液體粘滯系數(shù)的測量

液體粘滯系數(shù)的測量第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、觀察液體中的內(nèi)摩擦現(xiàn)象2、掌握用落球法測粘滯系數(shù)的原理和方法難點(diǎn)：激光光電計(jì)時(shí)儀的使用重點(diǎn)：斯托克斯定律適應(yīng)的條件

第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)流體（液體和氣體）在管道中流動(dòng)時(shí)，管道中心處流速最大，越靠近管壁流速越小，說明在各流層間有內(nèi)摩擦力（也稱為粘滯力）存在，流體的這種性質(zhì)稱為粘滯性。粘滯系數(shù)是反映流體內(nèi)部內(nèi)摩擦力大小的物理量，是流體的重要性質(zhì)之一。對(duì)于液體，粘滯系數(shù)與液體的性質(zhì)，溫度和流速有關(guān)。液體粘滯系數(shù)的測量在工程技術(shù)上有廣泛的應(yīng)用。如：機(jī)械的潤滑，石油在管道中的輸送，油脂涂料，醫(yī)療和藥物等方面，都需測定粘滯系數(shù)。測量液體粘滯系數(shù)的方法有多種，如落球法、轉(zhuǎn)筒法、毛細(xì)管法等，其中落球法是最基本的一種，它可用于測量粘度較大的透明或半透明液體，如蓖麻油、變壓器油、甘油等。

第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)金屬小球在粘性液體中下落時(shí)受到三個(gè)鉛直方向的力vmg小球的重力mg液體作用于小球的浮力f粘滯阻力F（其方向與小球運(yùn)動(dòng)方向相反）。fF第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理如果液體無限深廣，在小球下落速度較小的情況下，有：

上式稱為斯托克斯公式，式中，η為液體的粘滯系數(shù)，單位是Pa?S，r為小球的半徑。

（1）

第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理小球開始下落時(shí)，由于速度尚小，所以阻力不大，但是隨著下落速度的增大，阻力也隨之增大。最后，三個(gè)力達(dá)到平衡，即：(2)于是小球開始作勻速直線運(yùn)動(dòng)第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理由（2）式可得：令小球的直徑為d，可得：（3）（4）式中，ρ為小球材料的密度，L為小球勻速下落的距離，t為小球下落距離L所用的時(shí)間。第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)時(shí)，待測液體盛于容器中，故不能滿足無限深廣的條件，實(shí)驗(yàn)證明上式應(yīng)該進(jìn)行修正。測量表達(dá)式為：式中D為容器的內(nèi)徑。第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六三、實(shí)驗(yàn)儀器FD-VM-2

落球法粘滯系數(shù)測定儀

激光發(fā)射器激光發(fā)射器激光接收器激光接收器蓖麻油

激光光電計(jì)時(shí)儀

第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用千分尺測量小球的直徑，共測5個(gè)球，每個(gè)球從不同的方向測量3次第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2、調(diào)整粘滯系數(shù)測量裝置及實(shí)驗(yàn)儀器(1)調(diào)整底盤水平，在儀器橫梁中間部位放重錘部件，調(diào)節(jié)底盤旋鈕，使重錘對(duì)準(zhǔn)底盤的中心圓點(diǎn)。調(diào)整底盤水平第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(2)將實(shí)驗(yàn)架上的兩激光器接通電源，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其紅色激光束平行對(duì)準(zhǔn)錘線。調(diào)整激光器第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(3)收回重錘部件，將盛有待測液體的量筒放置到實(shí)驗(yàn)架底盤中央，并在實(shí)驗(yàn)中保持位置不變。調(diào)整量筒第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3、將小球從支架導(dǎo)管中自由下落，用電子秒表記錄小球經(jīng)過20.00cm高度所用的時(shí)間，一共5個(gè)球。小球下落第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4、啟動(dòng)激光計(jì)時(shí)器，將小球放入鋼球?qū)Ч?，?dāng)小球落下，阻擋上面的紅色激光束，激光計(jì)時(shí)器開始記時(shí)，到小球落到阻擋下面的紅色激光束時(shí)，停止記時(shí)，讀出下落時(shí)間。小球下落第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5、用溫度計(jì)測量油溫，在全部小球下落完后再測一次油溫，取其平均值。測量油溫第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄表格

鋼球密度=蓖麻油密度s=

小鋼球下落距離L=容器內(nèi)半徑R=

荊州本地重力加速度g=測量過程前后的平均室溫t=

測量次數(shù)123456平均值小鋼球直徑（mm）電子秒表記錄時(shí)間（s）記時(shí)器記錄的時(shí)間（s）粘滯系數(shù)η第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、在測量當(dāng)中不要移動(dòng)容器和激光發(fā)射、接收裝置的位置。2、測量中不能將落入蓖麻油中的小鋼球隨時(shí)取出，需等實(shí)驗(yàn)完畢用磁鐵一次性取出，且過程中需將小鋼球表面清理干凈再將其落入鋼球?qū)Ч堋?、游標(biāo)卡尺和千分尺在使用時(shí)，應(yīng)先讀出其零點(diǎn)修正值。4、釋放小球時(shí)要盡量接近油面。5、小球盡量沿油柱的中軸線下落。6、測量時(shí)間時(shí)，眼睛應(yīng)正視S和S/兩條線，當(dāng)小球的中心位于S線時(shí)開始記時(shí)，當(dāng)小球的中心位于S/線時(shí)記時(shí)結(jié)束。第18頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六六、思考題1、如何判斷小球在作勻速運(yùn)動(dòng)?2、在特