落球法测定液体的粘滞系数
落球法测定液体的粘滞系数
目录
实验目的 (2)
实验仪器 (2)
实验原理 (2)
实验装置 (4)
实验内容 (5)
实验数据及处理 (5)
观察与思考 (12)
实验总结 (13)
落球法测定液体的粘滞系数
实验目的
1、用落球法测定液体的粘滞系数。
2、进一步熟悉基本测量工具的使用。
实验仪器
FD —VM —II型落球法液体粘滞系数测定仪（激光光电传感器计时）、甘油、游标卡尺、温度计、小刚球、小磁钢、螺旋测微器、液体密度计。
实验原理
各种实际流体在流动时，平行于流动方向的内部各层速度是不同的，于是作相对运动的各层流体间存在着粘
滞性摩擦阻力，简称内摩擦力。牛顿给出了表征内摩擦力f的定律：f A——，即f的大小正比于流层移动的
dx
速度梯度和流层间的接触面积，比例系数叫做粘滞系数，它是表征流体相邻流层内摩擦力大小的一个物理量。它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数n称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数，液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。
测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以计算出液体的粘度。
物体的粘滞系数值因温度不同而变化很大，因而没有注明温度的任何流体的粘滞系数值是毫无意义
的。
半径为r的光滑球，以速度v在均匀的无限宽广的液体中下落时，若速度不大，球的半径也很小，在液体中不产生涡流时，斯托克斯指出，小球在液体中受到阻力为：f 6r ，必须指出，这阻力并非是球和液体之间的阻力，而是球面上附着一层液体和不随球运动的液体之间的阻力，亦即流体的内摩擦力或粘滞阻力，方向与小球运动方向相反。
设小球的密度为，体积为V ,则小球在密度为0的液体中下落时，
除受到粘滞性阻力作用外，还受到重力Vg和浮力0Vg ，起初，由于小球下落速度较小，粘滞阻力f也较小，随着小球速度的增加，f也增加，当小球到达某个收尾速度时，它将作等速直线运动，即作用在小球上的三个力平衡：
Vg o Vg 6r
(1)
1 3
小球的直径用d表示，体积V d3。若实验测得小球作匀速直线运
6
动的某段距离I及相应的下落时间t ,则得：
( o)gd2t
18I
斯托克斯定律要求小球是在无限宽广的液体中下落，但实际容器的直径和深度总是有限的，所以所得小球的速度比在无限宽广中要小，故实测的速度要乘以一个修正因子，才能得到粘滞系数的正确值。对于圆柱形
管，
d
修正因子为1 2.1 —,其中D为管子的内直径。于是，落球法求液体粘滞
D
系数的计算公式为：
(
o
)gd 2t ............................................................................................... d 181(1 2.1 ) D
(3)
由修正因子可见，对于同样大小的小球，园管的直径 D 越大，修正因 子越小；对同一圆管，小球直径越大，修正因子越大。所以实验要求：
① 小球直径很小
② 实验中必须尽量做到小球沿圆管的中央轴线下落，减少和消除管壁
效应不均匀性对结果的影响。
实验装置
图2 FD-VM-II 落球法液体粘滞系数测定仪结构图
激光信号控制
落球法粘滞系数测定仪、 小钢球、甘油、米尺、千分尺、游标卡尺、 液体密度计、
电子分析天平、
激光光电计时仪、温度计等。
1-导管；2-激光发射器A; 3-激光发射器B 4-激光接收器A ;5-激光接收器B;6-量筒 7-主机后面板;8-电源插座;9-激光信号控制 10-主机前面板；11-计时器；12-电源开关 13-计时器复位端
2
3
4
落球法测定液体的粘滞系数
实验内容
1、调整粘滞系数测定仪及实验准备
①调整底盘水平，在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节底盘旋钮，
使重锤对准底盘的中心圆点。
②将实验架上的上、下两个激光器接通电源，可看见其发出红光。调
节上、下两个激光器，使其红色激光束平行地对准锤线。
③收回重锤部件，将盛有被测液体的量筒放置到实验架底盘中央，并在实验中保持位置不变。
④在实验架上放上铜球导管，将小球放入铜质球导管，看其是否能阻挡光线，若不能，则适当调整激
光器位置。
2、用温度计测量液体温度，在全部小球下落完后，再测量一次液体的温度，
取平均值作为实际液体温度。
3、用电子计时仪器测量小球的匀速运动速度
①测量上、下二个激光束之间的距离。
②用电子计时仪器测量小球通过两个激光束的时间。
实验数据及处理
分析天平测小球质量数据如下:
第一组：
第二组:
第三组: