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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划粘度的测定实验报告液体黏度的测量物理学系一、引言黏滞性是指液体、气体和等离子体内部阻碍其相对流动的一种特性。如果在流动的流体中平行于流动方向将流体分成流速不同的各层，则在任何相邻两层的接触面上就有与面平行而与相对流动方向相反的阻力或曳力存在。液体的黏度在医学、生产、生活实践中都有非常重要的意义。例如，许多心血管疾病都与血液的黏度有关；石油在封闭的管道中输送时，其输运特性与黏滞性密切相关。本实验旨在学会使用毛细管和落球法测定液体黏度的原理并了解分别适用范围，掌握温度计、密度计、电子秒表
2、、螺旋测微器、游标卡尺的使用，并学会进行两种测量方法的误差分析。二、实验原理落球法当金属小圆球在黏性液体中下落时，它受到3个力，重力mg、浮力?和粘滞阻力。如果液体无限深广，在下落速度v较小下，粘滞阻力F有斯托克斯公式F=6?(1)r是小球的半径；?称为液体的黏度，其单位是Pas.小球刚进入时重力大于浮力和粘滞阻力之和，运动一段时间后，速度增大，达到三个力平衡，即mg=?+6?(2)于是小球作匀速直线运动，由(2)式，并用m?ldd3?,v?,r?代入上式，并因为6t2待测液体不能满足无限深广的条件，为满足实际条件而进行修正得g2dt1?(3)18l(1?)(1?)DH其中?为小球材料的密度，
3、d为小球直径，l为小球匀速下落的距离，t为小球下落l距离所用的时间，D为容器内径，H为液柱高度。毛细管法若细圆管半径为r，长度为L，细管两端的压强差为?P，液体黏度为?，则其流量Q可以由泊肃叶定律表示：?r4?PQ?8?L(4)由泊肃叶定律，再加上当毛细管沿竖直位置放置时，应考虑液体本身的重力作用。因此，可以写出?r4(?P?gL)V?t8?L本实验所用的毛细管黏度计如图1所示，实验时将一定量的液体注入右管，用吸球将液体吸至左管。保持黏度计竖直，然后让液体经毛细管流回右管。设左管液面在C处时，右管中液面在D处，两液面高度差为H，CA间高度差为h1，BD间高度差为h2。因为液面在CA及BD两部分
4、中下降及上升的极其缓慢，液体内摩檫损耗极小，故可近似作为理想液体，且流速近似为零。设毛细管内液体的流速为v，由伯努利方程可推得?r4?gHV?t8?L由于实际情况下不易测量，本实验采用比较测量法，即使用同一支毛细管黏度计，测两种不同液体流过毛细管的时间。测量时取相同的体积密度分别为?1和?2的两种液体，分别测出两种液体的液面从C降到A所需的时间t1和t2，由于r、V、L都是定值，因此可得下式?VV?1?2t1?1和t2?2中的两式相比可得?2?1?2t2?1t1式中?1和?2分别为两种不同液体的黏度，若已知?1、?1和?2，只要测出t1和t2就可求出第二种液体的黏度。这种方法就叫做比较测量法。
5、三、实验装置及过程实验装置1.落球法：落球法黏度测量仪1套；千分尺、游标卡尺各1把，电子秒表1只，玻璃皿1个；1m钢尺，盛有蓖麻油的量筒1个。2.毛细管法：奥氏黏度计；分析纯无水乙醇、蒸馏水；密度计、温度计、秒表；烧杯、移液管、洗耳球；实验过程落球法：调节玻璃圆筒铅直。调整标志线位置，用钢尺测量并记录位置，此实验中选了三条。投下第1颗小钢珠前记录室温，测完最后1颗小钢珠的下落时间后再记录油温，两者求平均；分别测量5颗小钢珠的直径和匀速运动部分的下落时间。毛细管法：用移液管将的蒸馏水注入黏度计右管中，然后将蒸馏水吸至左管且使液面高于C刻痕以上。记下液面自C降到A所用时间t1，并重复五次取t1的平
6、均值；将水倒出并用酒精洗涤黏度计，用移液管将的酒精注入黏度计右管中，重复上述步骤，测出酒精液面自C降到A所用的时间t2，重复测5次；实验过程中要观察温度的变化和记录温度T。用密度计测量水的密度，并分别从附表中查得酒精的密度和水的黏度。四、实验结果及分析落球法：千分尺零点：-，游标卡尺零点，T1=，A点高度，B点高度，C点高度1.预实验表1：小球直径时经过ABC三点的时刻由第一组和第三组数据可以看出，第三组是调整后的，时间比第一组小，符合推理。选择小球大小：由实验原理中的公式，得到匀速运动时的速度v的(?)gV2(?)gr21表达式为v?，则v?r2，即t?2。由第二第三组可?r6?r9?以看出
7、，直径越大下落越快，实验观察符合推理。则为了减小时间的相对误差，一方面将l取值大些，取为。另一方面，选择使t长一些，即v小一些，那么就要选相对小的球。于是在接下来均选择直径在到的小球进行试验。333?=*10kg/m?=/cm2.T2=，g?m/s2，油柱高度H=表4：各小球直径及在BC段运动时间记录表(?)?103?(?10?3)2?把数据代入公式(3)，则?=18?(1?1)(1?)=?s不确定度的计算：u(?)?103kg/m3,u(g)?/s2,u(?)?103kg/m3uA(d)?10?3mm，uB2(d)?mm?6?u(d)?10m，u(t)?4u(l)?10m，其中分度1mm，取
8、12因为D，H对不确定度影响极小，所以计算时忽略掉：u2(?)u2(d)u2(g)u2(l)u2(t)u(?)?42?2?2?2?10?4，u(?)?s2(?)dglt22于是?u(?)?(?)Pa?s误差分析：实验中放小球要先浸入油中再释放以保证初速度为零，若释放时与油面有距离，可能引起湍流。秒表使用由于人的反应时间差异，可能引入很大误差。其他因素已在不确定度计算中得以体现。毛细管法：室温初温，液体体积，水的密度/cm3，室温末温，酒精温度，水温度表6：毛细管法测量液体黏度时间记录表数据处理：H2O?20?(21?20)?10Pa?s液体黏度的测量?引言黏滞性，亦称“内摩擦”，是指液体、气体
9、和等离子体内部阻碍其相对流动的一种特性。黏度反映了流体黏滞性的大小。单位为帕*秒。液体的黏度在医学、生产、生活实践中都有非常重要的意义。本实验通过毛细管法和落球法测黏度的实验方法和相关的数据处理，让学生了解黏度的物理含义，能熟练使用几种常用的长度测量工具，以及学会当测量条件不是理想条件时如何通过修正使测量结果更接近于真实结果的技巧。?实验原理1黏度的定义在流动流体中平行于流动方向将流体分成流速不同的各层，则在任何相邻两层的接触面上就有与面平行而与相对流动方向相反的阻力或曳力存在。这种阻力或曳力称为“黏滞力”或“内摩擦力”。实验表明，对于某些流体，相邻流层单位接触面上的黏滞力与速度梯度成正比，即
10、=dv/dx比例系数称为“动力黏度”，简称“黏度”，或称“黏滞系数”、“内摩擦系数”。这一关系称为“牛顿黏滞定律”。流体的黏度随温度而变，当温度升高时，液体的黏度减小，而气体的则增加。2落球法金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力；小球的重力(m为小球质量)、液体作用小球的浮力(V是小球体积，是液体密度)和粘滞阻力F(其方向与小球运动方向相反)。如果液体无限深广，在小球下落速度较小情况下，有F?6?(转载于:写论文网:粘度的测定实验报告)?rv(2)上式称为斯托克斯公式，其中r是小球的半径；称为液体的粘度，其单位是Pa?s。小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力也不大；但随着下落速
11、度的增大，阻力也随之增大。最后，三个力达到平衡，即mg?gV?6?vr于是，小球作匀速直线运动，由上式可得：?(m?V?)g6?vrltd2令小球的直径为d，并用m?(?)gdt18l2?6d?，v?3，r?代入上式得：?(3)其中为小球材料的密度，为小球匀速下落的距离，t为小球下落距离所用的时间。实验时，待测液体必须盛于圆筒中，故不能满足无限深广的条件，实验证明，若小球沿筒的中心轴线下降，式(2)须作如下改动方能符合实际情况：?(?)gdt18l2?(1?1(4)dH)dD)(1?其中D为圆筒内径,H为液柱高度。3泊肃叶定律实际液体在水平细圆管中流动时，因黏性而呈分层流动状态，各流层均为同轴
12、圆管。若细圆管半径为r，长度为L，细管两端的压强差为?P，液体黏度为?，则细圆管的流量Q?r?P8?L4上式即泊肃叶定律。4毛细管法测液体黏度原理本实验采用的方法是，通过测量一定体积的液体流过毛细管的时间来计算?。即Q?Vt?r?P8?L4式中V即为t时间内流过毛细管的液体体积。当毛细管沿竖直位置放置时，应考虑液体本身的重力作用。因此，式可表示为：V?r(?P?gL)8?L4?t本实验所用的毛细管黏度计如图1所示，它是一个U型玻璃管，A与B之间为一毛细管，左边上部的管泡两端各有一刻痕C和A，右边为一粗玻璃管且也有一管泡。实验时将一定量的液体注入右管，用吸球将液体吸至左管。保持黏度计竖直，然后让
13、液体经毛细管流回右管。设左管液面在C处时，右管中液面在D处，两液面高度差为H，CA间高度差为h1，BD间高度差为h2。因为液面在CA及BD两部分中下降及上升的极其缓慢，液体内摩檫损耗极小，故可近似作为理想液体，且流速近似为零。设毛细管内液体的流速为v，由伯努利方程可知流管中各处的压强、流速与位置之间的关系为：12?v?gh?P?常量2对于图1中所示的C处和A处，若取hA?0，则有?gh1?12?vc?P0?212?v?PA2其中C处流速vc?0，P0为大气压强，PA为A处压强。所以有PA?P0?gh1?12?v2122?v同理，对B处与D处应用伯努利方程可得B处压强PB?P0?gh2?v为毛细管内的流体流速。由此，毛细管两端压强差为：?P?PA?PB?g(h1?h2)?g(H?L)将式代入式得：V?r?gH8?L4?t在实际测量时，毛细管半径r、毛细管长度L和A、C二刻线所划定的体积V都很难准确地测出，液面高度差H又随液体流动时间而改变，并非固定值，因此，直接使用式计算黏度?相当困难。下面介绍比较测量法，即使用同一支毛细管黏度计，测两种不同液体流过毛细管的时间。测量时，如果对密度分别为?1和?2的两种液体取相同的体积，则在测量开始和测量结束时的液面高度差H也是相同的，分别测出两种液体的液面从C降到A所需的时间t1和t2，由于r
