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1、实验三液体粘滞系数的测定方法一:用乌式粘度计测定酒精的粘滞系数实验目的1 1 进一步巩固和理解粘滞系数的概念。2 2 学会一种测定粘滞系数的方法。实验器材粘度计、铁架台、秒表、温度计、打气球、玻璃缸、蒸馏水、酒精、量杯。仪器描述如图 3-1 所示,粘度计是由三根彼此相通的玻璃管A、B、C 构成。 A 管经一胶A 管底部有一大玻皮管与一打气球相连,璃泡,称为贮液泡;B管称为测量管, B管中部有一根毛细管,毛细管上有一大和一小两个玻璃泡,在大泡的上下端分别有刻线 N、N ;C 管称为移液管,C 管上端有一乳胶管,为的是在C 管处设置夹子。整个实验是在装满水的玻璃缸中进行。实验原理一切实际液体都具有
2、一定的层有不同的流速“粘滞性”,当液体流动时,由于粘滞性的存在,不同的液v(如图 3-2 ) ,流速大的一层对流速小的一层施以拉力,流速小的一层对流速大的一层施以阻力,因而各层之间就有内磨擦力的产生,实验表明相邻两层的接触面积,内磨擦力的大小与S及速度梯度dv / dy 成正比,即dvFdyS叫做粘滞系数,又叫内磨擦系数。不同的液值随温度的升Pas) 。图3 - 2式中的比例系数体具有不同的粘滞系数。一般情况下,液体的高而减少。在国际单位制中,度的单位为帕秒(速度梯当粘滞液体在细管中作稳恒流动时,P1,液体的粘滞系数为1若管的半径为R,管长为L,细管两端的压强差为V 可依泊肃叶公式求出:,则在
3、时间 t1内液体流经细管的体积V8R14LP1t1(3-1 )同理,对于同一细管,若换用另一种粘滞系数为强差为 P2,体积仍为V 的液体流经细管所需时间为R8242的液体,并假设这时细管两端的压t2,则有:VLP2t2(3-2 )由( 3-1 )式和( 3-2 )式得P2t221P1t1(3-3 )如果实验时把细管铅垂方向放置,则压强差是由重力引起的,于是P2P1(3-4 )此处121ghgh21及2是两种不同液体的密度,将(2213-4 )式代入( 3- 3)式,得t2t11(3-5 )可见,如果一种液体的粘滞系数经同一细管的时 间1为已知,且两种液体的密度2.1及12可查表得到, 则只要
4、测出两种液 体流t1和t2,即 可根据(3-5 )式算 出被测液体 的粘滞系数本实验是已知水的值,求待测酒精的2值。粘滞系数的测定是医学和生物实验中常常遇到的。这种由一种物质的已知量一种物质的相应未知量21求得另方法称之为比较测量法,是实验科学中常用的方法之一。实验步骤1松开固定粘度计的夹子,取出粘度计,分别将蒸馏水灌入粘度计的洗粘度计,并用打气球将水挤出。2把洗好的粘度计放在充满水的玻璃缸中,将粘度计调整为铅垂状态,此时旋紧固定粘度计的夹子。3在实验过程中, 为尽量保证温度稳定,4打开阀门1 和阀门 2,将蒸馏水由特将粘度计放在盛有室温水的玻璃缸内进行。B 管、 C 管中冲C 管灌入粘度计内
5、,灌到贮液泡四分之三的体积时,即可停止注入蒸馏水。5关闭阀门1 和旋紧阀门2,用手按动打气球,此时水开始从B 管中上升,当蒸馏水上升到 B 管顶端的小泡位置时,即可停止打气。6先打开阀门1,然后再旋松阀门2,此时水开始从B 管中往下降,当水面刚刚降落t1. .到刻线 N 时,用秒表计时,直到液面下降到 7中。 8记下玻璃缸中温度计的读数T1. .重复步骤5、步骤 6,测量水流过N 时停止计时,这个时间间隔即为N、N 所用的时间t1,重复 3 次,将数据填入表9将粘度计取下,倒出蒸馏水,用待测液(本实验用酒精)精洗一下粘度计,然后倒出酒精。10把用待测液(酒精)清洗后的粘度计放入玻璃缸中,并调成
6、铅垂状态,固定住粘度计。11将待测液(酒精)从酒精。12重复步骤5、步骤 6,测量酒精流过入表中。 13记下玻璃缸中温度计的读数T2. .N、N 所用的时间t2,重复 3 次,将数据填C 管中灌入,灌到贮液泡体积的四分之三时,即可停止注入14实验完毕将酒精倒入回收酒精的烧杯中。15从本实验讲义的附表中,查出实验温度下水的密度出待测液体的密度21和水的粘滞系数2.1值,再查,根据( 3-5 )式求出待测液体的粘滞系数数据记录与处理数项据蒸 馏 水t1( s)酒 精t2( s)绝 对 误 差t1( 蒸 馏 水 )( s )绝 对 误 差t1( 酒 精 )( s )目次数123平 均T1=T温度查表
7、:水的密度1T2=T12=T2=酒精的密度2=水的粘滞系数1=2t22t1计算:11Et1t22t1t222E2结果:222注意事项 1.打气时不要过猛,以免水从B 管中喷出。2.本实验过程中,拿取粘度计及清洗粘度计时,要用拇指和食指拿住最粗的管子即管,切记不可大把抓。3.在测量过程中,粘度计要竖直放置并浸入玻璃缸的水中。思考题1实验中应注意哪些事项?2本实验中误差产生的主要原因是什么?方法二: 用奥氏粘度计测定乙醇的粘滞系数实验目的A1 1 进一步理解液体的粘滞性。2 2 掌握用奥氏粘度计测定液体粘滞系数的方法。实验器材奥氏粘度计、温度计、秒表、乙醇、蒸馏水、移液管、洗耳球、大烧杯、物理支架
8、。仪器描述奥氏粘度计的形状如图3-3所示 ,是一个U 形玻璃管。 B 泡位置较高, 为测定泡; A 泡位置较低, 为下储泡; B 泡上下各有一刻痕积相等的毛细管L . .m 和 n . .以下是一段截面实验原理当粘 滞系数为毛细管中稳定的 液体在半径为 R、长为 L 的P,流动 时,若细管两端的压强差为则 根据泊 肃叶定 律,单 位时间 流经毛 细管的 体积流 量 Q 为QR84PL(3-6 )本实验用奥氏粘度计, 采用比较法进行测量。A 中,实验时,常以粘滞系数已知的蒸馏水作为比较的标准。先将水注入粘度计的球泡再用洗耳球将水从A 泡吸到 B 泡内,使水面高于刻痕A 泡,设水面从刻痕m ,然后
9、将洗耳球拿掉,只在重力作t1;若换以待测用下让水经毛细管又流回液体,测出相应的时间为m 降至刻痕 n 所用的时间为t2,由于流经毛细管的液体的体积相等,故有:V1= V2,R4即Q1t1= Q2t2R84P118Lt1P22Lt22P2P1t2即得1t1(3-7 )式中和分别表示水和待测液体的粘滞系数。设两种液体的密度分别为和因为在1212,两次测量中,两种液面高度差P1P2(3-8 )12 h变化相同,则压强差之比为ghgh1p2代入式 (3-7),得22t2t111(3-9 )从本实验讲义的附表中查出实验温度下的体的粘滞系数 实验步骤 1在大烧杯内注入一定室温的清水,以不溢出杯外为度,作为
10、恒温槽。2用蒸馏水将粘度计内部清洗干净并甩干,将其铅直地固定在物理支架上,放在恒温槽中。3用移液管将一定量的蒸馏水(一般取取待测液体的用具不要混用,每次应冲洗干净。4用洗耳球将蒸馏水吸入毛细管 L 流下。当液面降至痕线记下所需时间 5B 泡,使其液面略高于刻痕m ,然后让液体在重力作用下经n 时,按停秒表,5 10 ml)由管口 C 注入 A 泡。注意:取水和21、2和1值,则根据式(3-9 )可求得待测液。m 时,按动秒表开始计时,液面降至痕线t1。重复测量t1三次。3 和步骤 4,测量同体积的乙醇流经毛将蒸馏水换成待测液体乙醇,重复上述步骤细管时所用时间 6t2,重复测量三次。 (先将粘度
11、计用待测液体乙醇清洗一下)T.测量恒湿槽中水的温度 数据记录与处理查表与记录:蒸馏水的密度乙醇的密度蒸馏水的粘度系数数T =乙 醇t2(s)kg / mkg / mPa st1的绝对误差t1(s)t2的绝对误差t2(s)31231项值目蒸 馏 水t1(s)次数123平 均22t2t1t11计算:E1t2tE2222t122结果:22思考题 1 2 3为什么要取相同体积的待测液体和标准液体进行测量?为什么实验过程中要将粘度计浸在水中?测量过程中为什么必须使粘度计保持竖直位置?方法三: 用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数实验目的1 1 掌握用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数的方法。2 2 熟悉使用基本
12、测量仪器。实验器材盛有被测液体(甘油)的量筒、温度计、镊子、小球(尺、千分尺、提网等。1.0 mm钢 滚珠 ) 、秒表、米实验原理一个半径为的r 小球,以速度v 在无限广阔的液体中运动, 当速度较小(不产生旋涡)时,根据斯托克斯定律,它所受到的粘滞阻力为F6r(3-10 )需要指出,力F 并不是小球表面和流体之间的摩擦力,而是附着在小球表面同小球一为液体的粘滞系数或内摩擦系数,的单位为Pa s. .当下落速度增到一定数值时,小球受到的粘它与小起运动的一层液体与周围液体之间的内摩擦力。球的质料无关,仅取决于液体的种类和温度。在本实验中, 是使小球在甘油中竖直下落,滞阻力和重力、浮力达到平衡,因此
13、小球以匀速度开始下落,这样就可测定它的下落速度,由( 3-10 )式和平衡条件可得43r3()g6r(3-11 )或分别是小球和液体的密度。由(29()gr23-11 )式可得(3-12 )但此式仅以流体为无限广阔的情况下方能成立,实际上小球是在内直径为落,因此还需加上一校正系数,d1的量筒中下,同时注意到= L / t (L 和 t 分别为小球下落的距离和时间)r = d2 / 2( d2为小球直径),于是( 3-12 )式应改为(18L( 1)gd2t2.4d2d1)2(3-13 )( 12.4dd12)1.088在本实验中, 取3/ m ,甘油的密度= 7.80010 kg33=1.26
14、010 kg / m ,测得 L、 t、d2等量,便可由(3-13 )式算出被. ., g = 9.8 m / s , 已知小球密度23测液体甘油的粘滞系数实验步骤 1用千分尺测定小球直径d2五次。2.将小球放在盛有被测液体(甘油)的量筒管中央,使其在液体中徐徐下落。当落至量筒上部刻线A (见图 3-4 )时,启动秒表,当落至下A、 B 刻线间所需时间t(注意眼部刻线 B 时,停止秒表,测出小球通过睛应平视刻线 3 4A、 B) 。用提网将小球提起,重复步骤记下油温(即室温2,测五次。T) ,用米尺量A、B 间的距离L ,测五次。5由(3-13 ) 式分别计算出五次测量所得甘油的粘滞系数,再算
15、出其平均值。6算出五次测量的绝对误差,再算出平均绝对误差、平均相对误差,并将结果表示成 数据记录与处理项次数目的标准形式。d2( )mt( )sL ( )m(Pa s )(Pa s )12345平 均E100 %结果:注意事项甘油必须静止,油中应无气泡,小球表面必须清洁,表面不带气泡,筒要铅直;小球应在筒中心徐徐下落,刻线A 不能取在靠近液面处;用提网将小球提起时,注意别让小球从提网与筒间的缝隙掉落筒底。附录附表 1t / 密 度t / 不同温度下酒精的密度密 度t / ( 10 kg / m密 度33)t / 密 度05 0.80210111213140.80615 0.79416 0.79
16、317 0.79218 0.79119 0.79020 0.78921 0.78822 0.78723 0.78624 0.78625 0.78526 0.78427 0.78428 0.78329 0.78230 0.78140 0.77250 0.76390 0.754 0.799 0.797 0.796 0.795 0.795附表 2t / 0密 度0.99987t / 9不同温度下纯水的密度密 度t / ( 10 kg / m密 度33)t / 密 度 0.9998118 0.9986219 0.9984320 0.9982321 0.9980222 0.9978023 0.99756
17、24 0.9973225 0.9970726 0.99681222223 0.78624 0.78625 0.78526 0.7840.78727 0.9965428 0.9962629 0.9959730 0.9956731 0.9953732 0.9950533 0.9947334 0.9944035 0.994061 0.999932 0.999973 0.999994 1.000005 0.999996 0.999977 0.999938 0.9998810 0.9997311 0.9996312 0.9995213 0.9994014 0.9992715 0.9991316 0.99
18、98717 0.99880附表 3t / 粘 滞系 数水在 1 30 的粘滞系数 ( 10-3Pa s )t / 粘 滞系 数t / 粘 滞系 数1 1.73132 1.67283 1.61914 1.56745 1.51886 1.47287 1.42848 1.38609 1.346210 1.307711 1.271312 1.236013 1.202814 1.170915 1.140416 1.111117 1.082818 1.055919 1.029920 1.005021 0.981022 0.957923 0.935824 0.914225 0.893726 0.873727
19、 0.854528 0.836029 0.818030 0.8007注:实验中温度可和16 所对应的粘度系数分的粘滞系数降-记到度以后一位数(或两位数)。例 如, 15.78 ,这时从表中只能查出 15 别 为 1.1404 10-3Pa s 和 1.1111 10-3Pa s,可见 从 15上升 到 16时 的 1中,水低了( 1.1404 10滞系数降低了3 -1.1111 10-3)Pa s,于是可以认为从15上升到15.78的 0.78 中,其 粘0.78 ( 1.1404-1.1111 ) 10( 1.1404-1.1111) 10=1.1175 10-3Pa s , 因 此 15.78- 的 水 的 粘 滞 系 数 即 为 1.14040. 78 3Pa s-3Pa s 或为( 1.1111+ 0.22 0.0293 ) 103Pa s =1.1175 10-3Pa s。这种方法称为内插法读数或函差法读数。附表 4甘油的粘滞系数( Pa s )t / 0 6 15 21 25 3012.11 6.26 2.33 1.49 0.954 0.829附表 5不同温度下酒精的粘滞系数 15 20( 1 0-4Pa s ) 35 40t / 0 5 10 25 3017.73 16.23 14.66 13.32 12.00 10.96 10.03 9.14 8.34
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