液体黏度的测定-实验报告.doc

. 物理实验报告液体黏度的测定各种实际液体都具有不同程度的黏滞性。当液体流动时，平行于流动方向的各层流体之间，其速度都不相同，即各层间存在着滑动，于是在层与层之间就有摩擦力产生。这一摩擦力称为“黏滞力”。它的方向在接触面内，与流动方向相反，其大小与接触面面积的大小及速度梯度成正比，比例系数称为“黏度”（又称黏滞系数，viscosity）。它表征液体黏滞性的强弱，液体黏度与温度有很大关系，测量时必须给出其对应的温度。在生产上和科学技术上，凡是涉及流体的场合，譬如飞行器的飞行、液体的管道输送、机械的润滑以及金属的熔铸、焊接等，无不需要考虑黏度问题。测量液体黏度的方法很多，通常有：管流法。让待测液体以一定的流量流过已知管径的管道，再测出在一定长度的管道上的压降，算出黏度。落球法。用已知直径的小球从液体中落下，通过下落速度的测量，算出黏度。旋转法。将待测液体放入两个不同直径的同心圆筒中间，一圆筒固定，另一圆筒以已知角速度转动，通过所需力矩的测量，算出黏度。奥氏黏度计法。已知容积的液体，由已知管径的短管中自由流出，通过测量全部液体流出的时间，算出黏度。本实验基于教学的考虑，所采用的是奥氏黏度计法。实验一 落球法测量液体黏度一、【实验目的】1、了解有关液体黏滞性的知识，学习用落球法测定液体的黏度；2、掌握读数显微镜的使用方法。二、【实验原理】将液体放在两玻璃板之间，下板固定，而对上板施以一水平方向的恒力，使之以速度v匀速移动。黏着在上板的一层液体以速度v移动；黏着于下板的一层液体则静止不动。液体自上而下，由于层与层之间存在摩擦力的作用，速度快的带动速度慢的，因此各层分别以由大到小的不同速度流动。它们的速度与它们与下板的距离成正比，越接近上板速度越大。这种液体流层间的摩擦力称为“黏滞力”（viscosity force）。设两板间的距离为x，板的面积为S。因为没有加速度，板间液体的黏滞力等于外作用力，设为f。由实验可知，黏滞力f与面积S及速度v成正比，而与距离x成反比，即 （2-5-1）式中，比例系数即为“黏度”。的单位是“帕斯卡秒”（Pas）或kgm-1s-1。某些液体黏度的参考值见附录。当一个小球在液体中缓慢下落时，它受到三个力的作用：重力、浮力和黏滞力。如果小球的运动满足下列条件：在液体中下落时速度很小；球体积很小；液体在各个方向上都是无限宽广的，斯托克斯（S.G.Stokes）指出，这时的黏滞力为 （2-5-2）式中为黏度；v为小球下落速度；r为小球半径。此式即著名的“斯托克斯公式”。小球下落时，三个力都在竖直方向，重力向下，浮力和黏滞力向上。由式（2-5-2）知，黏滞力是随小球下落速度的增加而增加的。显然，如小球从液面下落，开始是加速运动，但当速度达到一定大小时，三个力的合力为零，小球则开始匀速下落。设这时速度为v，v称为“终极速度”。此时 （2-5-3）式中，为小球密度；0是液体密度。由此得 （2-5-4）图2-5-1 落球法测定液体黏度所用的容器我们在实验操作时，并不能完全满足式（2-5-2）所要求的条件。首先液体不是无限宽广的，是放在如图2-5-1所示的容器中的，因此就不能完全不考虑液体边界的影响。设圆筒的直径为D，液体的高度为H，小球从圆筒的中心线下落，那么（2-5-4）式应修正为式中，d为小球直径。由于高度H的影响实际上很小，可以略掉相应的修正项，又 ，L为圆筒上二标线间的距离，t为小球通过距离L所用时间，则上式变为 （2-5-5）由该式即可计算出黏度。另外，在实验观测时式（2-5-2）是否适用，还和其他影响因素有关，对这方面的问题有兴趣的同学请参见附录。实验二 奥氏粘度计测量液体粘滞系数一、【实验目的】掌握奥氏粘度计测定液体粘滞系数的原理和方法。二、【实验仪器】奥氏粘度计、量筒、烧杯、秒表、移液管、洗耳球、温度计、甘油、水等。图1 奥氏黏度计三、【实验原理】1.由泊肃叶公式可知，当液体在一段水平圆形管道中作稳定流动时，单位时间内流出圆管的液体体积为 （1）式中R 为管道的的截面半径，L 为管道的长度，为流动液体的粘滞系数，P 为管道两端液体的压强差。如果先测出V 、R 、P 、L，则可以求出流量Q。2.但测量过多容易导致误差偏大，为了避免测量量过多而产生的误差，奥斯瓦尔德设计出一种粘度计（见图1），采用比较法进行测量。取一种已知粘滞系数的液体和一种待测粘滞系数的液体，设它们的粘滞系数分别为1和2 ，令同体积V 的两种液体在同样条件下，由于重力的作用通过奥氏黏度计的毛细管DB ，分别测出他们所需的时间t 1和t 2，两种液体的密度分别为1、2。则V1=V2，即Q1t1=Q2t2则=即得 （2）粘度计两管液面的高度差h随时间连续变化，由于两种液体流过毛细管有同样的过程，则压强比为 （3）将（3）式代入（2）式，得 （4）故测出等量液体流经DB 的时间t1和t2，根据已知数1、2、1，即可求出待测液体的粘滞系数。四、【实验内容与步骤】(1) 用玻璃烧杯盛清水置于桌上待用，并使其温度与室温相同，洗涤黏度计，竖直地夹在试管架上。(2) 用移液管经黏度计粗管端注入10毫升水。用洗耳球将水压入细管刻度C 以上，用手指压住细管口，以免液面下降。(3) 松开手指，液面下降，当夜面下降至刻度C 时，启动秒表，在液面经过刻度D 时停止秒表，记下时间t1。(4) 重复步骤(2)、(3)测量10次，取t1平均值。(5) 用水清洗黏度计两次。(6) 取10毫升的酒精作同样实验，求出时间t2的平均值。五、【数据记录与处理】液体流出液体的时间t（s）平均值（s）温度T（）该温度下的密度（gcm-3）水t130.830.6T11210.9995230.630.730.630.730.4酒精t266.060.1T21420.79565.866.266.166.366.0T1=12时，=1.2363mps故由公式（4） 可3算得酒精的黏度=1.9313mps六、【注意事项】(1)使用粘度计时要小心，不要同时控住两管，以免折断。(2) 当粘度计注入水（或稀释甘油）时，不要让气泡进入管内，放置粘度计要求正、直。(3) 在实验进行过程中，用洗耳球将待测液压入细管时，防止液体被压出粘度计或被吸入洗耳球内。七、【附上原始数据】5 / 5