液體粘滯系數(shù)的測定

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1、液體粘滯系數(shù)的測定在流動的液體中，各流體層的流速不同，則在相互接觸的兩個流體層之間的接觸面上，形成一對阻礙兩流體層相對運動的等值而反向的摩擦力，流速較慢的流體層給相鄰流速較快的流體層一個使之減速的力，而該力的反作用力又給流速較慢的流體層一個使之加速的離，這一對摩擦力稱內(nèi)摩擦力或粘滯阻力，流體的這種性質(zhì)稱為粘滯性。不同流體具有不同的粘度，同種流體在不同的溫度下其粘度的變化也很大。測定粘度在化學(xué)、醫(yī)學(xué)、水利工程、材料科學(xué)、機械工業(yè)和國防建設(shè)中有著重要意義。從實驗中得到的粘滯定律：粘滯力f的大小與所取流體層的面積和流體層之間的速度空間變化率的乘積成正

2、比，即。其中為粘滯系數(shù)（也稱內(nèi)摩擦系數(shù)），它決定于液體的性質(zhì)和溫度，對液體而言，它隨溫度的升高而迅速減少。的國際單位：但是根據(jù)粘滯定律直接測量難度很大，一般都采用間接測量的方法。測量液體粘滯系數(shù)的方法有很多種，如常用的落球法、落針法、轉(zhuǎn)葉法。本實驗是用變溫落針計測量液體在不同溫度下的粘度系數(shù)。中空長圓落針在待測液體中垂直下落，通過測量針的收尾速度確定粘度。采用霍爾傳感器和多功能秒表計測量落針的速度，并將粘度顯示出來。對待測液體進行水浴加熱，通過溫控裝置，達到預(yù)定的溫度。巧妙的取針和提針裝置，使測量過程極為簡單。本實驗既適用于牛頓液體，又適于非牛

3、頓液體，還可測定液體密度。【實驗?zāi)康摹?.用落針法測液體的粘度系數(shù)。2.研究液體粘度系數(shù)在不同溫度下的變化規(guī)律?！緦嶒瀮x器】PH--IV型變溫粘度器、落針圖1實驗儀器實圖【實驗原理】一個物體在液體中運動時，將受到與運動方向相反的摩擦阻力的作用，這種力即為粘滯阻力。它是由粘附在物體表面的液層與鄰近的液層相對運動速度不同而引起的，其微觀機理都是分子之間以及在分子運動過程中形成的分子團之間的相互作用力。不同的液體這種不同液層之間的相互作用力大小是不相同的。所以粘滯阻力除與液體的分子性質(zhì)有關(guān)外，還與液體的溫度、壓強等有關(guān)。如果液體是無限廣延的，且液體的

4、粘性又較大，落針的半徑很小，合適調(diào)節(jié)落針的密度，那么實驗過程中所產(chǎn)生的渦流可忽略不計。則此時附著在落針表面的液體與周圍液體之間的粘滯力滿足斯托克斯定律：（1）式中的η是液體的粘滯系數(shù)，r是落針的半徑，υ是落針的運動速度。實驗中，落針落入粘性液體（如蓖麻油）中后，它受到三個力的作用：重力P（豎直向下）、浮力N（豎直向上）、粘滯力f(豎直向上)。其中只有粘滯力隨落針的速度增大而增大。開始時做加速運動，當下落速度達到一定值時，這三個力的矢量和為零，從而由牛頓運動定律可知落針將以某一速度作勻速直線運動，此速度稱為收尾速度。設(shè)向下方向為坐標軸正向，則運動

5、方程為：P-N-f=0即：rgV-σgV-6πηrυ=0(2)由此解得：（3）式中為落針的密度，σ是液體密度，g為本地的重力加速度.（2）式忽略油的上表面和筒底的影響，又假定落針沿圓筒中心軸豎直下落時近似成立。實驗中落針在管中下落，管的深度和直徑有限，不符合斯托克斯定律的“無限廣延”的假設(shè)，另外有時須考慮湍流的影響，其判據(jù)雷諾系數(shù)與落針的線半徑、速度有關(guān)，速度越大湍流效應(yīng)越大。故對上式要進行修訂。實驗應(yīng)用公式為：（4）其中：g—本地的重力加速度；—容器內(nèi)筒半徑；—落針外半徑；L—兩磁鐵同名磁極的間距；t—落針兩磁鐵經(jīng)過傳感器的時間；。【實驗儀器

6、介紹】變溫式落針粘度計由本體、落針、霍爾傳感器、單片機計時器和控溫系統(tǒng)五部分組成。1、粘度計本體本體部分是由有機玻璃管制成的內(nèi)外兩個圓筒，儀器豎直固定在水平機座上，如圖2所示。管長550mm，內(nèi)筒內(nèi)直徑40mm，外筒直徑60mm。內(nèi)筒盛待測液體，內(nèi)外筒之間注水，進行水浴加熱。機座上固定一塊高600mm的鋁合金板，距底240mm處安裝霍爾傳感器。容器旁豎立一根直桿，桿上套有一永久磁鐵制成的取針裝置。容器頂部有一永久性磁鐵制成的投針裝置。1－投針裝置，2－溫度探頭，3－出水口，4－霍爾傳感器，5－入水口，6－提針裝置圖2粘度計本體圖圖3落針圖2、落

7、針。如圖3所示，落針是有機玻璃制成的中空細長圓住體，總長L為185mm，外半徑=3.5mm，直徑d為5.7mm，有效密度為。下端為圓球狀，上端圓臺狀。內(nèi)部裝有永久磁鐵，異名磁極相對，同名磁極間的距離為170mm。落針體積7080，其質(zhì)量為16.6g（備用針為11.6g）。它的內(nèi)部可放不同數(shù)量的鉛條來改變落針的有效密度。3、霍爾傳感器它是靈敏度極高的開關(guān)型霍爾傳感器，輸出信號通過屏蔽電纜、航空插頭接到單片機過霍爾傳感器前短時，每當磁鐵經(jīng)過霍爾傳感器時，傳感器即輸出一脈沖，同時有LED（發(fā)光二極管）指示。這種傳感器的優(yōu)越性在于可以用于非透明液體的測

8、量。4、單片機計時器SD-A型多功能毫秒計用以計時和處理數(shù)據(jù)，硬件采取MCS-51微處理器?；魻杺鞲衅鳟a(chǎn)生的脈沖經(jīng)整形后由單片機輸入，由計時器完成兩次