資源描述：
《轉(zhuǎn)筒法測定液體的粘度.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、物理實驗課程〉〉轉(zhuǎn)筒法測定液體的粘度轉(zhuǎn)筒法測定液體的粘度儀器介紹
2、習(xí)題
3、儀器使用維護(hù)方法
4、問題交流實驗簡介當(dāng)一種液體相對于其他固體、氣體運動，或同種液體內(nèi)各部分之間有相對運動時，接觸面之間在摩擦力。這種性質(zhì)稱為液體的粘滯性。粘滯力的方向平行于接觸面，且使速度較快的物體減速，其大小與接觸面面積以及接觸面處的速度梯度成正比，比例系數(shù)稱為粘度。表征液體粘滯性的強弱，測定可以有以下幾種方法：（1）泊肅葉法，通過測定在恒定壓強差作用下，流經(jīng)一毛細(xì)管的液體流量來求；（2）轉(zhuǎn)筒法，在兩筒軸圓筒間充以待測液體，外筒作勻速轉(zhuǎn)動，測內(nèi)筒受到的粘滯力矩；（3）阻尼法，測
5、定扭擺、彈簧振子等在液體中運動周期或振幅的改變；（4）落球法，通過測量小球在液體中下落的運動狀態(tài)來求。對液體粘滯性的研究在物理學(xué)、化學(xué)化工、生物工程、醫(yī)療、航空航天、水利、機(jī)械潤滑和液壓傳動等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本實驗的目的是通過用落球法和轉(zhuǎn)筒法測量油的粘度，學(xué)習(xí)并掌握測量的原理和方法。實驗原理n轉(zhuǎn)動柱面間的流體運動公式轉(zhuǎn)筒粘度計結(jié)構(gòu)如圖5.2.2-2所示，把一個用張絲懸掛的長為，半徑為的圓柱體A放入盛有液體的內(nèi)半徑為的圓筒B中，保持圓柱體A與圓筒B共軸，如圖5.2.2-3所示。如果圓筒B以角速度轉(zhuǎn)動，且當(dāng)速度較小時，介于A與B之間的液體將會被帶動而
6、逐層轉(zhuǎn)動。垂直于轉(zhuǎn)軸的平面上的流線將是一系列的同心圓，如圖5.2.2-4所示。當(dāng)液層的轉(zhuǎn)動達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，距離中心軸線半徑為處的液層受到的粘滯力為(10)式中是處液層的速度梯度，是這一層液面的側(cè)面積，為粘度。而式中的即為處液層的線速度，可以由納維葉-斯托克斯方程解出(11)式中和為常數(shù)，可由邊界條件確定。注意到圓柱體A受到粘滯力矩的作用發(fā)生轉(zhuǎn)動，引起其上面的張絲扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的恢復(fù)力矩也作用在圓柱體A上。即有(12)(13)式中表示圓柱體A測面處（）液層的徑向速度梯度，則為圓柱體A的側(cè)面積，為張絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)，為圓柱體的偏轉(zhuǎn)角。當(dāng)粘滯力矩和恢復(fù)力矩平
7、衡時，液體的流動呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，圓柱體A則停止轉(zhuǎn)動，處在某一位置上。由于張絲上粘有小鏡，可以反射光線，則可以由反射光線的偏轉(zhuǎn)確定。于是：當(dāng)時，當(dāng)時，代入式（11）可以解得(14)沿方向的速度梯度為首頁網(wǎng)站地圖使用說明更新日志(15)聯(lián)系我們處的液層速度梯度為(16)代入式（12），得(17)又，則(18)n張絲扭轉(zhuǎn)系數(shù)的確定張絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)可以通過扭轉(zhuǎn)法來測定：把長圓柱體懸掛在張絲下，然后轉(zhuǎn)一個角度讓其作周期性扭轉(zhuǎn)成為扭擺。其周期取決于扭轉(zhuǎn)系數(shù)和圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量，即(19)如果在圓柱體下端加一個圓環(huán)，并使其與圓柱體同軸，設(shè)圓環(huán)的外半徑為、內(nèi)半徑為、質(zhì)量
8、為，則其轉(zhuǎn)動慣量為(20)整個系統(tǒng)的擺動周期則為(21)合并式（19）和（21），消去，得到(22)可見，只要測定和，即可確定扭轉(zhuǎn)系數(shù)。n消除圓柱體端面的影響上面的討論忽略了圓柱體兩端面的影響，為了消除這種影響，我們用兩個半徑相同、高度分別為和的圓柱體在相同條件下各做一次實驗。設(shè)兩端面的粘滯力矩為，則(23)(24)兩式相減，得到(25)考慮到，為外圓筒B的轉(zhuǎn)動周期，其中反射光點在標(biāo)尺上的偏移量，為反光鏡到標(biāo)尺的距離，代入式（25）后，得到(26)n實驗中使用的公式將扭轉(zhuǎn)系數(shù)的表示式（22）代入式（26），得(27)其中(28)為與儀器幾何參量和圓
9、環(huán)轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)的參數(shù)。實驗重點nM個同類小球盡量找直徑比較接近的。n每個小球應(yīng)從量筒中心盡量接近液面處輕輕投下。n注意量筒底部是凸起的，高度如何測量。實驗內(nèi)容用轉(zhuǎn)筒法測量液體的粘度，為此應(yīng)作以下操作和測量：n儀器調(diào)節(jié)l根據(jù)水平氣泡儀，調(diào)節(jié)底腳螺絲，將平臺調(diào)至水平。l將深度游標(biāo)卡尺安裝在調(diào)節(jié)架上，用鉛直線調(diào)節(jié)深度游標(biāo)尺，使之豎直（用圖5.2.2-2中的21和22分別調(diào)節(jié)）。l將張絲、小鏡、對接接頭、短圓柱體組成的系統(tǒng)安裝在零點調(diào)節(jié)器的夾緊螺絲24上，把同軸量規(guī)放在外轉(zhuǎn)筒的筒口上，然后降低深度游標(biāo)卡尺，使內(nèi)圓柱的下端接近同軸量規(guī)，調(diào)節(jié)平臺上的螺絲23，
10、使內(nèi)圓柱體與外轉(zhuǎn)筒同軸。n長、短圓柱體的角偏移測量l用注射器將4ml待測液體注入外轉(zhuǎn)筒。l調(diào)節(jié)深度游標(biāo)卡尺的高度，使圓柱體浸入待測液體中，并保證圓柱體的上底距液面1cm，下底距筒底1cm。l調(diào)節(jié)標(biāo)尺使其曲率中心正好在張絲的軸心上，調(diào)節(jié)聚光器，使光斑落在標(biāo)尺上且成像清晰，調(diào)節(jié)零點調(diào)節(jié)器使光斑盡量接近零點，記下光斑的起始位置，用鋼板尺測量。l開動電機(jī)使外筒轉(zhuǎn)動，記下光斑穩(wěn)定后的位置，然后關(guān)閉電機(jī)，則得到。l拉起深度游標(biāo)卡尺，用長圓柱體代替短圓柱體，重復(fù)（2）、（3）、（4）步驟，得到。n張絲扭轉(zhuǎn)系數(shù)的測定l提起深度游標(biāo)卡尺，使圓柱體做扭擺運動，用停表測
11、定它的振動周期（注意周期數(shù)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)多，如100周期），多次測量區(qū)平均值。l在圓柱體下端加上標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)，重復(fù)（1）的測量，得到
