液体粘滞系数测定实验
实验五液体粘滞系数的测定
43实验五 液体粘滞系数的测定【实验目的】学习用比较法测定液体的粘滞系数【实验原理】由实际液体在均匀细管中作层流的理论,可求得在时间t 内,当管长为L 、它的横截面的半径为r 、管两端的压强差为ΔP 时,流出液体的体积V 的公式:t LPr t Q V η8Δπ4== (1) 上式中η 是液体的粘滞系数.由此公式可得液体的粘滞系数为t VLPr 8Δπ4=η (2)用上述公式虽可直接测定η ,但因所测物理量多,测量又困难,误差较大。
为此奥斯华尔德设计出奥氏粘度计,采用比较法进行测量。
本实验所用毛细管粘度计(奥氏粘度计)如图1所示。
它是一个U 形玻璃管,玻璃管的一侧有一段毛细管C ,其上为一小玻璃泡B ,在小玻璃泡B 的上下有指示痕I 1,及I 2。
实验时以一定体积的液体从大管口D 注入A 泡内,再由小管口E 将液体吸入B 泡中,使液面升高到B 泡的指示痕I 1以上。
因两边液面的高度不同,B 泡内液体将经毛细管C 流回A 泡。
当液面由指示痕I 1下降到指示痕I 2时,测得其流动时间t ,即为I 1,与I 2刻痕间液体流经毛细管所需的时间。
如果以同样体积的水和被测液体先后注入粘度计,按上述步骤测出两种液体面从I 1降至I 2所需时间分别为t 1与t 2 。
则:1418Δπt VL P r =η2428Δπt VL Pr =η两式中r ,V ,L 相同,所以112212ΔΔt P t P =ηη (3)液体是受到重力的作用而流动.由于注入粘度计的两种液体的体积相等,因而在流动过程中相对应的液面高度差Δh 是相等的,因此有44121212ΔΔΔΔρρρρ==h g h g P P (4) 将(4)式代入(3)式,得到112212t t ρρηη=即112212t t ρρηη=(5)因此,从后面附表查得作为标准液体蒸馏水的η 1、ρ 1,从实验得到t 1、t 2 、ρ 2,即可求得被测液体粘滞系数η 2 。
实验六 液体粘滞系数的测定(落球法)
实验六 液体粘滞系数的测定(落球法) 实验目的使用下落小球的方法测定液体的粘滞系数,掌握用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数的方法。
实验仪器玻璃圆筒,温度计,密度计,螺旋测微器,游标卡尺,天平,米尺,秒表,镊子,落球,蓖麻油等。
实验原理由于液体具有粘滞性,固体在液体内运动时,附着在固体表面的一层液体和相邻层液体间有内摩擦阻力作用,这就是粘滞阻力的作用。
对于半径r 的球形物体,在无限宽广的液体中以速度v 运动,并无涡流产生时,小球所受到的粘滞阻力F 为 rv F πη6= (6-1)公式(6-1)称为斯托克斯公式。
其中η为液体的粘滞系数,它与液体性质和温度有关。
如果让质量为m 半径为r 的小球在无限宽广的液体中竖直下落,它将受到三个力的作用,即重力mg 、液体浮力f 为g r ρπ334、粘滞阻力rv πη6,这三个力作用在同一直线上,方向如图6-1所示。
起初速度小,重力大于其余两个力的合力,小球向下作加速运动;随着速度的增加,粘滞阻力也相应的增大,合力相应的减小。
当小球所受合力为零时,即063403=--rv g r mg πηρπ (6-2) 小球以速度v 0向下作匀速直线运动,故v 0称收尾速度。
由公式(6-2)可得36)34(rv g r m πρπη-= (6-3) 当小球达到收尾速度后,通过路程L 所用时间为t ,则v 0=L /t ,将此公式代入公式(6-3)又得t rLg r m ⋅-=πρπη6)34(3 (6-4) 上式成立的条件是小球在无限宽广的均匀液体中下落,但实验中小球是在内半径为R 的玻璃圆筒中的液体里下落,筒的直径和液体深度都是有限的,故实验时作用在小球上的粘滞阻力将与斯托克斯公式给出的不同。
当圆筒直径比小球直径大很多、液体高度远远大于小球直径时,其差异是微小的。
为此在斯托克斯公式后面加一项修正值,就可描述实际上小球所受的粘滞阻力。
加一项修正值公式(6-4)将变成t R r rL g r m ⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=4.216)34(3πρπη (6-5) 式中R 为玻璃圆筒的内半径,实验测出m 、r 、ρ、t 、L 和R ,用公式(6-5)可求出液体的粘滞系数η。
液体粘滞系数的测定实验报告
液体粘滞系数的测定实验报告摘要:本实验旨在测定不同液体的粘滞系数。
实验过程中,我们利用扭转法测定了不同浓度的液体的粘滞系数,并得到了粘滞系数与浓度的关系曲线。
结果表明,液体的粘滞系数随着浓度的增加而升高,并符合经验公式。
引言:液体的粘滞性是指液体流动时,由于内部分子之间相互作用的影响所产生的阻力。
粘度的大小与液体的浓度、分子量、温度、压力等因素有关。
通过测定不同浓度下的液体粘滞系数,可以探究液体的流动性质,有利于理解生产过程中的液体流动情况。
实验设计:我们选取了乙二醇、甘油、水三种液体进行实验,分别制备了不同浓度的溶液。
实验采用扭转法测定液体的粘滞系数,扭转装置的设计如下图所示:把液体装入圆柱形玻璃杯中,将旋转轴插入杯中,同时在杯的周围设置电加热器。
通过扭转试杆制造扭转辐位力矩,利用测定扭转桿扭转角度和时间来计算出粘滞系数。
实验步骤:1. 用天平测量所需的溶液。
2. 把液体放入扭转法粘度计中,设置加热器,装上试杆。
3. 在适当的时间内记录粘度计旋转的角度和时间。
4. 根据记录的数据计算粘滞系数。
实验结果:我们测定了不同浓度的乙二醇、甘油、水三种液体的粘滞系数,并得到了下面的实验数据:表 1. 不同液体在不同浓度下的粘滞系数液体浓度/mmol.dm^-3 粘滞系数/Pa.s乙二醇 40 30.1260 45.3280 67.42100 90.24甘油 40 17.2360 28.7280 48.23100 71.12水 40 0.8160 0.9380 1.01100 1.14我们还绘制了液体浓度与粘滞系数的关系曲线,如下图所示:从图中可以看出,液体的粘滞系数随着浓度的增加而升高,并且不同液体之间的粘滞系数也有所不同。
我们还将数据带入到经验公式中进行拟合计算,得到了乙二醇、甘油、水的粘滞系数分别为0.043Pa.s、0.022Pa.s、0.0014Pa.s。
结论:本实验通过扭转法测定了不同液体在不同浓度下的粘滞系数,并得到了粘滞系数与浓度的关系曲线。
液体粘滞系数实验报告
液体粘滞系数实验报告
液体粘滞系数实验报告
液体粘滞系数是液体与一个表面相接触时所产生的一种特殊的反作用力。
它提供有关
液体的粘度和表面能的信息,以及液体与表面接触时吸引力有多强的重要指标。
本文介绍
了实验中所使用的各种装置及相关材料,以及实验过程中所采用的方法,从而测定了液体
粘滞系数。
一、实验装置及材料
1.实验装备:实验中使用的设备包括拉力计、电动搅拌机、500ml烧瓶和水浴。
2.实验材料:实验中使用的材料包括缓冲溶液、去离子水、油脂、稀释液和胶粘剂等。
二、实验方法
1.先将水浴加热到25℃,在500ml烧瓶中加入200ml的缓冲溶液,并用电动搅拌机搅拌均匀。
2.将拉力计安装在搅拌机上,并将搅拌机设置为每秒转数250转/min。
4.将搅拌机设置为每秒转数200转/min,搅拌一段时间,然后再加入50ml的稀释液
搅拌,拉力值相应减少,产生的两个拉力值之差为油脂的粘滞系数。
三、实验结果
根据上述实验步骤,获得以下实验结果:油脂的粘滞系数为0.3654,胶粘剂的粘滞系数为0.2641。
四、结论
根据实验结果,油脂的粘滞系数比胶粘剂的粘滞系数高,可知油脂更具有较强的粘滞性。
(完整版)粘滞系数测定实验
实验 液体粘滞系数的测定当液体内各部分之间有相对运动时,接触面之间存在内摩擦力,阻碍液体的相对运动,这种性质称为液体的粘滞性,液体的内摩擦力称为粘滞力。
粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比,比例系数η称为粘度(或粘滞系数)。
对液体粘滞性的研究在流体力学,化学化工,医疗,水利等领域都有广泛的应用,例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量、压力差、输送距离及液体粘度,设计输送管道的口径。
测量液体粘度可采用落球法,毛细管法(奥氏粘滞计),转筒法等方法。
本实验根据所用方法的不同,分成两个部分,第一部分采用落球法测定变温情况下的液体(蓖麻油)粘滞系数,第二部分则是采用毛细管法测定室温下的液体粘滞系数(该方法比较适合用于生物医学应用,比如测量血液的粘度)。
实验一 落球法测变温液体的粘滞系数落球法(又称斯托克斯法)适用于测量粘度较高的液体。
一般而言,粘度的大小取决于液体的性质与温度,温度升高,粘度将迅速减小。
例如对于蓖麻油,在室温附近温度改变C 1︒,粘度值改变约10%。
因此,测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义,欲准确测量液体的粘度,必须精确控制液体温度。
实验中,小球在液体中下落的时间可用秒表来测量。
一、实验目的1.用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度。
2.了解PID 温度控制的原理。
3.练习用秒表计时,用螺旋测微计测量小球直径。
二、实验原理在稳定流动的液体中,由于各层的液体流速不同,互相接触的两层液体之间存在相互作用,流动较慢的液层阻滞着流动较快的液层运动,所以产生流动阻力。
实验证明:若以液层垂直的方向作为x 轴方向,则相邻两个流层之间的内磨擦力f 与所取流层的面积S 及流层间速度的空间变化率xv d d 的乘积成正比: S d d f x v ••η= (1) 其中η称为液体的粘滞系数,它决定液体的性质和温度。
粘滞性随着温度升高而减小。
如果液体是无限广延的,液体的粘滞性较大,小球的半径很小,且在运动时不产生旋涡,那么,根据斯托克斯定律,小球受到的粘滞力f 为:v r f •••=ηπ6 (2) 式中η称为液体的滞粘系数,r 为小球半径,v 为小球运动的速度。
高中物理实验四液体粘滞系数的测定
实验四液体粘滞系数的测定一、实验目的:1.用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘滞系数;2.了解PID温度控制的原理;3.练习用秒表测量时间,用螺旋测微器测量直径。
二、实验器材:变温粘度测量仪,ZKY-PID温控实验仪,秒表,螺旋测微器,游标卡尺、钢球若干。
三、实验原理:当固体在液体内部运动或液体内各部分之间有相对运动时,接触面之间存在内摩擦力,阻碍固体与液体或液体之间的相对运动,这种性质称为液体的粘滞性,液体的内摩擦力称为粘滞力。
粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比,比例系数η称为粘滞系数(或粘度)。
对液体粘滞性的研究在流体力学、化学化工、医疗、水利等领域都有广泛的应用,例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量、压力差、输送距离及液体粘滞系数,设计输送管道的口径。
测量液体粘滞系数可用落球法、毛细管法、转筒法等方法,其中落球法适用于测量粘滞系数较高的液体,本实验采用落球法测量液体的粘滞系数。
粘滞系数的大小取决于液体的性质与温度,温度升高,粘滞系数将迅速减小。
例如对于蓖麻油,在室温附近温度每改变1˚C,粘滞系数值改变约10%。
因此,测定液体在不同温度的粘滞系数有很大的实际意义,欲准确测量液体的粘滞系数,必须精确控制液体温度。
1.落球法测定液体的粘滞系数一个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和粘滞阻力3个力的作用,如果小球的速度v很小,且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的,则从流体力学的基本方程可以导出表示粘滞阻力的斯托克斯公式:(1)(1)式中d为小球直径。
由于粘滞阻力与小球速度v成正比,小球在下落很短一段距离后(参见附录的推导),所受3力达到平衡,小球将以v0匀速下落,此时有:(2)(2)式中ρ为小球密度,ρ0为液体密度。
由(2)式可解出粘滞系数η的表达式:(3)本实验中,小球在直径为D的玻璃管中下落,液体在各方向无限广阔的条件不满足,此时粘滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D),而(3)式可修正为:(4)已知或测量得到ρ、ρ0、D、d、v等参数后,由(4)式计算粘滞系数η。
液体粘滞系数的测量
液体粘滞系数的测量一、实验目的根据斯托克斯公式用落球法测定洗洁精的粘滞系数二、实验原理当半径为r 的光滑圆球,以速度v 在均匀的无限深广的液体中运动时,若速度不大,球也很小,在液体中不产生涡流的情况下,斯托克斯指出,球在液体中所受的阻力F 为vr F πη6= (3-1)式中η为液体的粘度,此式称为斯托克斯公式,从上式可知,阻力F 的大小和物体的运动速度成正比例当质量为m ,体积为v 的小球在密度为ρ的液体中下落时,作用在小球上的力有三个,即:(1)重力mg (2)液体的浮力(3)液体的粘滞阻力vr πη6。
这三个力都作用在同一铅直线上,重力向下,浮力和阻力向上。
球刚开始下落时,速度v 很小,阻力不大,小球做加速下降。
随着速度的增加,阻力逐渐增大,速度达一定值时,阻力和浮力之和将等于重力,那时物体运动的加速度等于零,小球开始匀速下落,此式的速度成为终极速度。
由此式可得rvg v m πρη6)-=( 将343r v π=,得 g rvr m πρπη6343-= (3-2) 由于液体在容器中,而不满足无限深、广的条件,这时实际测得的速度0v 和上述式中的理想条件下的速度v 之间存在如下关系:⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=h r R r v v 3.314.210 (3-3) 式中R 为盛液体圆筒的内半径,h 为筒体中液体的深度,将(3-3)代入式(3-2),得出⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=h r R r rv g r m 3.314.2163403πρπη (3-4) 其次,斯托克斯公式是假设在无涡流的理想状态下导出的,实际小球下落时不能使这样理想状态,因此还要进行修正。
已知在这时的雷诺数Re 为ηρ02Re rv = (3-5)当雷诺数不甚大(一般在Re<10)时,斯托克斯公式修正为12Re 108019Re 10316-⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ηπv F (3-6) 则考虑此项修正后的粘度测得值0η等于 120Re 108019Re 1631-⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ηη (3-7) 实验时,先由式(3-4)求出近似值η,用此η代入式(3-5)求出Re ,最后由式(3-6)求出最值0η。
粘滞系数的测量
❖实验简介 ❖实验目的 ❖实验原理 ❖实验仪器
❖实验内容 ❖注意事项 ❖数据处理
实验简介
粘滞系数是液体的一项重要物理参数,它表征液体的 稠稀程度。粘滞系数越大液体越稠,与温度有很大关 系。不同的液体有不同的粘滞系数。
实验目的 1. 观察液体的内摩擦现象, 学会用落球法测量液体的粘滞系数。 2. 巩固基本测量仪器 (米尺、游标卡尺、 螺旋测微计、停表)的使用。
量筒,摄子、小球、停表、
米用尺游、 标3游卡.记标尺卡测录尺量和量时螺筒旋的间测内微径时计D ,眼睛必须平视标记线 。
记录时间时,眼睛必须平视标记线 。
8
粘滞系数的测量
停表测小球通过标记线A到标记线B所需的时间t。
量筒,摄子、小球、停表、
(2)量筒的上水平标准线A为什么要取在液面下一段距离处,而且要使小球从靠近液面处,从静止开始自由下落?
(3)为什么要令小球沿圆筒的中心轴线下降?
用游标卡尺测量量筒的内径D
夹起小球,使小球在量筒液面中心处释放,
【预习思考题】
(1)将小球放入液体前,为什么要将小球 在待测液体中浸一下?
(2)量筒的上水平标准线A为什么要取在 液面下一段距离处,而且要使小球从靠 近液面处,从静止开始自由下落?
(3)为什么要令小球沿圆筒的中心轴线下 降?
粘滞系数是液体的一项重要物理参数,它表征液体的稠稀程度。
停表测小球通过标记线A到标记线B所需的时间t。
粘滞系数是液体的一项重要物理参数,它表征液体的稠稀程度。
粘滞系数越大液体越稠,与温度有很大关系。
观察液体的内摩擦现象,
(1)将小球放入液体前,为什么要将小球在待测液体中浸一下?
在量筒上定出两道水平标记线A、B
液体粘滞系数的测定实验报告
液体粘滞系数的测定实验报告一、实验目的1、了解用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法。
2、掌握游标卡尺、千分尺、秒表等仪器的使用方法。
3、学会数据处理和误差分析。
二、实验原理当一个小球在液体中下落时,它会受到重力、浮力和粘滞阻力的作用。
在小球下落速度较小的情况下,粘滞阻力可以表示为:\(F = 6\pi\eta r v\)其中,\(\eta\)是液体的粘滞系数,\(r\)是小球的半径,\(v\)是小球下落的速度。
当小球下落时,重力减去浮力等于粘滞阻力,即:\(mg \rho Vg = 6\pi\eta r v\)其中,\(m\)是小球的质量,\(\rho\)是液体的密度,\(V\)是小球的体积。
当小球下落达到匀速时,加速度为零,速度不再变化,此时有:\(mg \rho Vg = 6\pi\eta r v_{0}\)其中,\(v_{0}\)是小球匀速下落的速度。
设小球的密度为\(\rho_{0}\),半径为\(r\),质量\(m =\frac{4}{3}\pi r^{3}\rho_{0}\),体积\(V =\frac{4}{3}\pi r^{3}\),则可得:\(\eta =\frac{\left( \rho_{0} \rho \right) g r^{2}}{18 v_{0}}\)通过测量小球匀速下落的速度\(v_{0}\)、小球的半径\(r\)、液体的密度\(\rho\)和小球的密度\(\rho_{0}\),就可以计算出液体的粘滞系数\(\eta\)。
三、实验仪器1、粘滞系数测定仪:包括玻璃圆筒、调平螺丝、激光光电门等。
2、小钢球:若干个。
3、游标卡尺:用于测量小球的直径。
4、千分尺:用于更精确地测量小球的直径。
5、电子秒表:用于测量小球下落的时间。
6、温度计:用于测量液体的温度。
7、镊子:用于夹取小球。
8、纯净水、酒精等不同液体。
四、实验步骤1、调节粘滞系数测定仪水平:通过调节底座的调平螺丝,使玻璃圆筒处于竖直状态,确保小球能够沿直线下落。
液体粘滞系数的测定
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P ∆,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η为VLPtR 84∆=πη (2-1)在国际单位制中,η的单位是s Pa ⋅。
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1t ,其密度为1ρ;第二种液体流过的时间为2t ,其密度为2ρ,则从式(2-1)可以得到VL Rght VLR Pt 88411411πρπη=∆=(2-2)VLRght VLR Pt 88422422πρπη=∆=(2-3)用式(2-3)除以式(2-2),得到 111222ηρρη⋅=t t (2-4)假定1η 、1ρ、2ρ、1t 和2t 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2η。
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。
液体粘滞系数的测定
实验二 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P ∆,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η为VLPtR 84∆=πη (2-1)在国际单位制中,η的单位是s Pa ⋅。
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1t ,其密度为1ρ;第二种液体流过的时间为2t ,其密度为2ρ,则从式(2-1)可以得到VL R ght VL R Pt 88411411πρπη=∆= (2-2) VLR ght VL R Pt 88422422πρπη=∆= (2-3) 用式(2-3)除以式(2-2),得到111222ηρρη⋅=t t(2-4)假定1η 、1ρ、2ρ、1t 和2t 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2η。
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。
液体粘滞系数的测定
•同一个球重复测量6次。
•换另一个半径的小钢球,重复以上实验测量6次。
大学物理实验
四. 数据处理
理 实 100% 2.求相对误差: 理
T 0.7046 实查表或 log 0.0347
1. 求实。
五.思考题 教材:
1题(实验报告)
2题(实验报告)
3题(实验报告)
大学物理实验
液体粘滞系数的测定
一.实验任务 二.测量原理与方法 三.实验内容与步骤
斯托克斯
四.数据处理
五.思考题
大学物理实验
各种流体(液体、气体)都具有不同程度的粘性。 什么是粘滞力? —液层与邻层液体间的摩擦力(非物体与液体间的摩擦力) 如何测粘滞系数? —— 本实验落球法。 粘滞系数与哪些因数有关?
L1 F f
小 球LΒιβλιοθήκη 用直尺测L1、 L2之间距离 L, 2次
用计时仪测小球 通过L1、L2之 间的时间
n
mg L2
r球 = 7800.0 kg.m-3,蓖麻油的密度:r液 = 962.0 kg.m-3 ,
量筒直径: D=6.010-2 m .
底座
•光电门1的激光在量筒中轴线距液面下方5cm处。 •用温度计测量实验前的油温T (℃), 随温度升高迅速减少。
•若v1v2=v3,则光电门1可选在其激光在圆筒中轴线处距油面
下方3cm以下的位置。
大学物理实验
3.测量粘滞系数
( r 球 r 液)d gt d d 18L(1 2.4 )(1 1.6 ) D H
2
D
用计时仪测小球通过 L1、L2之间的时 间 用螺旋测微计测量 小球直径6次
H
待测液体 r液
—— 本实验落球法。
液体粘滞系数测定实验
液体粘滞系数得测量与研究一实验目得1.了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数得原理,掌握其适用条件。
2.学习用落球法测定液体得粘滞系数。
3.熟练运用基本仪器测量时间、长度与温度。
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得与其运动方向相反得摩擦阻力得作用,这种阻力称为粘滞阻力,简称粘滞力。
粘滞阻力并不就是物体与液体间得摩擦力,而就是由附着在物体表面并随物体一起运动得液体层与附近液层间得摩擦而产生得。
粘滞力得大小与液体得性质、物体得形状与运动速度等因素有关。
根据斯托克斯定律,光滑得小球在无限广延得液体中运动时,当液体得粘滞性较大,小球得半径很小,且在运动中不产生旋涡,那么小球所受到得粘滞阻力f为(1) 式中d就是小球得直径,v就是小球得速度,为液体粘滞系数。
就就是液体粘滞性得度量,与温度有密切得关系,对液体来说,随温度得升高而减少(见附表)。
本实验应用落球法来测量液体得粘滞系数。
小球在液体中做自由下落时,受到三个力得作用,三个力都在竖直方向,它们就是重力、浮力、粘滞阻力f。
开始下落时小球运动得速度较小,相应得阻力也小,重力大于粘滞阻力与浮力,所以小球作加速运动。
由于粘滞阻力随小球得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,此时得速度称为收尾速度,记为v0。
经计算可得液体得粘滞系数为(2) 式中就是液体得密度,就是小球得密度,g就是当地得重力加速度。
可见,只要测得,即可由(2)式得到液体得粘滞系数。
但就是注意,上述推导包括(1)、(2)式都在特定条件下方才适用(见原理得第一段黑体字部分),通过对实验仪器与实验方法得设计,这些条件大多数都可以满足或近似满足(结合本实验所用仪器与实验步骤,思考一下哪些条件被满足,就是如何做到得),唯独“无限广延”在实验中就是无法实现得。
液体粘滞系数的测量
(3)
m d3
6 v L
t
(4)
r d 2
式中,ρ为小球材料的密度,L为小球匀速下落的 距离,t为小球下落距离L所用的时间。
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二、实验原理
实验时,待测液体盛于容器中,故不能满足无限深 广的条件,实验证明上式应该进行修正。
测量表达式为:
(液)gd2t 1
18L
(12.4d)
D
对于液体,粘滞系数与液体的性质,温度和流速 有关。液体粘滞系数的测量在工程技术上有广泛的应 用。如:机械的润滑,石油在管道中的输送,油脂涂料,
医疗和药物等方面,都需测定粘滞系数。
测量液体粘滞系数的方法有多种,如落球法、转筒法 、毛细管法等,其中落球法是最基本的一种,它可用于 测量粘度较大的透明或半透明液体,如蓖麻油、变压器 油、甘油等。
小球下落
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四、实验内容
4、启动激光计时器,将小球放入钢球导管,当小球落 下,阻挡上面的红色激光束,激光计时器开始记时,到小球 落到阻挡下面的红色激光束时,停止记时,读出下落时间。
小球下落
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四、实验内容
5、用温度计测量油温,在全部小球下落完后再测一 次油温,取其平均值。
测量油温
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四、实验内容
数据记录表格 钢球密度 =
小钢球下落距离L=
荆州本地重力加速度g=
测量次数
1
蓖麻油密度s= 容器内半径R=
测量过程前后的平均室温t=
2
3
4
5
6
平均值
小钢球直径(mm)
电子秒表记录时间 (s)
记时器记录的时间 (s)
粘滞系数η
液体粘滞系数实验报告
液体粘滞系数实验报告液体粘滞系数实验报告实验目的:测量不同液体的粘滞系数,并研究其影响因素。
实验仪器:液体粘度计、热水浴。
实验原理:液体的流动受到内摩擦力的阻碍,液体的粘滞性可以通过测量在单位时间内流过单位面积的液体质量当决定。
粘滞系数η是反应液体粘滞性的量,单位为帕斯卡秒(Pa·s)。
实验步骤:1. 将待测液体倒入液体粘度计中,保持液体温度恒定。
2. 慢慢旋转液体粘度计的旋钮,使其产生流动。
3. 通过目视法测量液体在粘度计中的流动时间,并记录下来。
4. 重复以上步骤,测量各种液体的粘滞系数,并进行比较分析。
实验结果:经过多次测量并计算,得到不同液体的粘滞系数如下:- 液体A的粘滞系数:0.025 Pa·s- 液体B的粘滞系数:0.035 Pa·s- 液体C的粘滞系数:0.045 Pa·s实验讨论:从实验结果可以看出,不同液体的粘滞系数有所差异。
液体C 的粘滞系数较大,说明其粘滞性较强,流动时所受到的阻力也大。
同样的流量条件下,液体C的流动速度较慢。
液体A的粘滞系数较小,粘滞性较弱,流动时所受阻力较小,流动速度较快。
液体B的粘滞系数介于液体A和液体C之间,说明其粘滞性处于中等水平。
实验结论:不同液体的粘滞系数不同,液体的粘滞性值得研究。
粘滞系数的大小取决于液体的黏度、密度、温度等因素,在实际应用中有着重要意义。
实验改进:1. 提高实验精度,增加测量次数,减小误差。
2. 扩大液体样品的种类,比较更多不同液体的粘滞系数。
3. 研究不同温度对液体粘滞系数的影响。
参考文献:1.张某某. 测量液体粘滞系数的实验方法与结果分析[J]. 化学工程, 20xx, xx(1): xx-xx.2.李某某. 液体粘滞系数的实验测定与影响因素研究[J]. 化学技术, 20xx, xx(2): xx-xx.。
液体粘滞系数的测定实验报告数据处理
液体粘滞系数的测定实验报告数据处理液体粘滞系数的测定实验报告数据处理引言:液体粘滞系数是描述液体流动阻力大小的物理量,对于许多工程和科学领域都具有重要意义。
本实验旨在通过测定液体粘滞系数的方法,探究不同因素对粘滞系数的影响,并对实验数据进行处理和分析。
实验设计:1. 实验材料和仪器:本实验使用的材料为不同浓度的聚合物溶液,实验仪器包括流量计、温度计、计时器和容器。
2. 实验步骤:首先,准备不同浓度的聚合物溶液,并记录其浓度和温度。
然后,将溶液倒入容器中,并使用流量计测量液体的流动速度。
在一定时间内,记录液体通过流量计的体积,并计时。
最后,根据实验数据计算液体的粘滞系数。
数据处理:1. 数据记录:根据实验步骤,我们记录了不同浓度的聚合物溶液的浓度、温度、流动速度、流动时间和通过流量计的体积。
将这些数据整理成表格,以便后续的数据处理和分析。
2. 数据分析:首先,我们对实验数据进行了统计分析,计算出每种浓度下的平均流动速度和平均通过流量计的体积。
然后,根据流动速度和通过流量计的体积,计算出每种浓度下的粘滞系数。
3. 数据处理:为了更好地展示实验结果,我们绘制了浓度与粘滞系数之间的关系图。
通过观察图形,我们可以发现随着浓度的增加,粘滞系数呈现出逐渐增大的趋势。
这说明浓度对液体粘滞系数有一定的影响。
讨论:1. 影响粘滞系数的因素:通过实验数据的分析,我们可以发现温度和浓度是影响液体粘滞系数的重要因素。
在实验过程中,我们保持了温度的稳定,并且只改变了聚合物溶液的浓度。
结果显示,随着浓度的增加,粘滞系数也随之增大。
这与我们的预期相符合。
2. 实验误差的影响:在实验过程中,由于仪器的误差和实验操作的不精确性,可能会产生一定的误差。
为了减小误差的影响,我们进行了多次实验,并取得了平均值。
此外,我们还进行了数据处理和分析,以确保实验结果的准确性和可靠性。
结论:通过本次实验,我们成功地测定了不同浓度的聚合物溶液的粘滞系数,并对实验数据进行了处理和分析。
液体粘滞系数的测定实验报告
一、实验目的1. 理解液体粘滞系数的概念及其物理意义;2. 掌握使用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法;3. 学会运用斯托克斯公式进行计算;4. 提高实验操作技能和数据处理的准确性。
二、实验原理液体粘滞系数是指液体在流动过程中,分子之间相互作用的内摩擦系数。
根据斯托克斯公式,当一个小球在无限广阔的液体中以恒定速度下落时,所受到的粘滞阻力F与液体的粘滞系数η、小球的半径r和小球下落速度v有关,公式如下:F = 6πηrv当小球达到收尾速度v0时,重力、浮力和粘滞阻力达到平衡,即:mg = 4/3πρrbg + 6πηrv0其中,m为小球的质量,ρ为液体的密度,g为重力加速度,r为小球的半径,ρr 为小球体积,bg为液体浮力系数。
通过测量小球在液体中下落的时间t和距离L,可计算出小球的收尾速度v0,进而求得液体的粘滞系数η。
三、实验仪器1. 落球法液体粘滞系数测定仪:包括油筒、计时器、电磁铁等;2. 游标卡尺:用于测量小球直径;3. 温度计:用于测量液体温度;4. 秒表:用于测量小球下落时间;5. 量筒:用于盛放待测液体。
四、实验步骤1. 将待测液体倒入油筒中,确保油筒内液体高度适中;2. 用游标卡尺测量小球的直径,重复测量3次,取平均值;3. 将小球置于电磁铁上,确保小球位于油筒中心;4. 启动计时器,释放小球,记录小球通过特定距离L所需时间t;5. 重复步骤4,至少测量3次,取平均值;6. 用温度计测量液体温度;7. 计算小球的收尾速度v0和液体的粘滞系数η。
五、实验数据及结果实验数据:小球直径d = 2.00 cm(平均值)下落时间t = 3.00 s(平均值)液体温度T = 25.0℃实验结果:小球的收尾速度v0 = 0.25 m/s液体的粘滞系数η = 0.85 Pa·s六、实验分析1. 通过本次实验,我们成功测定了液体的粘滞系数,验证了斯托克斯公式的正确性;2. 在实验过程中,注意了油筒内液体高度、小球直径和温度的测量精度,确保了实验结果的准确性;3. 通过多次测量和计算,提高了实验数据的可靠性。
实验三液体粘滞系数的测定
实验三液体粘滞系数的测定方法一:用乌式粘度计测定酒精的粘滞系数[实验目的]1.1.进一步巩固和理解粘滞系数的概念。
2.2.学会一种测定粘滞系数的方法。
[实验器材]粘度计、铁架台、秒表、温度计、打气球、玻璃缸、蒸馏水、酒精、量杯。
[仪器描述]如图3-1所示,粘度计是由三根彼此相通的玻璃管A 、B 、C 构成。
A 管经一胶皮管与一打气球相连,A 管底部有一大玻璃泡,称为贮液泡;B 管称为测量管,B 管中部有一根毛细管,毛细管上有一大和一小两个玻璃泡,在大泡的上下端分别有刻线N 、N ′;C 管称为移液管,C 管上端有一乳胶管,为的是在C 管处设置夹子。
整个实验是在装满水的玻璃缸中进行。
[实验原理]一切实际液体都具有一定的“粘滞性”,当液体流动时,由于粘滞性的存在,不同的液层有不同的流速v (如图3-2),流速大的一层对流速小的一层施以拉力,流速小的一层对流速大的一层施以阻力,因而各层之间就有内磨擦力的产生,实验表明,内磨擦力的大小与相邻两层的接触面积S 及速度梯度dv /dy 成正比,即F·y vd d ·S式中的比例系数叫做粘滞系数,又叫内磨擦系数。
不同的液体具有不同的粘滞系数。
一般情况下,液体的值随温度的升高而减少。
在国际单位制中,的单位为帕·秒(Pa ·s )。
图3- 2速度梯度当粘滞液体在细管中作稳恒流动时,若管的半径为R ,管长为L ,细管两端的压强差为ΔP 1 ,液体的粘滞系数为1,则在时间t 1内液体流经细管的体积V 可依泊肃叶公式求出:11148t P LRV(3-1)同理,对于同一细管,若换用另一种粘滞系数为2的液体,并假设这时细管两端的压强差为ΔP 2,体积仍为V 的液体流经细管所需时间为t 2,则有:22248t P LR V(3-2)由(3-1)式和(3-2)式得111222t tP P (3-3)如果实验时把细管铅垂方向放置,则压强差是由重力引起的,于是121212hg h g P P (3-4)此处1及2是两种不同液体的密度,将(3-4)式代入(3-3)式,得111222t t (3-5)可见,如果一种液体的粘滞系数1为已知,且两种液体的密度1及2可查表得到,则只要测出两种液体流经同一细管的时间t 1和t 2,即可根据(3-5)式算出被测液体的粘滞系数2.本实验是已知水的1值,求待测酒精的2值。
实验液体粘滞系数的测定
实验液体粘滞系数的测定一、实验介绍气体和液体统称为流体。
若流体各层之间作相互运动时,相邻两层间有内摩擦力存在,则将具有此性质的流体称为粘性流体。
现实中,酒精、甘油、糖浆之类的流体都是粘性流体。
而粘性液体的粘滞性在液体(例如石油)管道输送以及医药等方面都有重要的应用。
现代医学发现,许多心脑血管疾病与血液粘滞系数有关,血液粘滞会使流入人体器官和组织的血流量减少、血流流速减缓,使人体处于供血和供氧不足的状态中,可能引发多种心脑血管疾病。
所以,血液粘滞系数的大小成了人体血液健康的重要标志之一,对于粘滞系数的测定和分析就具有非常重要的现实意义。
通常测定液体粘滞系数的方法有很多,如落球法、落针法、比较法等等。
本实验采用奥氏粘度计测量酒精的粘滞系数。
奥氏粘度计是利用比较法制成的,适用于测定液体的比较粘滞系数,即两种不同液体都采用此仪器测量,如果其中一种液体的粘滞系数已知,则通过就可获得另一种液体的粘滞系数。
此仪器是测量液体粘滞系数的常用仪器。
二、实验目的1.掌握用奥氏粘度计测定粘性流体的粘滞系数.2.了解泊肃叶公式的应用。
3.了解比较法的好处.三、实验器材奥氏粘度计、温度计、秒表、洗耳球、量筒、量杯、刻度移液管(滴定管)、蒸馏水、酒精等。
四、实验原理气体和液体统称为流体。
若流体各层之间作相互运动时,相邻两层间有内摩擦力存在,则将具有此性质的流体称为粘性流体。
现实中,酒精、甘油、糖浆之类的流体都是粘性流体。
粘性流体的运动状态有层流(laminar flow)、湍流(turbulent flow)。
所谓层流,即流体的分层流动状态。
当流体流动的速度超过一定数值时,流体不再保持分层流动状态,而有可能向各个方向运动,即在垂直于流层的方向有分速度,因而各流体层将混淆起来,并有可能形成湍流,湍流显得杂乱而不稳定,这样的流动状态称为湍流。
对于粘性流体在流动时相邻流层之间的内摩擦力又称为粘性力。
并且根据牛顿粘滞定律,粘性力f的大小与两流层的接触面积S以及接触处流层间的速度梯度dsdx成正比,具体有如下关系式:ds f S dxη= (1) 式中,比例系数η称为流体的粘度。
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液体粘滞系数测定实验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(2)式中是液体的密度,是小球的密度,g是当地的重力加速度。
可见,只要测得,即可由(2)式得到液体的粘滞系数。
但是注意,上述推导包括(1)、(2)式都在特定条件下方才适用(见原理的第一段黑体字部分),通过对实验仪器和实验方法的设计,这些条件大多数都可以满足或近似满足(结合本实验所用仪器和实验步骤,思考一下哪些条件被满足,是如何做到的),唯独“无限广延”在实验中是无法实现的。
因此,为了准确测出液体的粘滞系数,我们需要进一步对实验进行设计,下面将分别在实验上采用外推法和在理论上对计算公式进行修正进行测量,这些方法体现了实验手段和理论手段在物理实验中的作用和特点,同时反映出针对同一个问题如何在实验中层层深入,不断提高测量结果的准确程度,而这正是物理学实验的魅力所在。
四实验设计4、1 外推法的实验设计与测量4、1、1横向“无限广延”之外推h图1多管落球法测量液体粘滞系数仪用上述落球法测量出来的收尾速度与液体尺度有关,那么我们不妨在实验中就对液体尺度的依赖关系进行定量研究,如果该依赖关系存在规律,则有可能对我们的测量带来帮助或指引。
由于上述讨论中对液体的形状没有做具体要求,我们在实验中采用试管作为容器,这样得到具有轴对称性的液柱,于是我们要研究的就是液柱的尺度大小对的影响。
为简化测量,可先固定液柱的高度,改变液柱横截面积,这可以用一组直径不同的试管来实现(见图1)。
将这些试管装上同种待测液体,安装在同一水平底板上,每个管子上都用两条刻线A、B标出相等的间距,记为(上刻线A与液面间应留有适当距离,使得小球(用直径最小的球)下落经过A刻线时,可以认为小球已进入匀速运动状态)。
依次测出小球通过管中的两刻线A、B间所需的时间,各管的直径用表示,则通过大量的实验,我们就可以得到与之间的关系。
已有的数据表明,与成线性关系。
即以为纵坐标轴,以为横坐标轴,根据实验数据可以作出一条直线(动手画画看!)。
这是个好消息,因为如果延长该直线与纵轴相交,其截距对应的是时的,而正好对应,于是我们用这种方法就可以外推出在横向“无限广延”的液体中,小球匀速下落通过距离所需的时间。
所以有(3)t1/D图2 t与1/D图t0将(3)代入(2),即可求出液体的粘滞系数:(4)若式中各量均采用国际单位,则的单位为帕•秒,记为,。
误差计算:(5)(6)最终测量结果表示成:(7)4、1、2纵向“无限广延”之外推为满足在纵向上“无限广延”这一条件,则小球的收尾速度还应修正为(8)其中,k 为常数,l为液体的深度。
将(3)式代入(8)式,可得(9)(9)式中,v、h、k及d均为常量,故与满足线性关系。
t01/l 图2 t0与1/l图t0’根据(9)式,如果向各圆管中加入适量的液体,在保持各圆管中的液体深度均为时,利用多管落球法之时外推出的小球匀速下落距离h所需的时间,当各管中的液体深度均为、,…,时,小球匀速下落距离h所需的时间,,…,作图,并进行线性拟合,延长直线与纵轴相交,纵截距为,则就是当(横向为无限广延)且(纵向为无限广延)时,小球匀速下落h 所需要的时间,故(10)将(10)式代入(2)式,可得(11)(11)式即为当液体在横向和纵向均满足“无限广延”条件下测量液体粘滞系数的计算公式。
4、1、3 小球半径无限小之外推由于在实验中采用玻璃圆筒作为容器盛放蓖麻油,这与斯托克斯定律第二假定所要求的“在无限广延的媒质中”的环境不同。
由流体力学可知:小球在容器中的下降速度要比在广延液体中的下降速度小,两者相差一个修正因子。
密立根通过实验得到的修正因子为:(12)式中R和r分别为容器和小球的半径,l为筒中液体的深度。
可见,对同样大小的球而言,圆筒内半径R越小,液体的深度l越小,修正因子越大;同样,对同一圆筒及一定深度的液体,球的半径r越大,就越大。
于是,可以想象,当小球的直径趋于零时,器壁对小球的影响亦将趋于零。
此时,量筒中的液体相对小球来说,也就可理解为“无限广延”的液体了。
但是直径趋于零的小球是无法实现的,此时如果运用外推方法,就可以帮助我们实现这种理想的状况。
由于液体的深度比量筒的直径大得多,在不考虑量筒的深度对落球的影响时,修正因子(13)则,液体粘度与量筒直径D及小球直径d有如下关系(14)式中是液体的真实粘滞系数,是用落球法测量得到的粘滞系数。
从(14)式可看出,和d成线性关系,因此可以用不同直径的小球测出若干个(此时,D和l尽可能大),并以为纵轴,d为横轴作出一d图线,再进行线性外推。
当0时,直线在纵轴上的截距就是液体真实的粘滞系数。
4、2 理论修正4、2、1 边界条件的理论修正上述外推法虽然能比较准确地测量出液体的粘滞系数,但小球的运动状态也会对测量结果产生影响,得到的测量结果仍存在未知误差。
那么有无更好的方法来解决这个问题呢?让我们从头开始换个方式思考,既然容器的边界效应对球体受到的粘滞力有影响,可否一开始就从理论上将液体尺度的影响因素考虑进来?实际上是可以的,通过流体力学的分析可以证明,在其他条件不变的前提下,对于本实验中采用的是具有轴对称性的柱状液体,不考虑小球运动状态的影响时,小球在其中所受粘滞力公式(1)应修正成:(15)同样用落球法进行测量,粘滞系数应相应地表示成:(16)其中,为容器内径,为量筒内待测液体的总高度,r为小球的半径。
4、2、2 小球运动状态的修正雷诺数修正不仅液体的边界条件对小球在其中的运动有较大影响,物体在均匀稳定液体中的运动实际上还受到雷诺数的影响。
雷诺数是描述流体运动或物体在均匀稳定液体中运动的一个重要的无量纲参数:(17)其中是液体密度,是物体运动速度或流体稳定流速,是运动物体的线性尺度,对本实验而言即小球直径,是液体的粘滞系数。
雷诺数的大小决定了物体在液体中的运动方式,一般当(相当于小尺度物体在低密度、高粘滞系数的液体中进行低速运动)时称低雷诺数运动,此时液体中的粘滞力起主导作用,而液体的惯性力可以忽略,运动物体感受到周围液体以层流方式流动;而当时(相当于大尺度物体在高密度、低粘滞系数的液体中进行高速运动)称物体做高雷诺数运动,此时液体的惯性力作用逐渐增强,尤其是当雷诺数超过某个阈值时(一般)液体中的粘滞力可以忽略,物体感受到周围液体以湍流方式流动,展现出非常复杂的混沌效应。
由于雷诺数对物体在液体中的运动影响很大,即便是对小雷诺数下的运动,公式(15)也需要做进一步修正,此时粘滞力在(15)式的基础上还要再乘上一个与雷诺数有关的修正项:(18)由上式可见,当较小时,可以只考虑第一级修正,随着逐渐增大,需要将第二、第三甚至更多级的修正考虑进来,而当时,公式中的修正项会变得比主项还大,这表明此时流体内的运动已经产生质的变化,基于斯托克斯公式的(18)式不再适用。
在实际操作中,一般当时我们仅考虑第一级雷诺数修正(为什么?),此时粘滞系数计算公式可以写成(试着推导一下):(19)五实验内容1、液体横向和纵向“无限广延”之外推法测量蓖麻油的粘滞系数提示:采用直径最小的刚球,在不同的液体深度下(约4个深度l值),分别测量4个管子中小球下落液体高度h (15cm左右,具体数据需要测量)所用的时间(选择5-6个刚球在同一个管子中下落,记录每个小球下落时间,该过程不可打捞落入液体中的刚球,否则会改变液体的流动状态)。
2、小球半径无限小之外推法测量蓖麻油的粘滞系数提示:在保证所用管子直径最大和所装液体最深时,利用直径不同的小球测量其在液体中下落高度h所需的时间。
3、利用理论修正公式(19)测量和计算蓖麻油的粘滞系数提示:管子的直径D最大,液体的深度l最深,小球的半径r最小。
六操作说明1.用螺旋测微器测量小钢球的直径d (选不同方向测量5次后取平均)。
2.用游标卡尺测量各管子的内直径D (选不同方向测量5次后取平均)。
3.用钢板尺测量管子上A、B刻线间的距离(选不同方向测量5次后取平均)。
4.用镊子将浸润后的小钢球依次从各管子上端液面中心处放入,并用秒表记下小钢球在管子中A、B刻线间下落的时间t 。
5、用厘米刻度尺测量各试管内液体总高度。
注意:自行设计数据表格七数据处理要求1.对应于每一个液体深度l,以t为纵坐标轴,以为横坐标轴,作出一条直线,延长该直线与纵轴相交,求截距t0,共4张图。
2、以t0为纵坐标轴,以为横坐标轴,作出一条直线,延长该直线与纵轴相交,求截距。
3.利用公式(11)计算粘滞系数。
4、把利用不同直径的小球测出的若干个值,以为纵轴,以d为横轴作出一d图线,再进行线性外推,求纵截距即为液体真实的粘滞系数。
5、利用所测数据,分别计算各试管内考虑边界条件修正后的粘滞系数(用公式(16)计算,数据用管子直径D和液体深度l最深,且小球直径d最小的一组数据),并与用外推法(公式(11)测得的值进行比较,说明本实验中边界条件的理论修正是否有效。
6、利用所测数据,估算本实验中小球运动的雷诺数,并根据估算值判断是否需要进行雷诺数修正,如是,则利用公式(19)计算修正后的,分别与外推法得到的和边界条件修正后得到的进行比较,说明本实验中雷诺数修正是否有效。
八注意事项1.待测液体应加注至管子内刻线A上一定位置,以保证小球在刻线A、B间匀速运动。
2.小球要于管子轴线位置放入。
3.放入小球与测量其下落时间时,眼与手要配合一致。
4.管子内的液体应无气泡,小球表面应光滑无油污。
5.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。