毛細(xì)管法測液體黏度實驗

毛細(xì)管法測液體黏度實驗原理實際液體都具有不同程度的黏性。當(dāng)液體流動時，平行于流動方向的各層液體的速度都不相同，即存在著相對滑動。于是，在各流層之間存在內(nèi)摩檫力，這一內(nèi)摩檫力亦稱為黏性力。黏性力的方向沿相鄰兩流層接觸面的切向，其大小與該流層處的速度梯度及接觸面積成正比。比例系數(shù)稱為黏度，它表征了液體黏性的大小，與液體的性質(zhì)和溫度有關(guān)。實際液體在水平細(xì)圓管中流動時，因黏性而呈分層流動狀態(tài)，各流層均為同軸圓管。若細(xì)圓管半徑為r，長度為L，細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為P，液體黏度為，則細(xì)圓管的流量上式即泊肅葉定律。本實驗采用的方法是，通過測量一定體積的液體流過毛細(xì)管的時間來計算。即 （3.2-1）圖3.2-1毛細(xì)管黏度計式中即為t時間內(nèi)流過毛細(xì)管的液體體積。圖3.2-1毛細(xì)管黏度計當(dāng)毛細(xì)管沿豎直位置放置時，應(yīng)考慮液體本身的重力作用。因此，式（3.2-1）可表示為： （3.2-2）本實驗所用的毛細(xì)管黏度計如圖3.2-1所示，它是一個U型玻璃管，A與B之間為一毛細(xì)管，左邊上部的管泡兩端各有一刻痕C和A，右邊為一粗玻璃管且也有一管泡。實驗時將一定量的液體注入右管，用吸球?qū)⒁后w吸至左管。保持黏度計豎直，然后讓液體經(jīng)毛細(xì)管流回右管。設(shè)左管液面在C處時，右管中液面在D處，兩液面高度差為H，CA間高度差為h1，BD間高度差為h2。因為液面在CA及BD兩部分中下降及上升的極其緩慢（管泡半徑遠(yuǎn)大于毛細(xì)管半徑），液體內(nèi)摩檫損耗極小，故可近似作為理想液體，且流速近似為零。設(shè)毛細(xì)管內(nèi)液體的流速為v，由伯努利方程可知流管中各處的壓強(qiáng)、流速與位置之間的關(guān)系為：對于圖3.2-1中所示的C處和A處，若取，則有其中C處流速，P0為大氣壓強(qiáng)，PA為A處壓強(qiáng)。所以有同理，對B處與D處應(yīng)用伯努利方程可得B處壓強(qiáng)v為毛細(xì)管內(nèi)的流體流速。由此，毛細(xì)管兩端壓強(qiáng)差為： （3.2-3）將式（3.2-3）代入式（3.2-2）得： （3.2-4）在實際測量時，毛細(xì)管半徑r、毛細(xì)管長度L和A、C二刻線所劃定的體積V都很難準(zhǔn)確地測出，液面高度差H又隨液體流動時間而改變，并非固定值，因此，直接使用（3.2-4）式計算黏度相當(dāng)困難。下面介紹比較測量法，即使用同一支毛細(xì)管黏度計，測兩種不同液體流過毛細(xì)管的時間。測量時，如果對密度分別為1和2的兩種液體取相同的體積，則在測量開始和測量結(jié)束時的液面高度差H也是相同的，分別測出兩種液體的液面從C降到A（體積為V）所需的時間t1和t2，由于r、V、L都是定值，因此可得下式和（3.2-5）式（3.2-5）中和分別是體積為V的兩種液體流過毛細(xì)管的平均流量。（3.2-5）中的兩式相比可得 （3.2-6）式中1和2分別為兩種不同液體的黏度，若已知1、2和1，只要測出t1和t2就可求出第二種液體的黏度。這種方法就叫做比較測量法。附表1水的黏度溫度/℃黏度/×10-3Pa﹒s溫度/℃黏度/×10-3Pa﹒s溫度/℃黏度/×10-3Pa﹒s01.787111.271210.98711.728121.235220.95521.671131.202230.93231.618141.169240.91141.567151.139250.89051.519161.109260.87061.472171.081270.85171.428181.053280.83381.386191.027290.81591.346201.002300.798101.307注：如測出的溫度有小數(shù)部分，常用內(nèi)插法進(jìn)行處理，例如求12.4℃時水的黏度值，其方法為附表2酒精的密度溫度/℃密度/×103kg.m-3溫度/℃密度/×103kg.m-3溫度/℃密度/×103kg.m-300.80625140.79451280.7826710.80541150.79367290.7818220.80457160.79283300.7809730.80374170.79198310.7801240.80290180.79114320.7792750.80207190.79029330.7784160.80123200.78945340.7775670.80039210.78860350.7767180.79956220.78775360.7758590.79872230.78691370.77500100.79788240.78606380.77414110.79704250.78522390.77329120.79620260.78437130.79535270.78352