2021年用落球法测液体黏度实验报告带数据

试验日期: .5.24 试验时间: 8: 30-12: 00 姓名: 方小柒 学号: ********** 年级: 19级 专业: 化学类

试验题目: 用落球法测液体黏度

一、试验目:

1.掌握用落球法测量液体粘滞系数。

2.了解用斯托克斯公式测量液体粘滞系数原理, 掌握适用条件。 3.测定蓖麻油粘滞系数。

二、试验仪器:

蓖麻油, 玻璃圆筒, 游标卡尺, 米尺, 电子秒表, 小钢球, 螺旋测微器, 天平, 镊子, 密度计, 温度计

三、试验内容:

（1）用米尺测量小球匀速运动旅程上、 下标识间距离L（L在试验过程中不许可修改）。

（2）用秒表分别测量直径d=2.000mm和d=1.500mm小球下落L所需要时间t, 反复测量6次, 取平均值。 （3）将测量数据填入数据表格。

四、试验原理:

2、 用落球法测量液体黏度

当小球在液体中运动时, 见下图, 将受到与运动方向相反摩擦阻力作用, 这种阻力即为黏滞力。它是因为粘附在小球表面液层与邻近液层摩擦而产生。当小球在均匀、 无限深广液体中运动时, 若速度不大, 球体积也很小, 则依据斯托克斯定律, 小球受到黏滞力为

F=6πηvr

式中, η为液体黏度, v为小球下落速度, r为小球半径。假如让质量为m, 半径为r小球在无限宽广液体中竖直下落, 它将受到三个力作用, 即重力G, 液体浮力F浮, 粘滞力F。 F=6πηvr F浮=4/3πr3ρ0g

G=mg G=F- F浮=0

(m=由此可得液体粘滞系数为:

4r30)g36rv0

若测量小球以匀速率v0下落距离L所用时间t, 则液体粘滞系数为:

43(mr0)g3=t6rL（1）

因为试验中, 小球是在内半径为R（直径为D）玻璃圆筒内下落, 圆筒直径和液体深度都是有限, 所以实际作用在小球上粘滞阻力将与斯托克斯公式给出略有不一样。当圆筒直径远远大于小球直径, 且液体高度也远大于小球直径时, 其差异是很微小。所以, 在求粘滞系数时我们加上一项修正项, 将上述粘滞系数公式

4r30)g3=tr6rL（1+2.4）R变为

(m此次试验中我们忽略因为试验条件所引入修正, 用公式（1）计算液体粘滞系

4r30)g3=t6rL4(0)r3g3=t6rLd24(0（))g2=t18L(0)d2gt18L数:

(m其中: ρ 、 ρ0 、 d、 L分别为小球密度、 液体密度、 小球直径、 小球匀速下落高度。

图3 小球下落示意图

当小球在液体中下落时, 作用在小球上力有重力ρgV, 浮力ρ0gV和黏滞力6πηvr, 其中ρ和ρ0分别是小球和液体密度, V是小球体积, 三个力都在竖直方向, 重力向下, 浮力和黏滞力向上。当小球刚开始下落时, 重力大于浮力和黏滞力之和, 小球向下做加速运动。伴随速度增加, 黏滞力逐步加大, 当速度达成一定值时, 作用在小球上各个力达成平衡, 于是小球匀速下落

上式适适用于小球在无限深广液体内运动情况。考虑到器壁对小球运动影响, 试验中要注意使小球以初速度为零沿轴线位置下落。如上图所表示, 射小球下落距离为L, 小球经过距离为L所用时间为t, 则

1(ρ−ρ0)𝑔𝑑2𝑡η= 18𝐿五、试验步骤:

Ⅰ、 步骤简述: 1．调整底座水平。 2．调整底盘水平。

3．确定小球下落间距L（试验过程中不许可改动）。

4．统计测量结果; 用镊子夹起小球, 先在蓖麻油中浸一下, 然后在圆筒靠近液面处轻轻投下, 自由落体下落, 然后用秒表统计每次小球经过L所用时间t, 每个小球反复试验六次。 Ⅱ、 线上操作: 1.主窗体介绍

成功进入试验场景后, 试验场景主窗体以下图所表示

落球法测液体黏度试验场景

2. 正式开始试验

1、 拖动场景中米尺至量筒右侧。

2、 在玻璃量筒大视图中调整开始、 结束高度, 点击数据表格中“确定按钮”, 保留状态。试验过程不许可再调整计时高度。

3、 打开秒表大视图, 准备计时。 4、 测量直径2.000mm小球下落时间。

1）拖动镊子至盛放2.0mm钢球砝码盒处, 夹取钢球。

2）拖动钢球至玻璃量筒处, 松开鼠标, 钢球下落。

5、 测量钢球下落时间

6、 参考步骤3、 4、 5, 反复测量大、 小钢球下落时间。统计到数据表格, 计算液体黏度系数。

7、 拖动吸铁石, 将钢球从量筒底部取出。

8、 结束试验。

六、试验数据: 1.试验数据统计

匀速下落区L/cm d/mm 2 1.5 液体密度kg.m-3 t1 5.38 9.58 t2 5.42 9.56 1.26×10−3 t3 5.30 9.58 25.00-2.98-22.02 t4 5.54 9.50 钢球密度kg.m-3 t5 5.38 9.54 t6 5.40 9.58 分别测量直径为2mm和1.5mm小球匀速下落时间 7.80×10−3 2.试验数据处理

d/mm L/cm 下落L高度η/Pa.s 所用平均时间/s 2 1.5 22.02 22.02 5.40 9.56 0.3493 0.3478 t1=（5.38+5.42+5.30+5.54+5.38+5.40）/6=5.40 t2=（9.58+9.56+9.58+9.50+9.54+9.58）/6=9.56 七、思索题

1、 为了做好本试验, 应尤其注意哪几点？

答: 筒内油须长时间静止放置, 以排除气泡, 使液体处于静止状态。试验过程中不可捞取小球, 不可搅动。

将小钢球在液体中浸一下, 然后用镊子把小钢球沿量筒中心轴线近液面处自由落下。

液体粘滞系数随温度改变而改变, 所以测量中不要用手摸量筒。 在观察小钢球经过量筒标志线时, 要使视线水平, 以减小误差。 2、 若将筒内油温升高部分, 对测定结果有何影响？

答: 遵照热胀冷缩原理, 食用油加热后体积变大, 密度相对就会变小。ρ0减小, 造成测得结果偏大

3、 斯托克斯公式应用条件是什么？本试验是怎么样满足这些条件, 是怎么修正？

答: 无限宽广液体, 无涡流, 液体静止, 小球刚性, 表面光滑, 恒温条件, 无初速度下落, 匀速过程满足该公式

本试验采取刚性小球, 使小球半径远小于液面, 体积可忽略不计, 放入小球时尽

可能轻来满足公式适用条件

修正d/2R.前乘修正系数2.4; d/2h前乘修正系数3.3

4、 在测量t时, 怎样避免在判定小球经过N1和N2时视差？ 用不透明物体, 如白纸等档住N1上方, N2上方