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

tQV

η

8Δπ4

==

(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：

14

1

8Δπ

t

VLPr

=η

24

2

8Δπ

t

VLPr

=η

两式中r

，V，L相同，所以

1122

12

ΔΔ

tPtP

=

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 图1 奥氏粘度计

4412

12

12

ΔΔ

ΔΔ

ρρ

ρρ

==

hghg

PP

(4)

将(4)式代入(3)式，得到

1122

12

tt

ρρ

ηη

=

即

1122

12

tt

ρρ

ηη

=

(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

。(5)式表明，待测液体的粘滞系数η

2是与标准液体粘滞系数η

粘滞系数实验报告

一、实验目的：

1.进一步理解液体的粘性。

2.掌握用奥氏粘度计测定液体粘度的方法。

二、实验原理：

当粘度为η的液体在半径为 R、长为 L 的细毛细管中稳定流动时，若细管两端的压强差为△P，则根据泊肃叶定律，单位时间流经毛细管的体积流量 Q 为

LP RQ84

（19-6）

本实验使用奥氏粘度计，采用比较法进行测量， 实验时常以粘度已知的蒸馏水作为比较的标准。先将水注入粘度计的球泡 A 中，在用洗耳球将水从 A 泡吸到 B 泡内使水面高于刻度 m，然后把洗耳球拿掉，只在重力作用下让让毛细管又流回 A 泡，设水面从刻痕

n 下降至于刻痕 n 所用的时间为 t1，若换以待测液体测出相应的时间 t2，由于毛细管的液体的体积相等，固有

2 1V V ，即 2 2 1 1t t Q Q

则

1114t8LP R=2224t8LP R 即得

122112ttPP

（19-7）

式η1 中η2 和分别表示水和待测液体的粘度.设两种液体的密度分别为ρ1 和ρ2，因为在两次测量中，两种液面高度差△h 变化相同，则压强差之比为

2121 1h gh g2 PP

（19-8）

带入式（19-8），得

11 12 22tt

（19-9）

从本实验的讲义的附录表中查出实验温度下的ρ1、ρ2 和η1，则根据式可求得待测液体的粘度η2。

三、实验仪器：

奥氏粘度计、温度计、秒表、乙醇、蒸馏水、移液管、洗耳球、大烧杯、物理支架。

奥氏粘度计如图 19-3 所示，是一个 U 形玻璃管‘B 泡位置较高，为测定泡；A 泡位置较低，为下储泡；B 泡上下各有一条刻痕 m

和 n’以下是一段截面相等的毛细管 L。

四、实验内容和步骤：

实验19 液体粘滞系数的测定

液体粘滞系数是描述液体粘滞阻力大小的物理量，是一个重要的物理参数。在工程领域中，液体粘滞系数的测定对于液体的输送、化学反应、流体力学等领域有着很重要的应用。

一、实验目的

本实验的主要目的是通过使用U型管粘滞测定仪器来测定液体的粘滞系数及了解其测定原理和方法，提高实验的操作技能和实验数据的处理能力。

二、实验原理

1.粘滞现象

当两个平面或曲面接触时，由于吸附力的作用，表面上存在着一层相对稳定的拟液膜，称为“界面”，界面内部不仅存在相对排斥的力，还存在着相互作用的吸附力，因而界面内的流体层发生变形时，会阻碍周围流体的运动，形成剪切力和粘滞现象。

2.粘滞系数

流体受到剪切应力，流体内部各层之间产生相对运动或滑动，由于分子间交换的能量和动量，分子表面产生较大的应力但在流体内部则会产生抵抗这种运动的阻力，这种阻力就称为粘滞阻力。粘滞系数与粘度有一定的关系，通常用粘滞系数来描述流体粘滞阻力的大小。

3.U型管法

U形管法是最常用的粘滞系数测定方法之一，其原理是利用流体在管内流动时所产生的粘滞阻力，作用于U型管两边，使管中沉降一定位移，测定所需外加压力 P 即可得到液体的粘滞系数 η。

三、实验步骤

1.将U型管装置固定在支架上，取出两个不同颜色、相对不易混合、密度相近且有较好可见性的液体，并在测定前场两者混合，使其均匀。

2.取出一定量的混合液倒入U型管中，并记录初始高度 H0。

3.用球阀开启进液端，调整进出液阀的大小，使流动连续、稳定。注意，流量不能过大，否则液位变化太快，难以测定。 4.记录液位位置变化情况，连续3-4个相邻时间点的读数的时间间隔一般不超过5秒。

5.做三组数据，每组数据至少需要取两个不同液位高度的数据，以求得较精确的粘滞系数。

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：