《FD-VM-C变温粘滞说明书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FD-VM-C变温粘滞说明书.doc（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、仪器使用指导 TEACHERS GUIDEBOOKFD-VM-C变温粘滞系数测试实验仪中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.FD-VM-C型 变温粘滞系数测试实验仪一、概述 液体粘滞系数又称液体粘度，是液体的重要性质之一，在工程、生产技术及医学方面有着重要的应用。采用落球法测量液体不同温度下的粘滞系数，物理现象明显，概念清晰，实验操作和训练内容较多，非常适合大学一、二年级实验教学；但以往许多仪器只能测量室温下的液体粘滞系数，却不能改变液体温度研究其粘滞系数随温度的变化关系
2、。而且以前由于受手工按秒表、视差等因素影响，测量下落速度准确度不高。现本公司研制的FD-VM-C型变温粘滞系数测试实验仪具有以下优点：1、本仪器配有加热升温系统，可用于研究液体粘滞系数随温度的变化关系，扩大了知识面，丰富了实验内容。2、用激光光电传感器结合单片机计时，克服人工秒表计时的视差和反应误差，测量小球下落速度的准确度高，引导学生掌握一种新型计时、测速、计数的方法，体现了实验教学的现代化。3. 本仪器使用了新型激光发射、接收器，并在调节激光光束方面做了改进，避免了以往仪器“调节难”的问题，使实验易于操作。4、设计底盘水平和立杆垂直调节装置及横梁中心小球下落引导管，保证小球从待测液体量筒中
3、心下落。本仪器可用于高等院校、中专的基础物理实验和设计研究性实验、演示实验。二、技术指标1.激光立柱标尺长度： 58cm 刻度1mm2.激光光电计时器量程： 99.999s 分辨率0.001s3.盛待测液体容器规格： 直径60mm 刻线高度43cm4.控温范围： 室温至60.0 精度0.15.直径2mm小钢珠在液体中下落测量速度的误差： 小于1%6.液体粘滞系数测量误差： 小于5%三、仪器功能1. 测量某一温度下液体的粘滞系数。2. 用循环热水加热液体达到预期的温度。3. 激光光电传感器结合单片机计时。 四、使用注意事项1. 主机接通电源后不要打开水箱盖（被封闭的加热器内通有220伏电压）！实
4、验室插座接地端应确保接地，以保证与之相连的加热器外壳和水箱中的水不带电！2、激光束不能直射人的眼睛，以免损伤眼睛。3、实验时应避免水泵空转，以延长水泵使用寿命。4、实验加倒水时应尽量避免水的逸出，特别注意不要将水洒到主机，插座上以免短路、漏电。5、水箱中水位不能过低，整个实验过程都应确保水能浸没加热器发热部分（底部大圈）和水泵转叶。6、温度传感器和出水管不要碰到加热器，以免烫坏变形。7、引导管的内壁和投放小球应保持清洁，以保证小球顺利滑出引导管8、应保证实验用水的清洁，仪器用过一段时间后要清洗，以确保计时的顺利进行和水泵的正常工作。变温液体粘滞系数的测定实验讲义一. 实验目的 1. 用斯托克斯
5、公式采用落球法测量油的粘滞系数。 2. 研究不同温度下液体粘滞系数的变化关系。3. 学习激光光电传感器测量时间和物体运动速度的实验方法。4. 观测落球法测量液体粘滞系数的实验条件是否满足，必要时进行修正。二、 实验原理1、当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mg（m为小球质量）、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，在小球下落速度较小情况下，有 （1）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。小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力也不大；但随着下落速度的增大，阻力也随之增大。最
6、后，三个力达到平衡，即于是，小球作匀速直线运动，由上式可得：令小球的直径为，并用，代入上式得 （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的时间。 2实验时，待测液体必须盛于容器中（如图1所示），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）须做如下改动方能符合实际情况： (3) 其中为容器内径，为液柱高度。实验时小球下落速度若较大，例如气温及油温较高，钢珠从油中下落时，可能出现湍流情况,使公式（1）不再成立, 此时要作另一个修正(详见附录)。3. 粘滞系数由液体的性质和温度决定。随着液体温度的升高，其粘滞系数会迅速减小（本实验温度和粘滞系数的关
7、系非常密切，温度的测量应准确可靠）。蓖麻油的粘滞系数随温度的变化近似满足指数衰减关系，即： 其中系数A、B均为正数。三、实验内容1调整粘滞系数测定仪及实验准备一）仪器按结构图组装完成后，往玻璃容器内筒中加入适量的待测液体（高度比出水口低12cm为宜），往水箱中加入适量的水。连接好主机和水泵的电源线、计时数据传输线、温度数据传输线（把温度传感器放入水中）、进水管和出水管。开启水泵电源为玻璃容器灌水。此时最好将出水管拔出水面，尽量避免水箱中水泡的产生，以便水泵的正常工作和观测计时的正常进行。当水灌满后，把出水管浸没水中并调整好温度传感器的位置，让它们不要碰到加热器。二）打开主机电源，可看见实验架上
8、的上、下两个激光发射器发出红光。在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节上、下两个发射器，使其红色激光束对准锤线（也是小球下落路径）。两发射器摆放位置稍微靠下，以保证计时阶段小球已是匀速下落；两光束间距尽量大些，以减小计时和下落距离测量的相对误差。三）收回重锤部件，调节上、下两个接收器，使红色激光束对准接收孔。当主机面板上触发指示灯亮时，就表示两接受器同时接收到了光束。尽量使光束从接收孔中心垂直射入，以便减少气泡对计时的干扰。（若有气泡经过激光束时，会附加些折射，这就可能导致非目的性计时）2. 用温度计测量室温下待测液的温度，然后在仪器横梁中间部位放入铜质球导管，让小球从铜质球导管中下落，记录每次小
9、球下落L距离的时间，取各次计时的平均值做为下落时间。3. 在主机上设置好要达到的温度值，按确定按纽后仪器开始给循环水加热。每隔三分钟用搅拌棒伸入待测液中搅拌半分钟（先把铜质球导管和横梁小心取下），加快待测液的升温速率、缩短热量扩散达到均匀的时间。等主机温度表稳定显示预期温度以及待测液温度稳定不变时，记下此时待测液的温度（待测液温度一般小于设定的水温值）。然后把横梁小心装上，放入重锤检查激光是否打在锤线上，若拆装横梁后不能正常计时，可重复（1）中若干步骤调好激光器位置。最后重复（2）中步骤得到不同温度时小球的下落时间。4记录实验时待测液的深度H。用电子分析天平测量1020颗小钢球的质量，用比重瓶
10、法测其体积，计算小钢球的密度。用液体密度计测量待测液的密度。用游标卡尺测量筒的内径。5. 验证小球在计时阶段已是匀速下落（选做） 当待测液稳定在某温度下时，先按上面步骤测得小球下落L距离所用的时间T1，然后把上面一组激光发射、接收器下移，使得两激光束之间的距离变为L/2, 继续重复上面步骤测得小球下落的半程时间T2。比较T1/2和T2，若两者近似相等，则说明小球在计时阶段已是匀速下落。四、实验数据例待测液体是蓖麻油。计时距离L=（发射器间距+接收器间距）/2=91.0 mm小球直径d=1.990 mm、小球密度=7.8610 Kg/m油的密度=0.96010 Kg/m、油高H=410 mm、量
11、筒内径D=60 mm表1 不同温度下蓖麻油粘度测量数据温度/计时距离/mm第一次计时/s第二次计时/s第三次计时/s第四次计时/s第五次计时/s平均时间/s粘滞系数/P28.0091.03.5733.6223.6403.6173.6133.6135.4332.0591.02.5992.6262.5952.5922.6322.6093.9235.7091.02.0462.0602.0522.0492.0462.0513.0840.3091.01.5561.5431.5451.5531.5461.5492.3344.2091.01.2511.2501.2501.2551.2451.2501.88根
12、据蓖麻油粘度公认值表（见附录二）和以上测量数据作图后得到下图。比较两曲线可知：实验测得数据和经验值很接近，误差较小。 五、观察与思考1、 实验中哪些量的测量对总误差影响较大？如何减小误差?2、引导管出口与待测液液面之间的距离如何选择最好？3、如何判断小球在作匀速运动？六、参考文献1、沈元华、陆申龙，基础物理实验. 北京：高等教育出版社，2003，122、贾玉润等, 大学物理实验. 上海：复旦大学出版社，1988，1：1421463、贾起民、郑永令、方小敏， 力学.第二版. 北京：高等教育出版社，2002附录一为了判断是否出现湍流，可利用流体力学中一个重要参数雷诺数来判断。当不很小时，式（1）应
13、予修正，但在实际应用落球法时，小球的运动不会处于高雷诺数状态，一般值小于10，故粘滞阻力F可近似用下式表示： （4）式中表示考虑到此种修正后的粘度。因此，在各力平衡时，并顾及液体边界影响，可得 =式中即为式（3）求得的值，上式又可写为 （5）式中。式（5）的实际算法如下：先将式（3）算出的值作为方括弧中第二、三项的代入，于是求出答案为；再将代入上述第二、三项中，求得；，因为此两项为修正项，所以用这种方法逐步逼近可得到最后结果（如果使用具有贮存代数公式功能的计算器，很快可得到答案）。一般在测得数据后，可先算出A和，然后根据的大小来分析。如在0.5%以下（即Re很小），就不再求；如在0.5%-10%,可以只作一级修正，即不考虑项；而在10%以上，则应完整地计算式（5）。附录二表2 蓖麻油的动力粘度温度/010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00粘度53.0024.1815.149.506.214.513.122.31注：1、1P(Poise)=1()/cm2=0.1 2、实际使用上表时，请各实验中心将上表数据作图，画出光滑曲线-图，以备学生实验时查阅。蓖麻油粘度与温度关系如图3所示。图3 - 关系示意图
