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1、ZC1121 落球法液体粘滞系数测定仪（实验讲义）使用说明书杭 州 泽 胜 仪 器 有 限 公 司1落球法测量液体的粘滞系数液体流动时，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（或粘滞系数） ，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 称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。液体的粘滞系数和人们的生产，生活等方面有着密切的关系，比如医学上常把血粘度的大小做为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
2、可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘度较高的透明或半透明的液体，比如：蓖麻油、变压器油、甘油等。一、实验目的1学习和掌握一些基本物理量的测量。2学习激光光电门的校准方法。3用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。二、实验仪器ZC1121落球法液体粘滞系数测定仪、卷尺、螺旋测微器（自备）、电子天平（自备）、游标卡尺（自备）、钢球若干。三、实验原理处在液体中的小球受到铅直方向的三个力的作用：小球的重力 （ 为mg小球质量） 、液体作用于小球的浮力 （ 是小球体积， 是液体密度）和gV粘滞阻力 （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F速度 较小情况下，有v（1）rv
3、F6上式称为斯托克斯公式，其中 是小球的半径； 称为液体的粘度，其单位是。sPa小球在起初下落时，由于速度较小，受到的阻力也就比较小，随着下落速2度的增大，阻力也随之增大。最后，三个力达到平衡，即（2）rvgVm06此时，小球将以 作匀速直线运动，由（2）式可得：0v（3）rv06)(令小球的直径为 ，并用 ， ， 代入（3）式得d3dmtl2d（4）lg18)(2其中 为小球材料的密度， 为小球匀速下落的距离， 为小球下落 距离所用l tl的时间。实验过程中，待测液体放置在容器中，故无法满足无限深广的条件，实验证明上式应进行如下修正方能符合实际情况：（5）)6.1)(4.21(8)( HdD
4、ltgd其中 为容器内径， 为液柱高度。DH当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的粘度值又较小时，小球在液体中的平衡速度 会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状0v态对斯托克斯公式的影响：（6）.)Re108963(20rF其中，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。（7）0dve当Re0.1时，可认为（1）、（5）式成立；当0.1Re1 时，应考虑（6）式中1级修正项的影响，当Re大于1时，还须考虑高次修正项。考虑（6）式中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，粘度 可表示为： 1312345 678910（8）16Re/3)16e/3)(/4.21(8.021 Ddv
5、g由于 是远小于 1的数，将 按幂级数展开后近似为1-6Re/3 )(3Re/16,（8）式又可表示为：(9)dv0163已知或测量得到 、 、 、 、 等参数后，由（5）式计算粘度 ，再由D（7）式计算 ，若需计算的 的1级修正，则由（9）式计算经修正的粘度 。ReRe 1在国际单位制中， 的单位是 Pas（帕斯卡秒），在厘米，克，秒制中， 的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是：1Pas = 10P = 1000cP （10 ）仪器说明1整体部件ZC1121落球法液体粘滞系数测定仪主要包括两部分：测试架和测试仪。右图1为测试架结构图：1、落球导管 2、发射端3、发射端 4、量
6、筒 5、水平调节螺钉 6、底盘 7、支撑柱 8、接收端 9、接收端 10、横梁图 1 测试架结构图2测试仪使用说明4ZC1121落球法液体粘滞系数测定仪测试仪面板如图2所示，使用时测试架上端装光电门，下端装光电门，且两发射端装在一侧，两接收端 装 在一 侧 。 将 测 试 架 上 的 两 光 电 门 “发 射 端 ”， “发 射 端 ”和 “接 收端 ”，“ 接收端 ”分别对应接到测试仪前面板的“ ”，“ ”和“ ”，“ ”上。检查无误后，按下测试仪后面板上的电源开关，此时数码管将循环显示两光电门的状态： “L-1-0”表示光电门处于没对准状态；“L-1-1”表示光电门处于对准状态；“L-2-
7、0”表示光电门处于没对准状态；“L-2-1”表示光电门处于对准状态。图 2 测试仪面板图当两光电门都处于对准状态时，按下测试仪前面板上的“ 启动 ”键，此时数码管将显示“HHHHH”,表示启动状态；当下落小球经过上面的光电门（光电门）而未经过下面光电门（光电门）将显示“- - - - - ”，表示正在测量状态；若测量时间超过99.999s则显示超量程状态“LLLLL”；当小球经过光电门后将显示小球在两光电门之间的运行时间。重新按下“ 启动 ”键后放入第二个小球，经过两光电门后，将显示第二个小球的下落时间，依次类推。若在实验过程中，不慎碰到光电门，使光电门偏离，将重新循环显示两光电门状态，此5时
8、需重新校准光电门。四、实验内容1. 测试架调整（1）将线锤装在支撑横梁中间部位，调整粘滞系数测定仪测试架上的三个水平调节螺钉，使线锤对准底盘中心圆点；（2）将光电门按仪器使用说明上的方法连接。接通测试仪电源，此时可以看到两光电门的发射端发出红光线束。调节上下两个光电门发射端，使两激光束刚好照在线锤的线上；（3）收回线锤，将装有测试液体的量筒放置于底盘上，并移动量筒使其处于底盘中央位置；将落球导管安放于横梁中心，两光电门接收端调整至正对发射光（可参照上述测试仪使用说明校准两光电门）。待液体静止后，将小球用镊子从导管中放入，观察能否挡住两光电门光束（挡住两光束时会有时间值显示），若不能，适当调整光
9、电门的位置。2用温度计测量待测液体温度 ,当全部小球投下后再测一次液体温度 ，求0T 1T其平均温度 。T3用卷尺测量光电门的距离 ；测量6次小球下落的时间，并求其平均值时间L。s4用电子天平测量多个小球的质量，求其平均质量 。m5用螺旋测微器测量多个小球的直径，求其平均值 ，计算小球的密度 。d6用密度计测量待测液体密度 （精确测量时进行该步骤，密度计自备）。7用游标卡尺测量量筒内径 。D8相关量代入公式（5），计算液体的粘滞系数 ，并与该温度 下的粘滞系T数相比较。不同温度下的蓖麻油的粘滞系数可参照附表1。参考： 钢球平均密度： 3 /1072.9mkg6蓖麻油出厂密度： 3/1097.m
10、kg五、实验数据记录表1 小球的直径测量次数 1 2 3 4 5 6 7 平均值直径d(10-3m)表2 小球在待测液体中的时间测定次数 1 2 3 4 5 6时间（s）平均时间（）s六、实验注意事项1、测量时，将小球用酒精擦拭干净；2、等被测液体稳定后再投放小球；3、全部实验完毕后，将量筒轻移出底盘中心位置后用磁钢将钢球吸出，将钢球擦拭干净放置于酒精溶液中，以备下次实验用。七、实验思考问题1、为何要对公式（4）进行修正？2、如何判断小球在液体中已处于匀速运动状态？3、影响测量精度的因素有哪些？实验举例：T 初=15.1 距离 L=0.122m T 末=15.2次数 1 2 3 4 5 6 7时间（s） 5.701 5.6822 5.6858 5.6573 5.6287 5.6465 5.61157平均时间（s） 5.659代入公式 5 可粗测蓖麻油的粘滞系数为： P8.15附表： 杭州泽胜仪器有限公司地址：浙江省富阳市华庭西路 87 号电话：057123227155传真：057123227155E-mail: http:/
