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1、 液体黏度的测定实验报告 TPMK standardization office【TPMK5AB-TPMK08-TPMK2C-TPMK18】物理实验报告 液体黏度的测定 各种实际液体都具有不同程度的黏滞性。当液体流动时，平行于流动方向的各层流体之间，其速度都不相同，即各层间存在着滑动，于是在层与层之间就有摩擦力产生。这一摩擦力称为“黏滞力”。它的方向在接触面内，与流动方向相反，其大小与接触面面积的大小及速度梯度成正比，比例系数称为“黏度”（又称黏滞系数，viscosity）。它表征液体黏滞性的强弱，液体黏度与温度有很大关系，测量时必须给出其对应的温度。在生产上和科学技术上，凡是涉及流体的场合，
2、譬如飞行器的飞行、液体的管道输送、机械的润滑以及金属的熔铸、焊接等，无不需要考虑黏度问题。测量液体黏度的方法很多，通常有：管流法。让待测液体以一定的流量流过已知管径的管道，再测出在一定长度的管道上的压降，算出黏度。落球法。用已知直径的小球从液体中落下，通过下落速度的测量，算出黏度。旋转法。将待测液体放入两个不同直径的同心圆筒中间，一圆筒固定，另一圆筒以已知角速度转动，通过所需力矩的测量，算出黏度。奥氏黏度计法。已知容积的液体，由已知管径的短管中自由流出，通过测量全部液体流出的时间，算出黏度。本实验基于教学的考虑，所采用的是奥氏黏度计法。实验一 落球法测量液体黏度 一、【实验目的】1、了解有关液
3、体黏滞性的知识，学习用落球法测定液体的黏度；2、掌握读数显微镜的使用方法。二、【实验原理】将液体放在两玻璃板之间，下板固定，而对上板施以一水平方向的恒力，使之以速度v 匀速移动。黏着在上板的一层液体以速度 v 移动；黏着于下板的一层液体则静止不动。液体自上而下，由于层与层之间存在摩擦力的作用，速度快的带动速度慢的，因此各层分别以由大到小的不同速度流动。它们的速度与它们与下板的距离成正比，越接近上板速度越大。这种液体流层间的摩擦力称为“黏滞力”（viscosity force）。设两板间的距离为x，板的面积为S。因为没有加速度，板间液体的黏滞力等于外作用力，设为f。由实验可知，黏滞力f与面积S及
4、速度v成正比，而与距离x成反比，即 xvSf （2-5-1）式中，比例系数即为“黏度”。的单位是“帕斯卡秒”（Pas）或 kgm-1s-1。某些液体黏度的参考值见附录。当一个小球在液体中缓慢下落时，它受到三个力的作用：重力、浮力和黏滞力。如果小球的运动满足下列条件：在液体中下落时速度很小；球体积很小；液体在各个方向上都是无限宽广的，斯托克斯（S.G.Stokes）指出，这时的黏滞力为 vrf6 （2-5-2）式中为黏度；v为小球下落速度；r为小球半径。此式即着名的“斯托克斯公式”。小球下落时，三个力都在竖直方向，重力向下，浮力和黏滞力向上。由式（2-5-2）知，黏滞力是随小球下落速度的增加而增
5、加的。显然，如小球从液面下落，开始是加速运动，但当速度达到一定大小时，三个力的合力为零，小球则开始匀速下落。设这时速度为v，v称为“终极速度”。此时 rvgr6)(3403 （2-5-3）式中，为小球密度；0是液体密度。由此得 vgr20)(92 （2-5-4）图 2-5-1 落球法测定液体黏度所用的容器 我们在实验操作时，并不能完全满足式（2-5-2）所要求的条件。首先液体不是无限宽广的，是放在如图2-5-1 所示的容器中的，因此就不能完全不考虑液体边界的影响。设圆筒的直径为D，液体的高度为H，小球从圆筒的中心线下落，那么（2-5-4）式应修正为 式中，d为小球直径。由于高度H的影响实际上很
6、小，可以略掉相应的修正项，又 tLv，L为圆筒上二标线间的距离，t为小球通过距离L所用时间，则上式变为 )4.21()(18120DdLgtd （2-5-5）由该式即可计算出黏度。另外，在实验观测时式（2-5-2）是否适用，还和其他影响因素有关，对这方面的问题有兴趣的同学请参见附录。实验二 奥氏粘度计测量液体粘滞系数 一、【实验目的】掌握奥氏粘度计测定液体粘滞系数的原理和方法。二、【实验仪器】奥氏粘度计、量筒、烧杯、秒表、移液管、洗耳球、温度计、甘油、水等。图 1 奥氏黏度计 三、【实验原理】1.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，单位时间内流出圆管的液体体积为 LPRQ
7、84 （1）式中 R 为管道的的截面半径，L 为管道的长度，为流动液体的粘滞系数，?P 为管道两端液体的压强差。如果先测出V、R、?P、L，则可以求出流量 Q。2.但测量过多容易导致误差偏大，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1和2，令同体积 V 的两种液体在同样条件下，由于重力的作用通过奥氏黏度计的毛细管 DB，分别测出他们所需的时间 t 1和 t 2，两种液体的密度分别为1、2。则 V1=V2，即 Q1t1=Q2t2 则 11148tLPR=22248tLPR
8、即得 112212tPtP （2）粘度计两管液面的高度差?h 随时间连续变化，由于两种液体流过毛细管有同样的过程，则压强比为 212121hghgPP （3）将（3）式代入（2）式，得 111222tt （4）故测出等量液体流经DB 的时间 t1和 t2，根据已知数1、2、1，即可求出待测液体的粘滞系数。四、【实验内容与步骤】(1)用玻璃烧杯盛清水置于桌上待用，并使其温度与室温相同，洗涤黏度计，竖直地夹在试管架上。(2)用移液管经黏度计粗管端注入 10 毫升水。用洗耳球将水压入细管刻度 C 以上，用手指压住细管口，以免液面下降。(3)松开手指，液面下降，当夜面下降至刻度C 时，启动秒表，在液面
9、经过刻度 D 时停止秒表，记下时间 t1。(4)重复步骤(2)、(3)测量 10 次，取 t1平均值。(5)用水清洗黏度计两次。(6)取 10 毫升的酒精作同样实验，求出时间 t2的平均值。五、【数据记录与处理】液体 流出液体的时间 t（s）平均值t（s）温度 T（）该温度下的密度（gcm-3）水 t1 30.8 30.6 T1 12 1 0.99952 30.6 30.7 30.6 30.7 30.4 酒精 t2 66.0 60.1 T2 14 2 0.795 65.8 66.2 66.1 66.3 66.0 T1=12时，1=1.2363mps 故由公式（4）可 3 算得酒精的黏度2=1.9313mps 六、【注意事项】(1)使用粘度计时要小心，不要同时控住两管，以免折断。(2)当粘度计注入水（或稀释甘油）时，不要让气泡进入管内，放置粘度计要求正、直。(3)在实验进行过程中，用洗耳球将待测液压入细管时，防止液体被压出粘度计或被吸入洗耳球内。七、【附上原始数据】