液體黏度的測定實(shí)驗(yàn)報告

1、液體黏度的測定實(shí)驗(yàn)報告物理實(shí)驗(yàn)報告液體黏度的測定各種實(shí)際液體都具有不同程度的黏滯性。當(dāng)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(qiáng)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(jī)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：

2、管流法。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(shí)驗(yàn)基于教學(xué)的考慮，所采用的是奧氏黏度計法。實(shí)驗(yàn)一落球法測量液體黏度一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解有關(guān)液體黏滯性的知識，學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)原理】將液體放在兩玻璃板之間，下板固定，而

3、對上板施以一水平方向的包力，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”(viscosityforce)。設(shè)兩板間的距離為x,板的面積為S。因?yàn)闆]有加速度，板間液體的黏滯力等于外作用力，設(shè)為fo由實(shí)驗(yàn)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fS-(2-5-1)x式中，比例系數(shù)”即為“黏度”?！钡膯挝皇恰芭了箍搿?Pa-s)或kgm-1s

4、-1o2某些液體黏度的參考值見附錄I它受到三個力的作用：重力、浮力和黏滯當(dāng)一個小球在液體中緩慢下落時，力。如果小球的運(yùn)動滿足下列條件：在液體中下落時速度很??；球體積很(2-5-2 )??；液體在各個方向上都是無限寬廣的，斯托克斯(S.G.Stokes)指出，這時的黏滯力為f6vr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(yùn)動，但當(dāng)速度達(dá)到一定大小時，三個力的合力為零, 則開始勻速下落。設(shè)這時速度為 v, v稱為

5、“終極速度”。此時43 ,3 r (0)g 6 rv式中，P為小球密度；P 0是液體密度。由此得2(0)gr29小球(2-5-3 )(2-5-4 )M.6首先液體圖2-5-1落球法測定液體黏度所用的容器我們在實(shí)驗(yàn)操作時，并不能完全滿足式(2-5-2)所要求的條件不是無限寬廣的，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118( o)gd2dv(1 2.4 )(1 3.3) D 2H式中，d為小球直徑。由于高度H的影響實(shí)際上很小，可以略掉相應(yīng)的修正項，又v%,L為圓筒上二標(biāo)線間的距

6、離，t為小球通過距離L所用時間，則上式變?yōu)? ( o)gtd18 L(12.咱(2-5-5 )由該式即可計算出黏度”另外，在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)二奧氏粘度計測量液體粘滯系數(shù)、【實(shí)驗(yàn)?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。、【實(shí)驗(yàn)儀器】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(shí)驗(yàn)原理】1 .由泊肅葉公式可知，當(dāng)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R4P8L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

7、數(shù)，？P為管道兩端液體的壓強(qiáng)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(jìn)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(xì)管DB,分別測出他們所需的時間t1和t2,兩種液體的密度分別為p1、p2。則V1=V,即Qt產(chǎn)Qt2則R4 P18 1Lt1 =R4 P28 2Lt2即得_2a(2)i甲i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(xì)管有同樣的過程

8、，則壓強(qiáng)比為PP>1g h2g h(3)2t 21t1將(3)式代入(2)式，得(4)的時間t/nt2,根據(jù)已知數(shù)p1、p 2、41 ,即可求故測出等量液體流經(jīng)DB出待測液體的粘滯系數(shù)。四、【實(shí)驗(yàn)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?xì)管刻度C以上，用手指壓住細(xì)管口，以免液面下降。(3)松開手指，液面下降，當(dāng)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(shí)驗(yàn)，求出時間t2的平均值。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(gcm3)水t130.830.6T112p10.9995230.630.730.630.730.4酒精t266.060.1T214p20.79565.866.266.166.366.0T1二12C時,1=1.2363mps故由公式(4)2t22itl1可3算得酒精的黏度2=1.