液體黏度的測定-實驗報告

1、物理實驗報告液體黏度的測定各種實際液體都具有不同程度的黏滯性。 當液體流動時，平行于流動方向的 各層流體之間，其速度都不相同，即各層間存在著滑動，于是在層與層之間就有 摩擦力產(chǎn)生。這一摩擦力稱為“黏滯力”。它的方向在接觸面內(nèi)，與流動方向相 反，其大小與接觸面面積的大小及速度梯度成正比，比例系數(shù)稱為“黏度”(又稱黏滯系數(shù)，viscosity )。它表征液體黏滯性的強弱，液體黏度與溫度有很大 關(guān)系，測量時必須給出其對應(yīng)的溫度。 在生產(chǎn)上和科學(xué)技術(shù)上，凡是涉及流體的 場合，譬如飛行器的飛行、液體的管道輸送、機械的潤滑以及金屬的熔鑄、焊接 等，無不需要考慮黏度問題。測量液體黏度的方法很多，通常有：管流

2、法。讓待測液體以一定的流量流 過已知管徑的管道，再測出在一定長度的管道上的壓降，算出黏度。落球法。 用已知直徑的小球從液體中落下，通過下落速度的測量，算出黏度。旋轉(zhuǎn)法。 將待測液體放入兩個不同直徑的同心圓筒中間，一圓筒固定，另一圓筒以已知角 速度轉(zhuǎn)動，通過所需力矩的測量，算出黏度。奧氏黏度計法。已知容積的液體， 由已知管徑的短管中自由流出，通過測量全部液體流出的時間， 算出黏度。本實 驗基于教學(xué)的考慮，所采用的是奧氏黏度計法。實驗一落球法測量液體黏度一、【實驗?zāi)康摹?、了解有關(guān)液體黏滯性的知識，學(xué)習用落球法測定液體的黏度；2、掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法。二、【實驗原理】將液體放在兩玻璃板之間，下

3、板固定，而對上板施以一水平方向的恒力，使 之以速度v勻速移動。黏著在上板的一層液體以速度 v移動；黏著于下板的一層 液體則靜止不動。液體自上而下，由于層與層之間存在摩擦力的作用， 速度快的 帶動速度慢的，因此各層分別以由大到小的不同速度流動。它們的速度與它們與 下板的距離成正比，越接近上板速度越大。這種液體流層間的摩擦力稱為“黏滯 力” (viscosity force )。設(shè)兩板間的距離為x,板的面積為s。因為沒有加速 度，板間液體的黏滯力等于外作用力，設(shè)為 f。由實驗可知，黏滯力f與面積s 及速度v成正比，而與距離x成反比，即f s-(2-5-1 )x式中，比例系數(shù)”即為“黏度”?！钡膯挝?/p>

4、是“帕斯卡秒”(pa-s)或kg m-1 s-1o某些液體黏度的參考值見附錄i。當一個小球在液體中緩慢下落時，它受到三個力的作用：重力、浮力和黏滯 力。如果小球的運動滿足下列條件：在液體中下落時速度很小；球體積很小; 液體在各個方向上都是無限寬廣的，斯托克斯(.stokes )指出，這時的黏滯 力為f 6 vr(2-5-2 )式中“為黏度；v為小球下落速度；r為小球半徑。此式即著名的“斯托克斯公 式”。小球下落時，三個力都在豎直方向，重力向下，浮力和黏滯力向上。由式(2-5-2)知，黏滯力是隨小球下落速度的增加而增加的。顯然，如小球從液面 下落，開始是加速運動，但當速度達到一定大小時，三個力的

5、合力為零，小球則 開始勻速下落。設(shè)這時速度為v, v稱為“終極速度”。此時43-r3(o)g 6 rv2-5-33式中，p為小球密度；p 0是液體密度。由此得-(0)-(2-5-4 )9 v口m.尸e _ 圖2-5-1落球法測定液體黏度所用的容器我們在實驗操作時，并不能完全滿足式(2-5-2 )所要求的條件。首先液體不是無限寬廣的，是放在如圖2-5-1所示的容器中的，因此就不能完全不考慮液 體邊界的影響。設(shè)圓筒的直徑為d,液體的高度為h,小球從圓筒的中心線下落, 那么(2-5-4 )式應(yīng)修正為18d2h0)gd2dv(1 2.4 )(1 3.3d式中，d為小球直徑。由于高度h的影響實際上很小，

6、可以略掉相應(yīng)的修正項，又v 力，l為圓筒上二標線間的距離，t為小球通過距離l所用時間，則上式 變?yōu)? ( o)gtd18 l(1 嗎(2-5-5 )由該式即可計算出黏度”另外，在實驗觀測時式（2-5-2）是否適用，還和其他影響因素有關(guān)，對這 方面的問題有興趣的同學(xué)請參見附錄n實驗二奧氏粘度計測量液體粘滯系數(shù)【實驗?zāi)康摹空莆諍W氏粘度計測定液體粘滯系數(shù)的原理和方法?！緦嶒瀮x器】奧氏粘度計、量筒、燒杯、秒表、移液管、洗耳球、溫度計、甘油、水等。圖1奧氏黏度計三、【實驗原理】1 .由泊肅葉公式可知，當液體在一段水平圓形管道中作穩(wěn)定流動時， 單位時間 內(nèi)流出圓管的液體體積為_ 4 _(d冗r4 p8 l

7、式中r為管道的的截面半徑，l為管道的長度，刀為流動液體的粘滯系數(shù)，？p為 管道兩端液體的壓強差。如果先測出 v、r、？p、l,則可以求出流量 q2 .但測量過多容易導(dǎo)致誤差偏大，為了避免測量量過多而產(chǎn)生的誤差， 奧斯 瓦爾德設(shè)計出一種粘度計（見圖1）,采用比較法進行測量。取一種已知粘滯系 數(shù)的液體和一種待測粘滯系數(shù)的液體，設(shè)它們的粘滯系數(shù)分別為q1和刀2 ,令同體積v的兩種液體在同樣條件下，由于重力的作用通過奧氏黏度計的毛細管 db ,分別測出他們所需的時間t 1和t 2 ,兩種液體的密度分別為p 1、p 2。則v=v,即 qt 產(chǎn)qt2則r4 p18 1lt1 =r4 p28 2lt2即得_

8、25(2)141粘度計兩管液面的高度差？h隨時間連續(xù)變化，由于兩種液體流過毛細管有同 樣的過程，則壓強比為pp2將(3)式代入(2)式，得2故測出等量液體流經(jīng)db的時間出待測液體的粘滯系數(shù)。四、【實驗內(nèi)容與步驟】(1)用玻璃燒杯盛清水置于桌上待用，并使其溫度與室溫相同，洗滌黏度計，豎直地夾在試管架上。(2)用移液管經(jīng)黏度計粗管端注入10毫升水。用洗耳球?qū)⑺畨喝爰毠芸潭?c 以上，用手指壓住細管口，以免液面下降。(3)松開手指，液面下降，當夜面下降至刻度 c時，啟動秒表，在液面經(jīng)過 刻度d時停止秒表，記下時間ti。(4)重復(fù)步驟(2)、(3)測量10次，取ti平均值。(5)用水清洗黏度計兩次。(6)取10毫升的酒精作同樣實驗，求出時間t2的平均值。1g h2g h(3)2t 21t1(4)t1和t2,根據(jù)已知數(shù)p1、p 2、t1 1,即可求五、【數(shù)據(jù)記錄與處理液體流出液體的時間t (s)平均值t (s)溫度t (c)該溫度卜的密度p (g cm-3)水t 1t112p 1酒精t 2t214p2二12時，產(chǎn)s故由公式(4)2t2itl1可3算得酒精的黏度