實驗報告 液體黏性系數(shù)的測定

液體黏性系數(shù)的測定實驗?zāi)康?.觀察球形物體在流體中受內(nèi)摩擦力的運動情況。2.掌握用斯托克斯公式測定液體黏性系數(shù)的方法。3.學(xué)會測量顯微鏡的使用。儀器用具圓筒形玻璃容器、小球、測量顯微鏡、游標(biāo)卡尺、米尺、秒表、密度計、鑷子、蓖麻油。實驗原理實際液體在流動時，由于各層液體的流速不同，相互接觸的兩層液體之間有力的相互作用，流速較慢與流速較快兩相鄰液體層之間的這一切向作用力，稱為黏滯力。（在本實驗中即指黏附在小球表面的液層與鄰近液層的內(nèi)摩擦產(chǎn)生的黏滯力。）實驗指出：在穩(wěn)定流動的液體中，黏滯力的大小與所取液層的面積△s和液層間的速度梯度的乘積成正比，即式中比例系數(shù)稱為液體的黏性系數(shù)。它是用來表征液體黏滯性的物理量，它的SI單位制（國際制）為帕秒（Pa·s）；CGS單位制是泊（P），1Pa·s=10P。黏性系數(shù)還與溫度有關(guān)，液體黏性系數(shù)隨溫度升高而減??；氣體則相反。小球在液體中運動時，如果速度不大，將受黏滯阻力的作用，它是由于黏附在小球表面的液層與鄰近液層的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的。如果液體是無限廣延的，液體的黏滯性較大，小球的直徑較小，速度也較小，斯托克斯指出小球在黏滯性液體中運動時，所受黏滯阻力的大小為上式稱為斯托克斯公式，d是小球直徑，v是小球運動的速度。當(dāng)小球在液體中下落時，重力向下，浮力和黏滯阻力向上，由斯托克斯公式可以看出，黏滯阻力隨小球運動速度的增加而增加。小球剛開始下落時，速度很小，黏滯阻力較小，所以小球做加速運動，隨著速度的增加，黏滯阻力就逐漸變大，而小球運動速度達(dá)到一定大小時，小球受到的合力為零，小球?qū)⒁詣蛩賤下降，即其中ρ是小球的密度，ρ0是液體的密度，g是重力加速度，故可得（a）如圖，玻璃筒內(nèi)盛待測液體，筒上有相隔一定距離L的水平刻線m，m1距離液體表面有一定距離（使得小球運動一定距離后，達(dá)到m1時已經(jīng)開始做勻速運動），在貼近液體表面玻璃筒中心處輕輕放入小球，小球到達(dá)m1開始計時，到達(dá)m2停止計時，算出小球經(jīng)過勻速區(qū)間L的時間t，由L/t求得小球下落速度v，用讀數(shù)顯微鏡測量小球直徑，用密度計測量液體密度。實驗誤差分析在實驗中要求小球在無限廣延的液體中下落，這在實驗中是不可能的，如果小球沿著直徑為D的圓筒形容器的軸線下落，筒內(nèi)液體的高度為h，那么考慮器壁的影響，可將（a）式修正為（2）物體所受來自流體的阻力，有黏滯阻力和壓差阻力（慣性阻力），設(shè)小球的直徑為d，速度為v，液體的密度為ρ0，黏度為η，則前者與ηdv成正比，后者與ρ0d2v2成正比，流動緩慢時，黏滯阻力起主要作用，這時流體成為層流；流動一加快，流動的情形就完全改變，成為紊流，壓差阻力占優(yōu)勢，兩者之比Re是無量綱的數(shù)，是標(biāo)志流體流動情況特點的重要的數(shù)，叫做雷諾數(shù)。斯托克斯公式是在Re很小的條件下（Re〈〈1）成立的，如果Re不很小，則應(yīng)對它進(jìn)行修正，由得（3）使用讀數(shù)顯微鏡測量小球直徑時，首先要避免回程誤差，移動測微器使其從相反方向?qū)?zhǔn)同一目標(biāo)的兩次讀數(shù)，由于螺絲和螺套不可能完全密接。螺旋轉(zhuǎn)動的方向改變時，它們的接觸狀態(tài)也將改變，由此產(chǎn)生的測量誤差稱為回程誤差（或空程差）。為了防止回程誤差，在測量時，應(yīng)同一方向轉(zhuǎn)動鼓輪讀數(shù)；其次要注意載物臺移動方向要與一條叉絲嚴(yán)格平行。（4）密度計的誤差首先要消除由于干管上過多的被測液體浸濕而增加了它的質(zhì)量而造成測量的系統(tǒng)誤差，所以把洗凈的密度計要慢慢地放到液體中，快到平衡位置時才松開手，不要過早放手；其次要考慮密度計的儀器允許誤差，密度計的儀器允許誤差為±0.005g/cm3。四、實驗內(nèi)容1.用讀數(shù)顯微鏡測量小球的直徑，要求最少要測5個小球，每個小球在不同直徑方向測量5次。小球調(diào)節(jié)粗螺旋，使顯微鏡聚焦于小球再調(diào)節(jié)千分尺，使視野中出現(xiàn)如圖1與圖2。球邊與刻度線相切。讀千分尺上的數(shù)，兩次讀數(shù)之差即為小球直徑調(diào)整粗螺旋，使顯微鏡聚焦于小球，再調(diào)節(jié)千分尺，使視野中的圖像如下調(diào)節(jié)千分尺，測量直徑小球調(diào)節(jié)粗螺旋，使顯微鏡聚焦于小球再調(diào)節(jié)千分尺，使視野中出現(xiàn)如圖1與圖2。球邊與刻度線相切。讀千分尺上的數(shù)，兩次讀數(shù)之差即為小球直徑調(diào)整粗螺旋，使顯微鏡聚焦于小球，再調(diào)節(jié)千分尺，使視野中的圖像如下調(diào)節(jié)千分尺，測量直徑圖1圖22.把量筒上、下部的環(huán)形標(biāo)志m1和m2調(diào)水平，用米尺測量兩個環(huán)形標(biāo)志之間的距離L和液面高度h，在不同地方測量5次。3.用游標(biāo)卡尺測量量筒的內(nèi)徑D，在不同直徑方向測量5次。4.測出液體的溫度T1。5.用鑷子將小球放入量筒中心處，接近液面讓它自由降落，這時觀測者的眼睛要正對著量筒的上側(cè)環(huán)線，使眼睛與環(huán)線在一直線上（即只看到一直線，沒有看到橢圓），當(dāng)小球經(jīng)過時開始秒表計時，用同樣的方法把眼睛對準(zhǔn)下側(cè)的環(huán)線，當(dāng)小球到達(dá)的瞬間，停止秒表，測出小球經(jīng)過相鄰兩個m距離L的時間t。m2m1m2m16.實驗完成后把掛在量筒旁的溫度計提到圓筒中央，來進(jìn)行讀數(shù)，讀出液體的溫度T2，讀后放下掛好，勿使油中產(chǎn)生氣泡和使油流出筒外。7.用密度計測出液體的密度。8.計算出η值和誤差。9.算出的η值與根據(jù)值從圖表中查出的η公值進(jìn)行比校，算出百分差。五、注意事項在正式測量之前，可以用一個沒有測過直徑的小球來做試驗，以觀察小球運動情