落球法测量液体粘滞系数.doc

落球法测量液体得粘滞系数实验报告一、问题背景液体流动时,平行于流动方向得各层流体速度都不相同,即存在着相对滑动,于就是在各层之间就有摩擦力产生,这一摩擦力称为粘滞力(或粘滞系数),它得方向平行于接触面,其大小与速度梯度及接触面积成正比,比例系数η称为粘度,它就是表征液体粘滞性强弱得重要参数。液体得粘滞系数与人们得生产,生活等方面有着密切得关系,比如医学上常把血粘度得大小做为人体血液健康得重要标志之一。又如,石油在封闭管道中长距离输送时,其输运特性与粘滞性密切相关,因而在设计管道前,必须测量被输石油得粘度。测量液体粘度可用落球法,毛细管法,转筒法等方法,其中落球法适用于测量粘度较高得透明或半透明得液体,比如:蓖麻油、变压器油、甘油等。二、实验目得1.学习与掌握一些基本物理量得测量。2.学习激光光电门得校准方法。3.用落球法测量蓖麻油得粘滞系数。三、实验仪器DH4606落球法液体粘滞系数测定仪、卷尺、螺旋测微器、电子天平、游标卡尺、钢球若干。四、实验原理处在液体中得小球受到铅直方向得三个力得作用:小球得重力(为小球质量)、液体作用于小球得浮力(就是小球体积,就是液体密度)与粘滞阻力(其方向与小球运动方向相反)。如果液体无限深广,在小球下落速度较小情况下,有(1)上式称为斯托克斯公式,其中就是小球得半径;称为液体得粘度,其单位就是。小球在起初下落时,由于速度较小,受到得阻力也就比较小,随着下落速度得增大,阻力也随之增大。最后,三个力达到平衡,即(2)此时,小球将以作匀速直线运动,由(2)式可得:(3)令小球得直径为,并用,,代入(3)式得(4)其中为小球材料得密度,为小球匀速下落得距离,为小球下落距离所用得时间。实验过程中,待测液体放置在容器中,故无法满足无限深广得条件,实验证明上式应进行如下修正方能符合实际情况:(5)其中为容器内径,为液柱高度。当小球得密度较大,直径不就是太小,而液体得粘度值又较小时,小球在液体中得平衡速度会达到较大得值,奥西思果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式得影响:(6)其中,Re称为雷诺数,就是表征液体运动状态得无量纲参数。(7)当Re<0、1时,可认为(1)、(5)式成立;当0、1<Re<1时,应考虑(6)式中1级修正项得影响,当Re大于1时,还须考虑高次修正项。考虑(6)式中1级修正项得影响及玻璃管得影响后,粘度可表示为:(8)由于就是远小于1得数,将按幂级数展开后近似为13Re/16,(8)式又可表示为:(9)已知或测量得到、、、、等参数后,由(5)式计算粘度,再由(7)式计算,若需计算得得1级修正,则由(9)式计算经修正得粘度。在国际单位制中,得单位就是Pa·s(帕斯卡·秒),在厘米,克,秒制中,得单位就是P(泊)或cP(厘泊),它们之间得换算关系就是:1Pa·s=10P=1000cP(10)五、实验内容1、测试架调整(1)将线锤装在支撑横梁中间部位,调整粘滞系数测定仪测试架上得三个水平调节螺钉,使线锤对准底盘中心圆点;(2)将光电门按仪器使用说明上得方法连接。接通测试仪电源,此时可以瞧到两光电门得发射端发出红光线束。调节上下两个光电门发射端,使两激光束刚好照在线锤得线上;(3)收回线锤,将装有测试液体得量筒放置于底盘上,并移动量筒使其处于底盘中央位置;将落球导管安放于横梁中心,两光电门接收端调整至正对发射光(可参照上述测试仪使用说明校准两光电门)。待液体静止后,将小球用镊子从导管中放入,观察能否挡住两光电门光束(挡住两光束时会有时间值显示),若不能,适当调整光电门得位置。2.用温度计测量待测液体温度,当全部小球投下后再测一次液体温度,求其平均温度。3.用螺旋测微器测量20个小球得直径,求其平均值。4、计算得方差,去除不合格得小球,重新选择其她小球,重复3、4,直到所有小球合格。5.用电子天平测量20个小球得质量,求其平均质量。6、计算小球得密度。7.用卷尺测量光电门得距离;测量10次小球下落得时间,并求其平均值时间。8.用游标卡尺测量量筒内径。9、测量液柱高度H。10.相关量代入公式(5),计算液体得粘滞系数,并与该温度下得粘滞系数相比较。不同温度下得蓖麻油得粘滞系数可参照附表1。参考:钢球平均密度:蓖麻油出厂密度:六、实验注意事项1、测量时,将小球用毛巾擦拭干净;2、等被测液体稳定后再投放小球;3、全部实验完毕后,将量筒轻移出底盘中心位置后用磁钢将钢球吸出,将钢球擦拭干净,以备下次实验