粘滞系数测定.ppt

实验13 液体粘滞系数的测定［实验目的］1．观察内摩擦现象；根据斯托克斯定律用落球法测定液体的粘滞系数2．熟悉基本测量仪器（如游标卡尺、螺旋测微计、秒表、物理天平等）的使用•一切实际流体，当其相邻两流层各以不同的定向速度运动时,由于流体分子之间的相互作用，就会产生平行于接触面的切向力运动快的流层给运动慢的流层以加速力f，运动慢的流层则对运动快的流层施以阻滞力f，这一对力称为内摩擦力（或粘滞力）实验证明，对给定的流体粘滞力f与两层间的接触面积Ｓ及该处垂直于Ｓ方向上的速度梯度dv/dy成正比，且运动方向相反，即有关系式• • （1）•式中称为粘滞系数（单位名称为帕秒，符号Pa·s)•不同流体具有不同的粘滞系数，同一种流体在不同温度下其值变化也很大例如蓖麻油当温度从18Ｃ上升到40Ｃ时粘度几乎降到原来的1/4•液体的粘滞系数是粘滞流体的主要动力学参数，也是液态物质的重要物理、化学指标之一精确测定粘滞系数不仅具有实用意义，而且可以对许多学科的理论研究提供重要的依据。

液体粘滞系数测定的方法有多种，常用的有毛细管法、落球法和园筒旋转法等通过本实验还可以对实验技能得到多方面的训练［实验原理］• 一个小球在液体中运动时，将受到与运动方向相反的摩擦阻力的作用，这种阻力即为粘滞力，是由于粘附在小球表面的液层与邻近液层的摩擦而产生的在均匀的无限广延的液体中，若液体的粘滞性较大，小球的半径很小，而且在运动过程中不产生涡流的情况下，则根据斯托克斯定律小球受到的粘滞力为：• f=6rv （2）•式中为粘滞系数，它不仅与液体本身的性质有关，并且与温度有关；r是小球半径，v是小球的运动速度从上式可知，阻力f的大小和物体运动的速度成正比• 图（13—1） •如图13－1所示，若让小球自由下落，落入液体后，小球受到三个力的作用，即浮力 ，重力mg,粘滞力f。

其中V为小球体积，0为液体密度，m为小球质量，开始时小球下落速度较小，因而粘滞力f也较小，小球作加速运动随着小球运动速度v的增加，粘滞力f也增加，当速度达到一定大小时，作用在小球上各力达到平衡，在平衡时有：• （3）•此后小球将作匀速运动，由上式可得：• （4）•若将代入式（4），整理得• （5）•实验中，小球是在内半径为Ｒ的量筒内下落，因而要考虑容器内壁对结果的影响所以（5）式应加上一个修正值，经过修正后，• （6）［实验仪器］• 实验装置主要是一个盛有待测油的玻璃量筒，在量筒的上、下部各有一环线标志Ｎ1和Ｎ2，它们之间的距离为ｌ（Ｎ1距液面、Ｎ2距筒底的距离均应不小于7～8cm），如图13－1所示。

• • 图（13-2） • 比重计是生产中广泛用来测量液体密度的仪器它是根据阿基米德原理来测量液体密度的，其外形及构造如图13－2所示一中空的封闭玻璃园柱体，其底部园球内放有铅丸，上部细管标有刻度线测量时把它放入待测液体，待测液体的密度由与液面接触的那条刻度线读出使用时应注意：根据测量要求的精度及测量范围，选用适当的比重计；要仔细清洗干净；用两指拿住比重计的管上端，把它慢慢地放到液体中，待液面浸没至管与液体密度相应的那条分度线时（最好约高3～5ｍｍ），再松开手，使它在自身重量的作用下自由漂浮，以免松手时比重计沉底被打破，也避免管上被液体浸湿而增加比重计的质量，造成测量上不必要的误差［实验内容］•1．选择10个以上表面光滑及直径相同的小球，用螺旋测微计分别测出直径ｄ，每粒小球测一次，求其平均值ｄ，注意个别小球直径差异过大，应剔除不用。

•2．将已测过直径的10粒以上的小球，用物理天平称衡其总质量，即可算得每粒的质量ｍ•3．用游标卡尺测量量筒的内直径，算出半径Ｒ；用钢直尺测量量筒外壁上两条标线Ｎ1、Ｎ2之间的距离ｌ•4．用比重计测出液体的比重，并换算密度0•5．用镊子夹住小球，先将小球在油中浸一下使小球表面完全为油所浸湿；然后将小球放入量筒的中间液面处，用秒表测出小球匀速下降通过路径所需的时间t，则速度 •6．在实验前后各测一次油的温度，以平均值作为实验时的油温Ｔ•在进行正式测量前，必须先熟练掌握秒表的使用方法，并练习测量2～4粒未经测量直径的小球的下落时间，在已能熟练操作后，再进行正式测量•7．将有关数据代入公式（6）计算粘滞系数值，并求其不确定度［数据处理与分析］•如忽略（5－7）式分母中修正项的误差，有•其中：［注意事项］•1．为保证小球洁净，测过质量和直径的小球，须用有机溶剂（乙醚和酒精的混合液）清洗，再用滤纸吸干残液待用，不可再用手触摸•2．液体的粘滞系数随温度变化显著，测量小球下落时间的实验过程应尽可能短在实验中不要用手触摸量筒•3．实验过程中油应保持静止，注意油中应无气泡存在，否则小球下落必受影响。

•4．量筒应铅直放置，使小球沿筒的中心线下降预习思考题•1．量筒外标线Ｎ1是否可在液面位置？为什么？•2．液体的粘滞系数和哪些因素有关？如果在实验时室温有变化对小球的下落速度有何影响？•3．试由式（6）分别导出粘滞系数在厘米.克.秒单位制和国际单位制中的单位• 讨论题讨论题•1．若小球在下落过程中，球表面附有小气泡，则将使测出的值偏大还是偏小？•2．本实验若换用较小半径或密度更大的小球，它们下落的最终速度会如何变化？•3．试分析选用不同密度和不同半径的小球作此实验时，对实验结果的影响变化如何？•4．如何判断小球已进入匀速运动状态？如何用实验方法确定？。