液体粘度的测量实验报告

液体粘度的测量

物11

彭瑞光

1、实验目的

1.1用旋转法测量液体的粘度，并作出粘度与温度的关系曲线

1.2了解并使用落球法和毛细管法等测量液体粘度的方法，观察液体中的内摩擦现象2、实验原理

2.1旋转法

一个圆筒形的容器(半径为R1)外向筒，内部有一个同轴的圆筒形的转子(半径为R2,长度为L)，转子由弹簧钢丝悬挂，并以角速度ω均速旋转。待测液体被装入两圆筒间的环形空间内。待测液体的粘度可用下式计算：

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝⎛R R L M 222

1114－＝ωπη(1)

其中，R1是外筒的内半径，R2是转子的内半径。M 为转子受到液体的粘滞阻力而产生的扭矩。这样，通过转子角速度和扭矩的测定，就可以通过粘度计的几何尺寸计算出液体的粘度。

当电机以稳定的速度旋转，连接刻度圆盘，再通过游丝和转轴带动转子旋转(见示意图)。如果转子未受到液体的阻力，则游丝、指针与刻度圆盘同速旋转，指针在刻度盘上指出的读数为“O ”。反之，如果转子受到液体的粘滞阻力，则游丝产生扭矩，与粘滞阻力抗衡最后达到平衡，这时与游丝连接的指针在刻度圆盘上指示一定的读数(即游丝的扭转角)。2.2落球法

如果一小球在各方向无限深广的液体中下落，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。则小球所受到的粘滞阻力F 可描述为:

πηνγ6=F (2)

式中：r 是小球的半径，v 是小球下落的速度，η为液体粘滞系数。

小球在各方向无限深广的液体中作自由下落时，受到三个力的作用，且都在竖直方向：重力mg 、浮力ρ0gV 和粘滞阻力F 。

Vg

mg ρπηνγ0

6+=(3)

由于受实验条件限制，存放液体的容器(如图所示，H 为液体高度，D 为量筒内径)都无法满足各方向无限深广的条件，必须进行一些边界条件修正,修正过的粘度系数可表示为：

()()()H

d D d g L t

d 6.114.21182

++−•

=ρρη(4)

对于粘度较小的流体，如水、乙醇、有机盐液体等，常用毛细管粘度计测量。流体流过毛细管的行为由泊肃叶(Poiseuille)方程描述：

l

dt dV r

ηδπ84

=(5)

其中dV 是dt 时间内流过液体的体积；δp 为毛细管两端压强差；r 、l 分别为毛细管的内半径和长度。

∫∫=

===V

V t h F l

g

rr dV V t h F l g

rr dV V 2

224

1

114)(8)(8βρπβρπ⇒1

1221

2t t ρρηη=(6)

如果已知η1则根据ρ1、ρ2测出t1、t2；就可以求得η2．这样，只要用绝对测量法测准一种液体的粘滞系数，就可以相对地测定其它液体的粘滞系数，从而省去l 、r 、V 、δp 等量的测量。3、实验仪器3.1旋转法旋转粘度计3.2落球法

盛有被测液体(蓖麻油)的量筒、温度计、小钢球、米尺、游标卡尺和千分尺、秒表3.3旋转法

芬氏粘度计、吸耳球、夹子、铁架台、量筒、盐水、蒸馏水、秒表、液体密度计4、实验过程4.1旋转法

(1)打开恒温水浴槽的控制器电源并设定温度；

(2)打开旋转粘度计的电源，等待一段时间让之达到稳定转速；

(3)当温度到达设定值且稳定，同时旋转粘度计的指针也稳定后，开始读数并记录。将读数乘以转子因子10,即得到液体的绝对粘度（mPa ·s ）；

(4)在室温到60度范围内，每隔3℃测量一次并记录下实验数据。4.2落球法

(1)1.选取6个一样的小球，测量直径d ；

(2)调整量筒的垂直度，测量量筒的内径D 、液面高度H ；

(3)调整上刻度线L1(选择油面下约10cm 的地方)和下刻度线L2，测量上下刻度线之间的距离L ；(4)分别测量6个小球通过该段距离L 所用时间t ；(5)在开始和结束时各测一次温度，取平均值。

(1)将已用蒸馏水清洗干净的芬氏粘度计固定在铁架台的夹子上，保持此状态不再变动；

(2)往管中倒入适量的蒸馏水，使之不超过两根刻度线中较低的一根；

(3)然后用吸耳球从没有刻度线的那一边管口吹气，直至另一侧水位高于较高的那根刻度线，然后放手，用秒表记录下水位从高刻度线一直降到低刻度线的时间t1;

(4)用液体密度计测出准备好的盐水的密度；

(5)将蒸馏水倒出并清理干净粘度计，然后往里倒入盐水，重复前三个步骤并测出t2。

5、数据分析

5.1旋转法

实验中测得的温度与粘滞系数对应数据如下表所示：

温度(℃)262932353841444750535660

粘滞系数

8 5.9 4.7 3.8 3.1 2.6 2.2 1.8 1.6 1.3 1.21

η(Pa·S)

拟合对应曲线如下：

5.2小球法

在室温为20.8℃的情况下测量小球下落时的数据：

量筒内径D＝5.602cm；液面高度H＝42.2cm；上下刻线之间的距离L＝22cm;

=0.957g/cm3

金属球密度ρ＝7.80g/cm3北京重力加速度g=9.8015m/s2蓖麻油密度ρ

小球编号直径(mm)下落时间t(s)

10.0802107.29

20.081107.16

30.0807106.32

40.0806105.52

50.0801106.39

60.08104.35

测得的粘滞系数如下所示：

小球编号123456

粘滞系数η(Pa·S)11.64811.86311.68311.56711.51811.269取平均值可得在室温20.8℃时蓖麻油的粘滞系数为η0=11.591

5.3比较法

在室温下分别测量盐水和蒸馏水流过粘度计两刻线之间的时间为

纯水：t1=155.59t2=156.95

_

1

t=156.27

蒸馏水：t1=171.45t2=173.25

_

2

t=172.35

测得盐水密度约为1.0565g/cm3

查表可知室温下纯水的粘滞系数为η

1

=0.997Pa·S,进而算出此时盐水的粘满系数为η2

=1.053Pa·S。

6.实验总结

虽然此次实验精度不高，但实验中了解了液体粘度及其测量的原理，熟悉了用旋转法，落球法和毛细管法等测量液体粘度的方法，有较大的收获。