毛細(xì)管法測(cè)液體黏度實(shí)驗(yàn)_第1頁(yè)
毛細(xì)管法測(cè)液體黏度實(shí)驗(yàn)_第2頁(yè)
毛細(xì)管法測(cè)液體黏度實(shí)驗(yàn)_第3頁(yè)
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毛細(xì)管法測(cè)液體黏度實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際液體都具有不同程度的黏性。當(dāng)液體流動(dòng)時(shí),平行于流動(dòng)方向的各層液體的速度都不相同,即存在著相對(duì)滑動(dòng)。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(shí)際液體在水平細(xì)圓管中流動(dòng)時(shí),因黏性而呈分層流動(dòng)狀態(tài),各流層均為同軸圓管。若細(xì)圓管半徑為r,長(zhǎng)度為L(zhǎng),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(shí)驗(yàn)采用的方法是,通過(guò)測(cè)量一定體積的液體流過(guò)毛細(xì)管的時(shí)間來(lái)計(jì)算。即 (3.2-1)圖3.2-1毛細(xì)管黏度計(jì)式中即為t時(shí)間內(nèi)流過(guò)毛細(xì)管的液體體積。圖3.2-1毛細(xì)管黏度計(jì)當(dāng)毛細(xì)管沿豎直位置放置時(shí),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(shí)驗(yàn)所用的毛細(xì)管黏度計(jì)如圖3.2-1所示,它是一個(gè)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(jì)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(shí),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?yàn)橐好嬖贑A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(duì)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(duì)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(shí)際測(cè)量時(shí),毛細(xì)管半徑r、毛細(xì)管長(zhǎng)度L和A、C二刻線所劃定的體積V都很難準(zhǔn)確地測(cè)出,液面高度差H又隨液體流動(dòng)時(shí)間而改變,并非固定值,因此,直接使用(3.2-4)式計(jì)算黏度相當(dāng)困難。下面介紹比較測(cè)量法,即使用同一支毛細(xì)管黏度計(jì),測(cè)兩種不同液體流過(guò)毛細(xì)管的時(shí)間。測(cè)量時(shí),如果對(duì)密度分別為1和2的兩種液體取相同的體積,則在測(cè)量開(kāi)始和測(cè)量結(jié)束時(shí)的液面高度差H也是相同的,分別測(cè)出兩種液體的液面從C降到A(體積為V)所需的時(shí)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(guò)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(cè)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(cè)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(cè)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(shí)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

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