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。