液体粘滞系数的测定
【实验目的】
1.学会使用Ostwald粘滞计测定液体的粘滞系数。
2.学会正确使用温度计、秒表。
【仪器与器材】
Ostwald粘滞计1支，温度计1支，秒表1块，粘滞计架1个，注射器1支（或量筒1个），橡皮球1个，橡皮管1截，蒸馏水和纯酒精各200ml。
【原理与说明】
当液体在毛细管中作稳定流动时，如果管半径为R，管长为L，管两边的压强差为
，在t秒内通过的液体的体积为V，则根据泊肃叶公式（Poiseuille's law）, 可以求出该液体的粘滞系数
为
(2-1)
在国际单位制中，的单位是
。
从式（2-1）可知，同样体积的两种不同液体在同样条件下，流过同一细管，如果第一种液体流过的时间为
，其密度为
；第二种液体流过的时间为
，其密度为
，则从式（2-1）可以得到
（2-2）
（2-3）
用式（2-3）除以式（2-2），得到
（2-4）
假定
、、、和为已知，用这种比较测量法，无需知道R、L和V值就可以方便地求出
。
本实验所采用的 Ostwald粘滞计，简称奥氏粘滞计，如图2-1所示，它是一个U型玻璃管，一边较粗，另一边较细。细的一侧上有一毛细管C，毛细管的上边有一小玻璃泡B，B的上、下有刻痕m和n。利用橡皮球使一定体积的液体表面升高到B泡上刻痕m 的上边为止。因两边液面高度不同，B泡内的液体将经毛细管C流回A管，液面由m降至n刻痕的时间t可用秒表测得。
实验时，将奥氏粘滞计放入盛水的水槽中，以保持测量时温度的恒定。温度可由插入水槽内的温度计T读出 , 粘滞计可用附在支架上的夹子K固定, 使其保持竖直。
【实验步骤】
1．用蒸馏水洗涤粘滞计，特别要把毛细管洗净，弄干；
2．将粘滞计用夹子K固定，放入盛水的水槽中并使之竖直；
3．用注射器或量筒将5ml的蒸馏水自A管注入，然后用橡皮球从B泡开口处橡皮管向上吸管中的液体，直至液面超过刻痕m，注意不可使液体吸入橡皮球内（为什么？）；
4．松开橡皮球，使液面下降，当液面经过m时开动秒表，液面继续下降，当它通过n时将秒表停住；
5．重复上述步骤3、4，共做3-5次。将时间记录在表2-1中，并求出的平均值；
6．将水倒出，用酒精洗净粘滞计（为什么？），弄干。并将用过的废酒精倒入另一个瓶子里以回收；
7．将5ml 纯酒精注入粘滞计，重复上述步骤3、4，共做3-5次。
将时间记录在表2-1中，并求出的平均值；
8．将酒精倒出回收，用蒸馏水洗净粘滞计并放好；
9．利用式（2-4）计算；
10．要求相对误差N < 5%，否则重做。
【数据记录与处理】
温度T
；水的密度
；酒精的密度
；
水的粘滞系数 
。
表2-1
酒精粘滞系数
；
相对误差
。
为酒精的粘滞系数之标准值，从表2-2中可以查得。
注意事项：
（1） 粘滞计要清洁，粘滞计内的液体中不能有气泡，粘滞计要保持竖直。
（2） 避免在整个实验过程中粘滞计的温度发生变化，若温度变化
时应重做实验。操作时
不要用手长时间地触摸粘滞计和水槽。
（3） 避免捏破粘滞计，粘滞计下端弯曲部分很易折断，操作时不要用双手分持两管，也不要用一只手紧捏两管，应只捏住粗管子一边即可。
表2-2
表中：为水的密度，为酒精的密度。为水的粘滞系数，为酒精的粘滞系数。
附录 血液粘度的测定
1.测定血液粘度的原理和方法
(1) 原理
血液是血细胞 (包括红细胞、白细胞、血小板)和血浆组成的一种悬浮液，其粘度很大。在正常生理条件下，人体血液的粘度约为水的2∽5倍。很多疾病都可使血液的粘度发生改变，例如当患有缺血性脑中风、心肌梗塞、冠心病、肺心病、血栓闭塞性脉管炎、肿瘤、多发性骨髓炎、原发性巨球蛋白血症等疾病时，会使全血、血浆粘度增高，当患有出血性脑中风、上消化道出血、子宫出血、出血性休克等疾病时，会使全血、血浆粘度降低。因此，在临床医学中，测定全血和血浆的比粘度，已成为血液流变学检查的一项重要指标。
相同体积的血液(或血浆、血清)，通过毛细血管所需的时间(秒数)与相同体积的生理盐水通过同一毛细管所需时间 (秒数)的比值，称为该血液 (或血浆、血清)的比粘度。
全血的比粘度 (附2-1)
血浆的比粘度 (附2-2)
式中:tb是全血通过毛细管的时间，
tp是血浆通过毛细管的时间，
tw是同体积的生理盐水通过同一毛细管的时间。
人体血液的比粘度，除受温度的影响外，还因性别和地区的不同而有所差异。
(2) 方法
用自动电子计时粘度计在25.0oC的恒温条件下，分别测出同体积的生理盐水、兔全血、兔血浆通过毛细管所需的时间，根据式(附2-1)、(附2-2)两式分别计算出兔全血、兔血浆的比粘度。
2.标本的制作和仪器介绍
(1) 标本的制作
兔全血、兔血浆的标本必须在课前制备好，制作的万法是:取白兔一只，用肝素(1000单位/毫升)以1kg(体重):lml的比例，从兔耳静脉注人，进行全身抗凝，然后从兔颈动脉放血，每只兔可得动脉血60∽100ml，用试管分装备用，按需要量取部分血，经离心机以3000转/分的转速离心20分钟，用吸管取出血浆备用。每实验小组需全血、血浆各3∽5ml，当天做实验，当天取血。
(2) 仪器介绍
自动电子计时粘度计是通过测定一定体积的液体在一定压力和恒温条件下，流经一定长度和一定内径的玻璃毛细管所需的时间来测定液体的比粘度的一种生物物理仪器，自动计时。一次测量时间比较短，测试样品可以回收。备有专制毛细管，用垂直式毛细管可测定高切变血液比粘度，用水平式毛细管可测定低切变血液比粘度和血浆、血清比粘度。这种粘度计是临床医学中用来测定血液、血浆、血清比粘度的一种常用粘度计，也可用来测定其它液体的比粘度。
3 操作步骤
(1) 打开自动电子计时粘度计，调整控温旋钮，使水箱温度控制在25.0oC，并将测试用生理盐水、兔全血、兔血浆置于恒温水箱申。
(2) 用滴管取生理盐水，冲洗垂直式毛细管和水平式毛细管各三次后，分别测出两个电极(或两个刻痕)之间同体积的生埋盐水分别流过垂直式毛细管和水平式毛细管所需的时间各三次，并计算出其平均值tw 、tw，。
(3) 用滴管取兔全血注人垂直式毛细管，测出同体积的兔全血通过它所需的时间三次，取其平均值tb，计算出兔全血的比粘度ηb。
(4) 用滴管取兔血浆注人水平式毛细管，测出同体积的兔血浆通过水平式毛细管所需时间三次，取其平均值tp，计算出兔血浆的比粘度ηp。
(5) 当标本注人毛细管后不能自流，或同一样品的测量数值相差大于0.5秒以上，表示毛细管不清洁，需重新用生理盐水冲洗后再做。
(6) 测量完毕后,立即用生理盐水把毛细管冲洗干净。
第二篇：粘滞系数
液体粘滞系数的测定
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. 学习用半导体激光传感器测量小球在液体中下落的时间
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，η为液体粘滞系数。η就是液体粘滞性的度量，与温度有密切的关系，对液体来说，一般情况下η随温度的升高而减少。
本实验应用落球法来测量液体的粘滞系数。小球在液体中作自由下落时，受到三个力的作用，三个力都在竖直方向，它们是重力ρgV、浮力ρ0gV、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
(2)
小球的体积 
(3)
把（3）式代入（2）得
（4）
由于（2）式只适用于无限广的液体中，实验时待测液体往往放在半径为R（R>>r）的有限大小的圆柱形玻璃管中，故考虑器壁对小球运动的影响（2）式修正为
（5）
式中D为圆筒的直径，d为小球的直径。 ρ0是液体的密度，ρ是小球的密度，g是当地的重力加速度。K为修正系数，一般取2.4。v0为收尾速度。可以通过测量小球经过距离S所用的时间t得到，即
则 (5) 式可以改写为
(6)
测定(6)式中的各量,就可求出η。
实验仪器
本实验所用仪器有VM-1落球法液体粘滞系数测定仪与VM-2落球法液体粘滞系数仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢板尺、钢球、钢球导管、重锤线、温度计，水准器，比重计。
VM-1落球法液体粘滞系数仪由测试架、盛液桶、测定仪三部分组成,如图1所示
VM-2落球法液体粘滞系数仪示意图见附录1
图1 VM-1落球法液体粘滞系数仪
1．激光发射器1 2．激光发射器2 3． 激光接收器1 4．激光接收器2 5．盛液桶 6 落球导管 7测试架 8.VM-1粘滞系数测定仪
图1可看出，测试架由底座,两侧的力柱，及上部的橫梁构成。盛液桶放在底座的中间，两侧的力拄中一根装有激光发射器，与其对应的另一根则装激光接收器，一对激光发射器和激光接收器构成激光光电门，通过电缆连接到测定仪。测定仪是一种采用单片微处理器控制的智能化仪器，具有计量时间准确度高、重复性好的优点。它是通过小球下落经过激光器时，因遮挡激光束而造成激光接收器的输出产生1到0的跳变，利用这个下降边沿触发开始计时和结束计时。
测定仪面板上的“次数予置”键，用来设置小球经过光电门的个数，因为第一光电门是启动计时的，所以设置“1”时，小球将在经过第二光电门时停止计时；
“RESET”键，用来清零计时数。
实验内容（VM-1落球法液体粘滞系数仪）（VM-2落球法液体粘滞系数仪的实验方法见附录1）
①记录温度：将水银温度计放入盛液桶中，记录实验开始和结束时的温度，求出实验开始和结束时的温度平均值
②测量小钢球的直径：用螺旋测微器分别测量3种小钢球的直径d（选不同方向测量五次后取平均）。
③测量盛液桶的内径：用游标卡尺测量盛液桶的内径D。（选不同方向测量五次后取平均）。
④调节
a 调节底座水平：将水准器放在底座中间，调节底座的三个螺钉，使水准器气泡居中。
b 将盛液桶放到实验架底座中间；在实验架横梁上放下重锤到盛液桶的底部，（注意：放下重锤时速度一定要慢，否则会使液体中产生气泡）离桶底约一厘米；调节盛液桶的位置，使重锤线位于盛液桶的中心轴线。此中心轴线将是落球的理想路径。
c 连接：由图1所示，实验架上激光发射器1的位置应距液面≥2CM，二个激光发射器分别连接到测定仪面板左侧的电源端，打开电源，可见其发红光，调节激光发射器，使红色激光对准重锤线。二个激光接收器连接到测定仪面板右面侧，先接+5V和GND（红线、黑线），暂不连接信号线（黄线）到INPUT，收回重锤线（注意：收回重锤时速度一定要慢，否则会使液体中产生气泡），调节上下激光接收器，使与相应的发射器等高，方法是使激光接收器上的小孔对准红色激光，此时接收器上的发光管不亮。再将二个接收器的信号线（黄线）连接到面板的INPUT。此时面板上的低电平指示灯应不亮。
d 撤去横梁上的重锤部件。放上与小球相应的钢球导管，钢球导管插入液体1-2mm为佳。
⑤粘滞系数测定：测定仪清零（按RESET键），计时次数设置为“1”，测好直径的小钢球先在油中浸润，将浸润后的小钢球依次从与小球相应的钢球导管放入盛液桶，测量t，S；（每种小球测5次，计算t的平均值）； 用比重计测出液体的密度ρ0, 用（6）式计算粘滞系数η。（小球是匀速运动吗？数据测量合理吗？）
实验数据表格
实验前温度T = 0C 实验后温度T = 0C
1.小钢球直径 d 螺旋测微器初始读数= mm
2.盛液桶内径D
3. 粘滞系数测定 1号球
2号球
3号球
附录1
1．测试架 2．激光发射器1 3激光发射器2 4．激光接收器1 5．激光接收器2 6.调平螺钉（三个） 7．盛液桶8. 落球导管 9.VM-2落球法液体粘滞系数测定仪主机 10.计时器
①记录温度：将水银温度计放入盛液桶中，记录实验开始和结束时的温度，求出实验开始和结束时的温度平均值
②测量小钢球的直径：用螺旋测微器分别测量3种小钢球的直径d（选不同方向测量五次后取平均）。
③测量盛液桶的内径：用游标卡尺测量盛液桶的内径D。（选不同方向测量五次后取平均）。
④调节
a 调节底座水平：将水准器放在底座中间，调节底座的三个螺钉，使水准器气泡居中。
b 将盛液桶放到实验架底座中间；在实验架横梁上放下重锤到盛液桶的底部（注意：放下重锤时速度一定要慢，否则会使液体中产生气泡），离桶底约一厘米；调节盛液桶的位置，使重锤线位于盛液桶的中心轴线。此中心轴线将是落球的理想路径。
c 调节激光发射器与激光接收器：调节上激光发射器的位置应距液面≥2CM，下激光发射器在盛液桶中部，打开电源，可见上下两激光发射器发出红光，调节激光发射器位置，使红色激光对准重锤线。收回重锤线（注意：收回重锤时速度一定要慢，否则会使液体中产生气泡），调节上下激光接收器，使与相应的发射器等高，使其对准激光发射器；若调好，激光接收器上指示灯则不亮。
d撤去横梁上的重锤部件，放上与小球相应的钢球导管，钢球导管插入液体1-2mm为佳。
⑤粘滞系数测定：测量t，S（每种小球测5次，计算t的平均值）； 用比重计测出液体的密度ρ0用公式（6）计算粘滞系数η（小球是匀速运动吗？数据测量合理吗？）
附录2
一、钢的密度ρ≈7900kg/m3
注意事项
① 调节激光光电部件前，尽可能调整盛液桶在底盘中央，然后实验中其位置不得改变。
② 激光发射器和接收器前部有一小孔，务请不要堵塞。
③ 管子内的液体应无气泡，小球表面应光滑无油污
④ 为使测量过程中液体的温度应保持不变，实验测量过程持续的时间间隔应尽可能短
⑤两次测量中应停顿，因小球连续下降使液体内部有牵连速度。
⑥实验结束应整理仪器：小球从桶内吸出，按不同规格放入小盒子中；导球管，重锤,铁丝，水平仪，镊子及吸铁石放入大盒子；清理桌面，支架，主机及大盒子内的油渍。