用落球法测定液体的粘行业资料化学工业研究报告石油化工.pdf

《用落球法测定液体的粘行业资料化学工业研究报告石油化工.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用落球法测定液体的粘行业资料化学工业研究报告石油化工.pdf（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、用落球法测定液体的粘度 实验目的 1根据斯托克斯公式，用落球法测液体的粘度。2学习间接测量结果的误差估算。实验仪器 玻璃圆筒，小钢球，停表，螺旋测微器，直尺，温度表，镊子，提网（或磁铁），待测液体（甘油或蓖麻油）。实验原理 在液体内部，不同流速层的交接面上，有切向相互作用力，流速大的一层受到的力和它的流速方向相反，使之减速；流速小的一层受到的力和它的流速方向相同，使之加速。这样，相互作用的结果，使相对运动减慢。流体的这种性质就是粘滞性。这一对力称为内摩擦力，也称为粘滞力。当半径为 r 的光滑球形固体，在密度为 粘滞系数为 且液面为无限宽广的粘滞流体中以速度V运动时，若速度不大、球较小、液体中不

2、产生涡流，则小球受到的粘滞力为 F=6 rV 当密度为 ，体积为 V体的小球在密度为 的液体中下落时，作用在小球上的力有三个：重力 P=V体 g；液体的浮力 f=V体 g，液体的粘滞阻力 F=6 rV 这三个力都在同一铅直线上，如图 41 所示。球开始下落时的速度很小，所受的阻力不大，小球加速下降，随着速度的增加，所受的阻力逐渐加大。当速度达到一定值时，阻力和浮力之和将等于重力，即 V体 g=V体 g+6 rV 此时小球的加速度为零，匀速下降，这个速度称为收尾速度(或平衡速度)。将 V体=代入上式可得 器玻璃圆筒小钢球停表螺旋测微器直尺温度表镊子提网或磁铁待测液体甘油或蓖麻油实验原理在液体内部

3、不同流速层的交接面上有切向相互作用力流速大的一层受到的力和它的流速方向相反使之减速流速小的一层受到的力和它的流为粘滞力当半径为的光滑球形固体在密度为粘滞系数为且液面为无限广的粘滞流体中以速度运动时若速度不大球较小液体中不产生涡流则小球受到的粘滞力为当密度为体积为体的小球在密度为的液体中下落时作用在小球上的力有三不大小球加速下降随着速度的增加所受的阻力逐渐加大当速度达到一定值时阻力和浮力之和将等于重力即体体此时小球的加速度为零匀速下降这个速度称为收尾速度或平衡速度将体代入上式可得所以式中为小球的直径实验时使小球(-)g=3 Vd 所以 =(4-1)式中 d=2r 为小球的直径。实验时使小球在有限

4、的圆形油筒中下落，液体不是无限宽广的，考虑到圆筒器壁的影响，应对斯托克斯公式加以修正，式(4 1)变为 =(4-2)式中，D为圆筒的内径，h 为筒内液体的高度，d 为小球直径。实验测定时，由于 dh，则式(4-2)分母中的(1+)器玻璃圆筒小钢球停表螺旋测微器直尺温度表镊子提网或磁铁待测液体甘油或蓖麻油实验原理在液体内部不同流速层的交接面上有切向相互作用力流速大的一层受到的力和它的流速方向相反使之减速流速小的一层受到的力和它的流为粘滞力当半径为的光滑球形固体在密度为粘滞系数为且液面为无限广的粘滞流体中以速度运动时若速度不大球较小液体中不产生涡流则小球受到的粘滞力为当密度为体积为体的小球在密度为

5、的液体中下落时作用在小球上的力有三不大小球加速下降随着速度的增加所受的阻力逐渐加大当速度达到一定值时阻力和浮力之和将等于重力即体体此时小球的加速度为零匀速下降这个速度称为收尾速度或平衡速度将体代入上式可得所以式中为小球的直径实验时使小球1,该式可改写成 =(4-3)由上式可以测定 ，在国际单位制中 的单位是 PaS。实验内容及步骤 1实验采用大小相同的小钢球，用千分尺（关于千分尺的使用参见实验一）测出其中一个小球的直径，并在不同的方向上测 8 次，求其平均直径。注意千分尺的零点读数。2确定小球在筒中央匀速落下的范围 N1N3，如图 42 所示。方法是：在玻璃筒上、中、下三处用橡皮筋分别作出标记

6、线 N1、N2、N3。令线间距离 N1N2=N2N3，测出小球通过两段液体的时间 t1 和 t2。若 t1 t2，则小球在 N1N3中作匀速运动。若 t1t2，则说明小球通过 N1标线后仍然作加速运动，应将 N1、N2标线下移并保持 N1N2=N2N3。试测几次直到 t1 器玻璃圆筒小钢球停表螺旋测微器直尺温度表镊子提网或磁铁待测液体甘油或蓖麻油实验原理在液体内部不同流速层的交接面上有切向相互作用力流速大的一层受到的力和它的流速方向相反使之减速流速小的一层受到的力和它的流为粘滞力当半径为的光滑球形固体在密度为粘滞系数为且液面为无限广的粘滞流体中以速度运动时若速度不大球较小液体中不产生涡流则小球

7、受到的粘滞力为当密度为体积为体的小球在密度为的液体中下落时作用在小球上的力有三不大小球加速下降随着速度的增加所受的阻力逐渐加大当速度达到一定值时阻力和浮力之和将等于重力即体体此时小球的加速度为零匀速下降这个速度称为收尾速度或平衡速度将体代入上式可得所以式中为小球的直径实验时使小球t2。3在 N1N3不变的情况下。重复做 8 次，记取相应的时间 t，并计算其平均值 。4测量线间距 L=N1N3 8 次，计算其平均值 ，并计算出小球收尾速度 V=/。5测量圆筒内径 D（测一次），测量液体的温度(即室温 )。6小钢球密度 ，液体密度 由实验室给出(也可由物理手册查出)。7根据式(4-3)计算 的平均

8、值及其误差，并分析所得结果。数据记录与处理 1数据记录 =，D=，0=，=器玻璃圆筒小钢球停表螺旋测微器直尺温度表镊子提网或磁铁待测液体甘油或蓖麻油实验原理在液体内部不同流速层的交接面上有切向相互作用力流速大的一层受到的力和它的流速方向相反使之减速流速小的一层受到的力和它的流为粘滞力当半径为的光滑球形固体在密度为粘滞系数为且液面为无限广的粘滞流体中以速度运动时若速度不大球较小液体中不产生涡流则小球受到的粘滞力为当密度为体积为体的小球在密度为的液体中下落时作用在小球上的力有三不大小球加速下降随着速度的增加所受的阻力逐渐加大当速度达到一定值时阻力和浮力之和将等于重力即体体此时小球的加速度为零匀速下

9、降这个速度称为收尾速度或平衡速度将体代入上式可得所以式中为小球的直径实验时使小球 表 4-1 测量液体的粘滞系数 2用误差传递公式求 的相对误差和平均值标准差。3写出测量结果 =（）（）Pa s 实验注意事项 器玻璃圆筒小钢球停表螺旋测微器直尺温度表镊子提网或磁铁待测液体甘油或蓖麻油实验原理在液体内部不同流速层的交接面上有切向相互作用力流速大的一层受到的力和它的流速方向相反使之减速流速小的一层受到的力和它的流为粘滞力当半径为的光滑球形固体在密度为粘滞系数为且液面为无限广的粘滞流体中以速度运动时若速度不大球较小液体中不产生涡流则小球受到的粘滞力为当密度为体积为体的小球在密度为的液体中下落时作用在

10、小球上的力有三不大小球加速下降随着速度的增加所受的阻力逐渐加大当速度达到一定值时阻力和浮力之和将等于重力即体体此时小球的加速度为零匀速下降这个速度称为收尾速度或平衡速度将体代入上式可得所以式中为小球的直径实验时使小球1实验时液体中应无气泡，小钢球也不能粘有气泡。2球必须在筒的中心下落。3液体的粘度随温度的改变会发生显著变化，因此，在实验中不得用手摸圆筒。思考题 1实验时，如果不用标线 N3，测出小球从 N1到筒底的时间是否可以?2若使小球在靠近筒壁处下落是否可以?为什么?3实验时室温的变化对实验有什么影响?附表 不同温度下蓖麻油的粘滞系数 温度（0C）0 10 20 30 40 （Pa s）5

11、.30 2.42 0.986 0.451 0.230 器玻璃圆筒小钢球停表螺旋测微器直尺温度表镊子提网或磁铁待测液体甘油或蓖麻油实验原理在液体内部不同流速层的交接面上有切向相互作用力流速大的一层受到的力和它的流速方向相反使之减速流速小的一层受到的力和它的流为粘滞力当半径为的光滑球形固体在密度为粘滞系数为且液面为无限广的粘滞流体中以速度运动时若速度不大球较小液体中不产生涡流则小球受到的粘滞力为当密度为体积为体的小球在密度为的液体中下落时作用在小球上的力有三不大小球加速下降随着速度的增加所受的阻力逐渐加大当速度达到一定值时阻力和浮力之和将等于重力即体体此时小球的加速度为零匀速下降这个速度称为收尾速度或平衡速度将体代入上式可得所以式中为小球的直径实验时使小球