落球法测量液体的黏滞系数实验报告
一、实验题目
落球法测量液体的黏滞系数
二、实验目的
学会使用PID温控试验仪
掌握用落球法测量液体的黏滞系数的基本原理
掌握实验的操作步骤及实验数据
的处理
三、实验器材
变温黏度测量仪、,ZKY-PID温控实验仪、秒表、螺旋测微器,
钢球若干
…… …… 余下全文
落球法测量液体的黏滞系数实验报告
一、实验题目
落球法测量液体的黏滞系数
二、实验目的
学会使用PID温控试验仪
掌握用落球法测量液体的黏滞系数的基本原理
掌握实验的操作步骤及实验数据
的处理
三、实验器材
变温黏度测量仪、,ZKY-PID温控实验仪、秒表、螺旋测微器,
钢球若干
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一、 名称:落球法测量液体的黏滞系数
二、 目的:
1.观察小球在液体中的下落过程,了解液体的内摩擦现象。
2.掌握用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法。
3.掌握秒表、密度计等基本测量仪器的使用方法。
三、 器材:变温黏度测量仪,温控实验仪,秒表,螺旋测微器,钢球若干。
四、 原理:
质量为m的金属小球在黏滞液体中下落时,它会受到三个力,分别是小球的重力G,小球受到的液体浮力F和黏滞阻力?。如果液体的黏滞性较大,小球的质量均匀、体积较小、表面光滑,小球在液体中下落时不产生漩涡,而起下落速度较小,则小球所受到的黏滞阻力为
? (1)
式(1)称为斯托克斯公式,其中是液体的黏度,是小球的直径,是小球在流体中运动时相对于流体的速度。
当小球开始下落时,速度较小,所受到的黏滞阻力也较小,这时小球的重力大于浮力和黏滞阻力之和,小球做加速运动;随着小球速度的增加,小球所受到的黏滞阻力也随着增加,当小球的速度达到一定的数值(称收尾速度)时,三个力达到平衡,小球所受合力为零,小球开始匀速下落,此时
? (2)
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【实验目的】
1.加深对泊肃叶公式的理解;
2.掌握用间接比较法测定液体粘滞系数的初步技能。
【实验仪器】
1.奥氏粘度计 2.铁架及试管夹 3. 秒表 4.温度计
5.量筒 6.小烧杯1个 7.洗耳球
【实验材料】
蒸馏水50ml 酒精25ml
【实验原理】
由泊肃叶公式可知,当液体在一段水平圆形管道中作稳定流动时,秒内流出圆管的液体体积为
(1)
式中为管道的的截面半径,为管道的长度,为流动液体的粘滞系数,为管道两端液体的压强差。如果先测出、、、各量,则可求得液体的粘滞系数
(2)
为了避免测量量过多而产生的误差,奥斯瓦尔德设计出一种粘度计(见图1),采用比较法进行测量。取一种已知粘滞系数的液体和一种待测粘滞系数的液体,设它们的粘滞系数分别为和,令同体积的两种液体在同样条件下,由于重力的作用通过奥氏粘度计的毛细管DB,分别测出他们所需的时间和,两种液体的密度分别为、。则
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【实验目的】
1. 加深对泊肃叶公式的理解;
2. 掌握用间接比较法测定液体粘滞系数的初步技能。
【实验仪器】
1.奥氏粘度计(加接橡皮管 ) 2.铁架及万向夹 3. 秒表 4.温度计
5.量筒 6.不同容量大小烧杯5个 7.医用橡皮吸球
【实验材料】
蒸馏水50ml 酒精25ml
【实验原理】
实际液体是有粘滞性的。液体流动时,在本身的各个部分之间可以出现内摩擦力。对于运动规律比较简单的流体——牛顿流体来说,内摩擦力F是与两层流体的接触面积S有关,与接触处的流体速度梯度dv/dx 有关的,具体表达式为:
即牛顿的片流关系式。我们将比例系数η用其它物理量表示出来,得到如下公式:
由此式可以看出:η代表在单位面积、单位速度梯度下的内摩擦力。假如两种液体,它们的速度梯度及两流层接触面积相同,而摩擦力不同,则可以说它们是有不同的粘性;反过来;不同流体,它们的粘性不同,它们的比例系数η也就不同,因而称描述粘性大小比例的比例常数η为流体的粘滞系数。
测量粘滞系数的方法有很多种,本实验采用的是“间接比较法”。
由理论课的知识中,我们知道,在细管内作片流的稳定流动粘性流体,它的体积流量Q(即单位时间内流过管子一个截面的流体体积)遵从泊肃叶公式:
其中R为细管子的半径;l为管长;ΔP为管两端的压强差;η为流体的粘滞系数。
在流速接近稳定的条件下,若流过细管的流体体积为V,经过的时间为t,则Q = V/ t,代入公式(3)中,可得到η的表达式:
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液体的基本特性:易流动性、不易压缩、均匀等向的连续介质。其主要物理特征是惯性.重力特性.均质液体的质量与密度.粘滞性.压缩性.表面张力特性.和汽化压强。其中粘滞性是很重要的一个物理概念[1]。
在工业生产和科学研究中,测定液体的粘滞系数是一项很有用的工作.如,水力、热力工程中涉及水、石油等各种流体在管道中长距离输送时的能量损耗;在机械工业中,各种润滑油的选择;在航空、航天、造船工业中研究运动物体在流体中受力的情况等等,都必须考虑流体的粘滞性.由于粘滞系数与物质的分子结构有关,化学上可以用它来测定高分子物质的分子量;医学上可以用它来分析、研究血液的粘滞性,得出有价值的诊断材料.因此,精确测定液体的粘滞系数是很有意义的.
液体的粘滞性的测量是非常重要的。本论文主要是通过实验的方法来探究液体粘液系数的测量方法,这里主要介绍了落球法和毛细管法两种测量方法,并进行相关比较。从实验教学而言, 选择那一种实验方法能既有利于学生实验能力的培养, 又有利于生产实践的结合,这是实验教学的重要课程。
在流动的液体中,各流体层的流速不同,则在相互接触的两个流体层之间的接触面上,形成一对阻碍两流体层相对运动的等值而反向的摩擦力,流速较慢的流体层给相邻流速较快的流体层一个使之减速的力,而该力的反作用力又给流速较慢的流体层一个使之加速的离,这一对摩擦力称内摩擦力或粘滞阻力,流体的这种性质称为粘滞性[2]。
运动液体中的摩擦力是液体分子间的动量交换和内聚力作用的结果。 粘滞系数除了因材料而异之外还比较敏感的依赖温度,液体的粘滞系数随着温度升高而减少,这是因为液体分子间的内聚力随温度升高而减小,而动量交换对液体的粘性作用不大。
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液体粘滞系数的测定(多管落球法)
创新实验报告
学院:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
专业:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 小组成员:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
一.实验名称
液体粘滞系数测定(多管落球法)创新实验
二.实验目的:
液体的粘滞力是交通、运载工具外形设计必须考虑的因素之一,粘滞系数的测定具有实际的应用价值,而实验教材中的实验方案存在较大的实验误差,我们选择进行液体粘滞系数测定(多管落球法)的创新实验,通过这次创新实验我们能够对本实验有进一步的认识与了解。
三.实验教材中的实验方案产生较大误差的步骤:
(一)实验中我们用肉眼去判断小球匀速下落的位置,观察小钢球通过刻度线AB,容易产生较大的误差。
(二)人对于事物的反应有偏差。在小钢球通过刻度线AB,人用手按动电子秒表的过程中,人的手接收到大脑发出的信号并且做出按动反应会有一段时间差,再加上肉眼观测的误差,这就导致我们所测定的小球下落时间存在较大的实验误差。
(三)实验中用镊子夹住小球,可能由于手的轻微抖动使得小球不能够准确从液体中心下落,这也容易产生误差。
四.实验改进方向:
用光敏电阻、发光源组成的简易光电门和计时器测定小球下落的时间,从而提高实验的精确度,减小误差。
四.用于减小误差的创新实验方案:
(一)创新实验仪器
在原实验仪器(液体粘滞系数仪、钢卷尺、镊子、钢球、温度计、比重计)的基础上,我们的创新实验增加了光敏电阻、发光源、计时器以及千分尺。
(二)创新实验改进原理
光敏电阻、发光源组成的简易光电门测小钢球下落时间的原理:在液体粘滞系数仪的AB处各安装一个光敏电阻与发光源,组成一个简易的光电门,并且使之与计时器相连接,当小钢球通过A线的一瞬间,发光源的光线无法投射到光敏电阻上面,计时器开始计时,当小钢球通过B线再次阻挡发光源的光线时计时器停止计时,此时读取计时器示数。
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液体粘滞系数的测量与研究
一实验目的
1.了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理,掌握其适用条件。
2.学习用落球法测定液体的粘滞系数。
3.熟练运用基本仪器测量时间、长度和温度。
4.掌握用外推法处理实验数据。
二实验仪器
液体粘滞系数仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢板尺、钢球、磁铁、秒表、温度计。
三实验原理
当物体球在液体中运动时,物体将会受到液体施加的与其运动方向相反的摩擦阻力的作用,这种阻力称为粘滞阻力,简称粘滞力。粘滞阻力并不是物体与液体间的摩擦力,而是由附着在物体表面并随物体一起运动的液体层与附近液层间的摩擦而产生的。粘滞力的大小与液体的性质、物体的形状和运动速度等因素有关。
根据斯托克斯定律,光滑的小球在无限广延的液体中运动时,当液体的粘滞性较大,小球的半径很小,且在运动中不产生旋涡,那么小球所受到的粘滞阻力f为
(1)
式中d是小球的直径,v是小球的速度,为液体粘滞系数。就是液体粘滞性的度量,与温度有密切的关系,对液体来说,随温度的升高而减少(见附表)。
本实验应用落球法来测量液体的粘滞系数。小球在液体中做自由下落时,受到三个力的作用,三个力都在竖直方向,它们是重力、浮力、粘滞阻力f。开始下落时小球运动的速度较小,相应的阻力也小,重力大于粘滞阻力和浮力,所以小球作加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐增加,加速度也越来越小,当小球所受合外力为零时,趋于匀速运动,此时的速度称为收尾速度,记为v0 。经计算可得液体的粘滞系数为
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专业 学号 姓名
六 思考题
1.分析造成误差的主要原因是什么?实验应该如何改进?
2.在温度不同的二种蓖麻油中,同一小球下降的最终速度是否不同?为什么?
答:不同。
小球下降的最终速度为v?(m??V)g,由于温度不同时,蓖麻油的粘滞系数?不同,6??r
因此小球下降的最终速度也就不同。
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