大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-拓展提高篇 課件 實(shí)驗(yàn)1.3-落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)

1落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)第一節(jié)實(shí)驗(yàn)原理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)背景1、液體黏滯性的應(yīng)用（1）管道輸送原油，原油的黏度直接影響輸送機(jī)械的選用和輸送工藝的設(shè)計(jì)。2（2）機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑作用，黏度小，則出現(xiàn)油膜較薄，潤(rùn)滑不足。黏度大，則降低防護(hù)性能。（3）心腦血管疾病與血液黏度有關(guān)，血液黏滯會(huì)使人體處于供血和供氧不足的狀態(tài)中，可能引發(fā)多種心腦血管疾病。測(cè)量蓖麻油的黏滯系數(shù)隨溫度的變化曲線掌握液體黏滯系數(shù)的定義和落球法測(cè)量液體黏滯系數(shù)的物理原理。了解PID控制的調(diào)節(jié)原理。了解用落球法測(cè)量不同溫度下蓖麻油的黏滯系數(shù)。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練點(diǎn)黏滯阻力與小球速度的關(guān)系，速度的測(cè)量方法；本實(shí)驗(yàn)中改變蓖麻油溫度的方式；用作圖法正確處理數(shù)據(jù)1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)3落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?xùn)練點(diǎn)落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)原理1、黏滯系數(shù)4（1）黏滯性當(dāng)液體內(nèi)各部分之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子間存在摩擦力，阻礙液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（2）黏滯力黏滯系數(shù)（黏度）:液體的內(nèi)摩擦力稱為黏滯力，它表征液體反抗形變的能力，只有在液體內(nèi)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才表現(xiàn)出來。落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)原理2、牛頓流體和非牛頓流體5流動(dòng)剪切應(yīng)力與速度梯度成正比關(guān)系，在一定的溫度下，其黏度數(shù)值是固定的。流動(dòng)剪切應(yīng)力與速度梯度不成正比關(guān)系，在一定的溫度下，其黏度數(shù)值是不固定的。例如：水、甲醇、乙醇、硫酸、甘油、潤(rùn)滑油、蓖麻油等。例如：油漆、高分子聚合物溶液、淀粉、泥漿和紙漿懸浮液等。（1）牛頓流體（2）非牛頓流體落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)原理3、黏滯系數(shù)與溫度的關(guān)系6常用測(cè)量方法液體：溫度升高，黏滯系數(shù)減小。氣體：溫度升高，黏滯系數(shù)增大。落球法（黏滯系數(shù)較高）、毛細(xì)管法、轉(zhuǎn)筒法、振動(dòng)法、平板法、流出杯法。水空氣落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)原理3、落球法測(cè)液體的黏滯系數(shù)7靜止、無限廣闊流體、慢速下落黏滯阻力dFF浮G黏滯系數(shù)三力平衡勻速下落液體密度小球密度黏滯系數(shù)收尾速度落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)原理3、落球法測(cè)液體的黏滯系數(shù)8玻璃管內(nèi)徑D，高度h黏滯系數(shù)公式修正Re：雷諾數(shù)零級(jí)修正Re<0.1本實(shí)驗(yàn)中，d<<h單位：Pa?s（帕斯卡?秒）1Pa?s=10P（泊）=1000cP（厘泊）落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)原理4、PID控制調(diào)節(jié)原理9PID自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖設(shè)定值調(diào)節(jié)器執(zhí)行單元被控對(duì)象e(t)u(t)操作量擾動(dòng)被控量本實(shí)驗(yàn)中：設(shè)定值被控量水溫調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)執(zhí)行單元加熱器操作量加熱功率被控對(duì)象水落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)原理4、PID控制調(diào)節(jié)原理10PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)過渡過程評(píng)價(jià)原則：穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性11落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)第二節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)儀器主要實(shí)驗(yàn)儀器、器件落球法變溫黏滯系數(shù)測(cè)量?jī)xZKY-PID開放式PID溫控實(shí)驗(yàn)儀水平儀秒表千分尺12落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)儀器主要實(shí)驗(yàn)儀器、器件13落球法變溫黏滯系數(shù)測(cè)量?jī)xZKY-PID開放式PID溫控實(shí)驗(yàn)儀1、落球法變溫黏滯系數(shù)測(cè)量?jī)x14落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)儀器2、ZKY-PID開放式PID溫控實(shí)驗(yàn)儀152、ZKY-PID開放式PID溫控實(shí)驗(yàn)儀落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)儀器16落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)第三節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心ObjectiveOperationObservationRecord1儀器檢查、記錄儀器不正常時(shí)調(diào)整觀察各儀器器件，狀態(tài)是否正常記錄儀器器件名稱，主要儀器的型號(hào)和主要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境參數(shù)17落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容ObjectiveOperationObservationRecord2儀器調(diào)水平調(diào)節(jié)底角螺釘觀察氣泡是否在中央無需記錄18落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容ObjectiveOperationObservationRecord3連接儀器連接進(jìn)水孔和出水孔觀察接口是否擰緊無需記錄（注：首次從出水孔利用軟管加水）19落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容ObjectiveOperationObservationRecord4參數(shù)設(shè)置開機(jī)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)觀察顯示屏顯示值記錄實(shí)驗(yàn)條件（注：PID參數(shù)無需修改）20落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容ObjectiveOperationObservationRecord5測(cè)量小球直徑千分尺測(cè)量觀察千分尺讀數(shù)記錄數(shù)據(jù)（注：建議采用直徑1~2mm的小球）21落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量次數(shù)12345678平均值d(×10-3m)ObjectiveOperationObservationRecord6測(cè)量小球下落速度待溫度達(dá)到設(shè)定值10分鐘后，秒表測(cè)量小球下落速度觀察下落時(shí)間記錄不同溫度下的下落時(shí)間（注：避免擾動(dòng)，速度穩(wěn)定后計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)儀不可制冷）22落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容ObjectiveOperationObservationRecord6測(cè)量小球下落速度待溫度達(dá)到設(shè)定值10分鐘后，秒表測(cè)量小球下落速度觀察下落時(shí)間記錄不同溫度下的下落時(shí)間（注：避免擾動(dòng)，速度穩(wěn)定后計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)儀不可制冷）23落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容溫度T(℃)下落時(shí)間t(s)速度v0（m/s）測(cè)量值η(Pa?s)標(biāo)準(zhǔn)值η'(Pa?s)12345平均102.420151.520200.986250.620300.451350.310400.231450.150500.060ObjectiveOperationObservationRecord7整理儀器磁鐵將小球吸出，挖油勺挖入保存盒中注：通電前，水位指示在水位上限，為保證用電安全，三芯電源線須可靠接地）24落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容落球法測(cè)定變溫液體黏滯系數(shù)—數(shù)據(jù)處理25數(shù)據(jù)處理要求計(jì)算要求①計(jì)算蓖麻油黏滯系數(shù)的測(cè)量值η，并與標(biāo)準(zhǔn)值η′比較，計(jì)算相對(duì)誤差。②將蓖麻油黏滯系數(shù)的測(cè)量值η隨溫度變化在坐標(biāo)紙上作圖，說明蓖麻油黏滯系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系。2.作圖要求①作圖可以手工在坐標(biāo)紙上作圖，也可以使用計(jì)算機(jī)軟件作