后，再进行正式测量。,7,将有关数据代入公式（,6,）计算粘滞系数,值，并求其不确定度。,数据处理与分析,如忽略（,5,7,）式分母中修正项的误差，有,其中：,注意事项,1,为保证小球洁净，测过质量和直径的小球，须用有机溶剂（乙醚和酒精的混合液）清洗，再用滤纸吸干残液待用，不可再用手触摸。,2,液体的粘滞系数随温度变化显著，测量小球下落时间的实验过程应尽可能短。在实验中不要用手触摸量筒。,3,实验过程中油应保持静止，注意油中应无气泡存在，否则小球下落必受影响。,4,量筒应铅直放置，使小球沿筒的中心线下降。,预习思考题,1,量筒外标线,1,是否可在液面位置？为什么？,2,液体的粘滞系数和哪些因素有关？如果在实验时室温有变化对小球的下落速度有何影响？,3,试由式（,6,）分别导出粘滞系数在厘米,.,克,.,秒单位制和国际单位制中的单位。,讨论题,1,若小球在下落过程中，球表面附有小气泡，则将使测出的,值偏大还是偏小？,2,本实验若换用较小半径或密度更大的小球，它们下落的最终速度会如何变化？,3,试分析选用不同密度和不同半径的小球作此实验时，对实验结果的影响变化如何？,4,如何判断小球已进入匀速运动状态？如何用实验方法确定？,