实验三 液体粘滞系数的测定

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1、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。22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C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、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。实验原理玻璃缸一切实际液体都具有一定的“粘滞性”

2、，BA温度计V当液体流动时，由阀门1打气球层有不同的流速v （如图3-2），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dv式中的比例系数耳叫做粘滞系数，又叫内磨擦系数。不同的液加的液贮液泡体具有不同的粘滞系数。一般情况下，液体的耳值随温度的升速度梯图 3 - 2高而减少。在国际单位制中，耳的单位为帕秒（Pas）。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AP1，液体的粘滞系数为1，则在时间-内液体流经细管的体积V可依泊肃叶公式求出:V =- A P -18 耳 L 松

3、开固定粘度计的夹子，取出粘度计，分别将蒸馏水灌入粘度计的B管、C管中冲 洗粘度计，并用打气球将水挤出。11（3-1）同理，对于同一细管，若换用另一种粘滞系数为耳2的液体，并假设这时细管两端的压 强差为AP2，体积仍为V的液体流经细管所需时间为12，则有：兀R打开阀门1和阀门2,将蒸馏水由C管灌入粘度计内，灌到贮液泡四分之三的体积V = A P t8 n l 把洗好的粘度计放在充满水的玻璃缸中，将粘度计调整为铅垂状态，此时旋紧固定 粘度计的夹子。 在实验过程中，为尽量保证温度稳定，特将粘度计放在盛有室温水的玻璃缸内进行。 22（3-2） 由（3-1）式和（3-2）式得A P tn = 2 才n2

4、A P t 111（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A Pp g h p廿=2=2-A Pp g h p1 1 1（3-4）此处p及p2是两种不同液体的密度，将（3-4 ）式代入（3-3）式，得P tn =2 旷n2 p t 111（3-5 ）可见，如果一种液体的粘滞系数S为已知，且两种液体的密度p 及p 2可查表得到，则只要测出两种液体流 经同一细管的时间11和12，即可根据 （3-5 ） 式算出被测液体的粘滞系数 n 2本实验是已知水的n 值，求待测酒精的耳2 值。粘滞系数的测定是医学和生物实验中常常遇到的。这种由一种物质的已知量n 1求得另 一种物质的

5、相应未知量n 2方法称之为比较测量法，是实验科学中常用的方法之一。C温度2CP1数项次数蒸馏水 .-（s）酒精12（S）绝对误差 11（蒸馏水）（s）绝对误差 11（酒精）（S）123平均C时，即可停止注入蒸馏水。5. 关闭阀门1和旋紧阀门2,用手按动打气球，此时水开始从B管中上升，当蒸馏水 上升到 B 管顶端的小泡位置时，即可停止打气。6. 先打开阀门1，然后再旋松阀门2，此时水开始从B管中往下降，当水面刚刚降落 到刻线N时，用秒表计时，直到液面下降到N时停止计时，这个时间间隔即为117. 重复步骤5、步骤6，测量水流过N、N 所用的时间重复3次，将数据填入表 中。8. 记下玻璃缸中温度计的

6、读数 T19. 将粘度计取下，倒出蒸馏水，用待测液（本实验用酒精）精洗一下粘度计，然后倒 出酒精。10. 把用待测液（酒精）清洗后的粘度计放入玻璃缸中，并调成铅垂状态，固定住粘度 计。11. 将待测液（酒精）从 C 管中灌入，灌到贮液泡体积的四分之三时，即可停止注入 酒精。12. 重复步骤5、步骤6，测量酒精流过N、N所用的时间12，重复3次，将数据填 入表中。13. 记下玻璃缸中温度计的读数 T214. 实验完毕将酒精倒入回收酒精的烧杯中。15. 从本实验讲义的附表中，查出实验温度下水的密度P1和水的粘滞系数1值，再查 出待测液体的密度P 2，根据（3-5）式求出待测液体的粘滞系数“ 2数据

7、记录与处理查表：水的密度酒精的密度P 2=水的粘滞系数“ 1 =P - t耳 =2 才-=计算：2P 1 - 111A tA tE = 十 + 才=2 tt12Aq =耳 E耳 =2 2 2结果：耳 2 = 2 土 An 2 =注意事项1. 打气时不要过猛，以免水从 B 管中喷出。2. 本实验过程中，拿取粘度计及清洗粘度计时，要用拇指和食指拿住最粗的管子即 A 管，切记不可大把抓。3. 在测量过程中，粘度计要竖直放置并浸入玻璃缸的水中。思考题1实验中应注意哪些事项？2本实验中误差产生的主要原因是什么？方法二： 用奥氏粘度计测定乙醇的粘滞系数实验目的1 1 进一步理解液体的粘滞性。2 2 掌握用

8、奥氏粘度计测定液体粘滞系数的方法实验器材奥氏粘度计、温度计、秒表、乙醇、蒸馏水、移液管、洗耳球、大烧杯、物理支架。仪器描述奥氏粘度计的形状如图3-3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泡上下各有一刻痕m和n.以下是一段截面积相等的毛细管 L .实验原理当粘滞系数为“的液体在半径为R、长为L的毛细管中稳定流动时，若细管两端的压强差为AP则根据泊肃叶定律，单位时间流经毛细管的体积流量Q为3-6)本实验用奥氏粘度计,采用比较法进行测量。实验时，常以粘滞系数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,再用洗耳球将水从A泡吸到B泡内，使水面高于刻痕m，然

9、后将洗耳球拿掉,只在重力作用下让水经毛细管又流回A泡，设水面从刻痕m降至刻痕n所用的时间为11 ；若换以待测液体，测出相应的时间为 t2 ，由于流经毛细管的液体的体积相等，故有V1 = V2 ，即Q1t1 =Q2t2兀 R 4 A P2 t8耳L 22即得A P - t22A P - t113-7)式中“ i和“ 2分别表示水和待测液体的粘滞系数。设两种液体的密度分别为P 1和P 2，因为在两次测量中，两种液面高度差Ah变化相同，则压强差之比为A P P gAhP1- = 1 = 1A P P g A hp2 2 23-8)代入式（3-7）,得p t 耳 =2 2 耳2 pt 1113-9）

10、从本实验讲义的附表中查出实验温度下的P. P 2和耳1值，则根据式（3-9 ）可求得待测液 体的粘滞系数“ 2。实验步骤 1在大烧杯内注入一定室温的清水，以不溢出杯外为度，作为恒温槽。2用蒸馏水将粘度计内部清洗干净并甩干，将其铅直地固定在物理支架上，放在恒温 槽中。3用移液管将一定量的蒸馏水（一般取510ml）由管口 C注入A泡。注意：取水和 取待测液体的用具不要混用，每次应冲洗干净。4. 用洗耳球将蒸馏水吸入B泡，使其液面略高于刻痕m，然后让液体在重力作用下经 毛细管L流下。当液面降至痕线m时，按动秒表开始计时，液面降至痕线n时，按停秒表, 记下所需时间 t1 重复测量 t1 三次。5. 将

11、蒸馏水换成待测液体乙醇，重复上述步骤3和步骤4,测量同体积的乙醇流经毛 细管时所用时间12，重复测量三次。（先将粘度计用待测液体乙醇清洗一下）6.测量恒湿槽中水的温度T.数据记录与处理查表与记录：T=C蒸馏水的密度P1=kg / m3乙醇的密度P 2=kg / m3蒸馏水的粘度系数耳i =P as数项蒸馏水乙醇11的绝对误差12的绝对误差t i（s）12（s） 11（s） 12（s）计算：2p 1 -1 1A tA tE = 廿+ 旷=2 t t12Aq =耳 -E耳 =2 2 2结果：耳 2 =n 2 AH 2 =思考题1 为什么要取相同体积的待测液体和标准液体进行测量？2为什么实验过程中要

12、将粘度计浸在水中？3测量过程中为什么必须使粘度计保持竖直位置？方法三： 用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数实验目的1 1掌握用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数的方法。2 2熟悉使用基本测量仪器。实验器材盛有被测液体（甘油）的量筒、温度计、镊子、小球（g 1.0mm钢滚珠）、秒表、米 尺、千分尺、提网等。实验原理一个半径为的 r 小球，以速度 v 在无限广阔的液体中运动,当速度较小（不产生旋涡） 时，根据斯托克斯定律，它所受到的粘滞阻力为F = 6冗耳ru（ 3-10 ）需要指出，力 F 并不是小球表面和流体之间的摩擦力，而是附着在小球表面同小球一 起运动的一层液体与周围液体之间的内摩擦力。耳为液体

13、的粘滞系数或内摩擦系数，它与小 球的质料无关，仅取决于液体的种类和温度。耳的单位为Pas在本实验中，是使小球在甘油中竖直下落，当下落速度增到一定数值时，小球受到的粘 滞阻力和重力、浮力达到平衡，因此小球以匀速度开始下落，这样就可测定它的下落速度， 由（ 3-10 ）式和平衡条件可得43兀 r 3（p o ）g = 6 兀耳 ru3（ 3-11 ）p或o分别是小球和液体的密度。由（3-11 ）式可得2 （p o）g r2n =-9u（3-12） 但此式仅以流体为无限广阔的情况下方能成立，实际上小球是在内直径为 d1 的量筒中下 落,因此还需加上一校正系数，同时注意到u = L / t（L和t分别

14、为小球下落的距离和时间）, r = d2 /2（d2为小球直径），于是（3-12 ）式应改为（p o ） g d 21n =22.4 d18 L （1 +才）d1（3-13）2.4 d（1 +尸）=1.088在本实验中，取di,g = 9.8m/s2 ,已知小球密度p = 7.800xl03kg/ m3，甘油的密度o = 1.260xl03 kg/m3，测得L、t、d 2等量，便可由（3-13 ）式算出被 测液体甘油的粘滞系数n .实验步骤1用千分尺测定小球直径 d2 五次。2. 将小球放在盛有被测液体（甘油）的量筒管中央，使其在液体中徐徐下落。当落至量筒上部刻线A （见图3-4 ）时，启动秒

15、表，当落至下 部刻线B时，停止秒表，测出小球通过A、B刻线间所需时间t （注意眼 睛应平视刻线 A、 B）。3用提网将小球提起，重复步骤 2，测五次。4.记下油温（即室温T），用米尺量A、B间的距离L，测五次。 5由（3-13）式分别计算出五次测量所得甘油的粘滞系数，再算出 其平均值。6. 算出五次测量的绝对误差，再算出平均绝对误差、平均相对误 差，并将结果表示成耳=n An =的标准形式。数据记录与处理 次目、数、d2 (m)t ()L (m)(Pa s )(Pa s )12345平均结果：n = n An =注意事项甘油必须静止，油中应无气泡，小球表面必须清洁，表面不带气泡，筒要铅直；小球

16、应 在筒中心徐徐下落，刻线 A 不能取在靠近液面处；用提网将小球提起时，注意别让小球从 提网与筒间的缝隙掉落筒底。附录附表1不同温度下酒精的密度（103kg / m3）t rc密度t rc密度t rc密度t rc密度00.806150.794220.787290.78250.802160.793230.786300.781100.799170.792240.786400.772110.797180.791250.785500.763120.796190.790260.784900.754130.795200.789270.784140.795210.788280.783附表2不同温度下纯水的密

17、度(103kg / m3)t /C密度t /C密度t /C密度t /C密度00.999871 0.999932 0.999973 0.999994 1.000005 0.999996 0.999977 0.999938 0.999889 0.9998110 0.9997311 0.9996312 0.9995213 0.9994014 0.9992715 0.9991316 0.9998717 0.9988018 0.9986219 0.9984320 0.9982321 0.9980222 0.9978023 0.9975624 0.9973225 0.9970726 0.996812222

18、0.78723 0.78624 0.78625 0.78526 0.78427 0.9965428 0.9962629 0.9959730 0.9956731 0.9953732 0.9950533 0.9947334 0.9944035 0.99406附表3 水在130 C的粘滞系数(X 10-3 Pa s )t /C粘滞系数t /C粘滞系数t /C粘滞系数11.7313111.2713210.981021.6728121.2360220.957931.6191131.2028230.935841.5674141.1709240.914251.5188151.1404250.893761.4

19、728161.1111260.873771.4284171.0828270.854581.3860181.0559280.836091.3462191.0299290.8180101.3077201.0050300.8007注：实验中温度可 记到度以后一位 数(或两位数)。例如，15.78 C,这时从表中只能查 出15 C 和16 C所对应的粘度系数分 别为1.1404 X 10-3Pas和1.1111 X 10-3Pas,可见从15 C上升到16C时的1C中，水 的粘滞系数 降低了( 1.1404 X 10-3 1.1111 X 10-3 ) Pas,于是可以认为从15C上升到15.78 C

20、的0.78 C中，其粘 滞系数降低 了0.78 X ( 1.1404 1.1111 ) X 10-3Pas ,因此 15.78 C 的水的 粘滞系 数即为1.1404 0.78 X (1.1404 1.1111) X 10-3 Pas=1.1175 X 10-3 Pas 或为(1.1111+ 0.22 X 0.0293 )X 10-3 Pa s = 1.1175 X 10-3 Pa s。这种方法称为内 插法读数或函差法读数。附表4甘油的粘滞系数n(Pa s )t /C0615212530n12.116.262.331.490.9540.829附表5 不同温度下酒精的粘滞系数n(10-4Pa s )t /C0510152025303540n n17.7316.2314.6613.3212.0010.9610.039.148.34