内容发布更新时间 : 2024/11/1 6:45:41星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
落球法测量液体粘滞系数
各种实际液体具有不同程度的粘滞性,当液体流动时,平行于流动方向的各层流体速度都不相同,即存在着相对滑动,于是在各层之间就有摩擦力产生,这一摩擦力称为粘滞力,它的方向平行于接触面,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,它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。
液体的粘滞性的测量是非常重要的,例如,现代医学发现,许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关,血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少,血液流速减缓,使人体处于供血和供氧不足的状态,这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此,测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。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,必须测量被输石油的粘度。
测量液体粘度有多种方法,本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落,由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动,因此小球受到粘滞阻力,它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时,测出小球下落的速度,就可以计算出液体的粘度。 【实验目的】
1. 学习用激光光电传感器测量时间和物体运动速度的实验方法 2. 用斯托克斯公式采用落球法测量油的粘滞系数(粘度)
3. 观测落球法测量液体粘滞系数的实验条件是否满足,必要时进行修正。 【实验原理】
1.当金属小球在粘性液体中下落时,它受到三个铅直方向的力:小球的重力mg(m为小球质量)、液体作用于小球的浮力?gV(V是小球体积,?是液体密度)和粘滞阻力F(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v较小情况下,有
F?6??rv (1)
上式称为斯托克斯公式,其中r是小球的半径;?称为液体的粘度,其单位是Pa?s。
小球开始下落时,由于速度尚小,所以阻力也不大;但随着下落速度的增大,阻力也随之增大。最后,三个力达到平衡,即
mg??gV?6??vr
于是,小球作匀速直线运动,由上式可得:
(m?V?)g
6?vr?3'ld令小球的直径为d,并用m?d?,v?,r?代入上式得
6t2??(?'??)gd2t (2) ??18l其中?'为小球材料的密度,l为小球匀速下落的距离,t为小球下落l距离所用的时间。
2.实验时,待测液体必须盛于容器中(如图2所示),故不能满足无限深广的条件,实验证明,若小球沿筒的中心轴线下降,式(2)须做如下改动方能符合实际情况:
H D l1 ι l2 图2 实验装置 图 1 实验装置 (????)gd2t??18l1dd(1?2.4)(1?1.6)DH (3)
其中D为容器内径,H为液柱高度。
3、实验时小球下落速度若较大,例如气温及油温较高,钢珠从油中下落时,可能出现湍流情况,使公式(1)不再成立, 此时要作另一个修正(详见附录1)。 【实验装置】
实验装置主要有:落球法粘滞系数测定仪(参见图3)、小钢球、蓖麻油、米尺、千分尺、游标卡尺、液体密度计、电子分析天平、激光光电计时仪、温度计和比重瓶等。(若实验室给出钢球材料密度,可不必用电子分析天平)
978激光信号控制125101112FD-VM-II落球法液体粘滞系数测定仪激光信号指示364复位131-导管;2-激光发射器A; 3-激光发射器B4-激光接收器A ;5-激光接收器B;6-量筒7-主机后面板;8-电源插座;9-激光信号控制10-主机前面板;11-计时器;12-电源开关13-计时器复位端图3 FD-VM-II 落球法液体粘滞系数测定仪结构图 图2 FD-VM-II 落球法液体粘滞系数测定仪结构图 【实验内容】
1.调整粘滞系数测定仪及实验准备
1)调整底盘水平,在仪器横梁中间部位放重锤部件,调节底盘旋纽,使重锤对准底盘的中心圆点。
2)将实验架上的上、下两个激光器接通电源,可看见其发出红光。调节上、下两个激光器,使其红色激光束平行地对准锤线。
3)收回重锤部件,将盛有被测液体的量筒放置到实验架底盘中央,并在实验中保持位置不变。
4)在实验架上放上钢球导管。小球用乙醚、酒精混合液清洗干净,并用滤纸吸干残液,备用。
5)将小球放入铜质球导管,看其是否能阻挡光线,若不能,则适当调整激光器位置。 2.用温度计测量油温,在全部小球下落完后再测量一次油温,取平均值作为实际油温。 3.用电子分析天平测量10—20颗小钢球的质量m,用比重瓶法测其体积,计算小钢球的密度??。用液体密度计测量蓖麻油的密度?。用游标卡尺测量筒的内径D,用钢尺测量油柱深度H。
4.用秒表测量下落小球的匀速运动速度 1)测量上、下二个激光束之间的距离。