《液体黏度的测定实验报告.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《液体黏度的测定实验报告.pdf(8页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 液体黏度的测定实验报告 TPMK standardization office【TPMK5AB-TPMK08-TPMK2C-TPMK18】物理实验报告 液体黏度的测定 各种实际液体都具有不同程度的黏滞性。当液体流动时,平行于流动方向的各层流体之间,其速度都不相同,即各层间存在着滑动,于是在层与层之间就有摩擦力产生。这一摩擦力称为“黏滞力”。它的方向在接触面内,与流动方向相反,其大小与接触面面积的大小及速度梯度成正比,比例系数称为“黏度”(又称黏滞系数,viscosity)。它表征液体黏滞性的强弱,液体黏度与温度有很大关系,测量时必须给出其对应的温度。在生产上和科学技术上,凡是涉及流体的场合,
2、譬如飞行器的飞行、液体的管道输送、机械的润滑以及金属的熔铸、焊接等,无不需要考虑黏度问题。测量液体黏度的方法很多,通常有:管流法。让待测液体以一定的流量流过已知管径的管道,再测出在一定长度的管道上的压降,算出黏度。落球法。用已知直径的小球从液体中落下,通过下落速度的测量,算出黏度。旋转法。将待测液体放入两个不同直径的同心圆筒中间,一圆筒固定,另一圆筒以已知角速度转动,通过所需力矩的测量,算出黏度。奥氏黏度计法。已知容积的液体,由已知管径的短管中自由流出,通过测量全部液体流出的时间,算出黏度。本实验基于教学的考虑,所采用的是奥氏黏度计法。实验一 落球法测量液体黏度 一、【实验目的】1、了解有关液
3、体黏滞性的知识,学习用落球法测定液体的黏度;2、掌握读数显微镜的使用方法。二、【实验原理】将液体放在两玻璃板之间,下板固定,而对上板施以一水平方向的恒力,使之以速度v 匀速移动。黏着在上板的一层液体以速度 v 移动;黏着于下板的一层液体则静止不动。液体自上而下,由于层与层之间存在摩擦力的作用,速度快的带动速度慢的,因此各层分别以由大到小的不同速度流动。它们的速度与它们与下板的距离成正比,越接近上板速度越大。这种液体流层间的摩擦力称为“黏滞力”(viscosity force)。设两板间的距离为x,板的面积为S。因为没有加速度,板间液体的黏滞力等于外作用力,设为f。由实验可知,黏滞力f与面积S及
4、速度v成正比,而与距离x成反比,即 xvSf (2-5-1)式中,比例系数即为“黏度”。的单位是“帕斯卡秒”(Pas)或 kgm-1s-1。某些液体黏度的参考值见附录。当一个小球在液体中缓慢下落时,它受到三个力的作用:重力、浮力和黏滞力。如果小球的运动满足下列条件:在液体中下落时速度很小;球体积很小;液体在各个方向上都是无限宽广的,斯托克斯(S.G.Stokes)指出,这时的黏滞力为 vrf6 (2-5-2)式中为黏度;v为小球下落速度;r为小球半径。此式即着名的“斯托克斯公式”。小球下落时,三个力都在竖直方向,重力向下,浮力和黏滞力向上。由式(2-5-2)知,黏滞力是随小球下落速度的增加而增
5、加的。显然,如小球从液面下落,开始是加速运动,但当速度达到一定大小时,三个力的合力为零,小球则开始匀速下落。设这时速度为v,v称为“终极速度”。此时 rvgr6)(3403 (2-5-3)式中,为小球密度;0是液体密度。由此得 vgr20)(92 (2-5-4)图 2-5-1 落球法测定液体黏度所用的容器 我们在实验操作时,并不能完全满足式(2-5-2)所要求的条件。首先液体不是无限宽广的,是放在如图2-5-1 所示的容器中的,因此就不能完全不考虑液体边界的影响。设圆筒的直径为D,液体的高度为H,小球从圆筒的中心线下落,那么(2-5-4)式应修正为 式中,d为小球直径。由于高度H的影响实际上很
6、小,可以略掉相应的修正项,又 tLv,L为圆筒上二标线间的距离,t为小球通过距离L所用时间,则上式变为 )4.21()(18120DdLgtd (2-5-5)由该式即可计算出黏度。另外,在实验观测时式(2-5-2)是否适用,还和其他影响因素有关,对这方面的问题有兴趣的同学请参见附录。实验二 奥氏粘度计测量液体粘滞系数 一、【实验目的】掌握奥氏粘度计测定液体粘滞系数的原理和方法。二、【实验仪器】奥氏粘度计、量筒、烧杯、秒表、移液管、洗耳球、温度计、甘油、水等。图 1 奥氏黏度计 三、【实验原理】1.由泊肃叶公式可知,当液体在一段水平圆形管道中作稳定流动时,单位时间内流出圆管的液体体积为 LPRQ
7、84 (1)式中 R 为管道的的截面半径,L 为管道的长度,为流动液体的粘滞系数,?P 为管道两端液体的压强差。如果先测出V、R、?P、L,则可以求出流量 Q。2.但测量过多容易导致误差偏大,为了避免测量量过多而产生的误差,奥斯瓦尔德设计出一种粘度计(见图 1),采用比较法进行测量。取一种已知粘滞系数的液体和一种待测粘滞系数的液体,设它们的粘滞系数分别为1和2,令同体积 V 的两种液体在同样条件下,由于重力的作用通过奥氏黏度计的毛细管 DB,分别测出他们所需的时间 t 1和 t 2,两种液体的密度分别为1、2。则 V1=V2,即 Q1t1=Q2t2 则 11148tLPR=22248tLPR
8、即得 112212tPtP (2)粘度计两管液面的高度差?h 随时间连续变化,由于两种液体流过毛细管有同样的过程,则压强比为 212121hghgPP (3)将(3)式代入(2)式,得 111222tt (4)故测出等量液体流经DB 的时间 t1和 t2,根据已知数1、2、1,即可求出待测液体的粘滞系数。四、【实验内容与步骤】(1)用玻璃烧杯盛清水置于桌上待用,并使其温度与室温相同,洗涤黏度计,竖直地夹在试管架上。(2)用移液管经黏度计粗管端注入 10 毫升水。用洗耳球将水压入细管刻度 C 以上,用手指压住细管口,以免液面下降。(3)松开手指,液面下降,当夜面下降至刻度C 时,启动秒表,在液面
9、经过刻度 D 时停止秒表,记下时间 t1。(4)重复步骤(2)、(3)测量 10 次,取 t1平均值。(5)用水清洗黏度计两次。(6)取 10 毫升的酒精作同样实验,求出时间 t2的平均值。五、【数据记录与处理】液体 流出液体的时间 t(s)平均值t(s)温度 T()该温度下的密度(gcm-3)水 t1 30.8 30.6 T1 12 1 0.99952 30.6 30.7 30.6 30.7 30.4 酒精 t2 66.0 60.1 T2 14 2 0.795 65.8 66.2 66.1 66.3 66.0 T1=12时,1=1.2363mps 故由公式(4)可 3 算得酒精的黏度2=1.9313mps 六、【注意事项】(1)使用粘度计时要小心,不要同时控住两管,以免折断。(2)当粘度计注入水(或稀释甘油)时,不要让气泡进入管内,放置粘度计要求正、直。(3)在实验进行过程中,用洗耳球将待测液压入细管时,防止液体被压出粘度计或被吸入洗耳球内。七、【附上原始数据】
限制150内