轉(zhuǎn)筒法測(cè)定液體的粘度.doc

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1、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介當(dāng)一種液體相對(duì)于其他固體、氣體運(yùn)動(dòng)，或同種液體內(nèi)各部分之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(qiáng)弱，測(cè)定可以有以下幾種方法：<1）泊肅葉法，通過測(cè)定在恒定壓強(qiáng)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(cè)液體，外筒作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)內(nèi)筒受到的粘滯力矩；<3）阻尼法，測(cè)定扭擺、彈簧振子等在液體中運(yùn)動(dòng)周期或振幅的改變；<4）落球法，通過測(cè)量小球在液體中

2、下落的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來求。對(duì)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(rùn)滑和液壓傳動(dòng)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。b5E2RGbCAP本實(shí)驗(yàn)的目的是通過用落球法和轉(zhuǎn)筒法測(cè)量油的粘度，學(xué)習(xí)并掌握測(cè)量的原理和方法。?實(shí)驗(yàn)原理n???????轉(zhuǎn)動(dòng)柱面間的流體運(yùn)動(dòng)公式10/10轉(zhuǎn)筒粘度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖5.2.2-2所示，把一個(gè)用張絲懸掛的長(zhǎng)為，半徑為10/10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(dòng)，且當(dāng)速度較小時(shí)，介于A與B之間的液體將會(huì)被帶動(dòng)而逐層轉(zhuǎn)動(dòng)。

3、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(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，距離中心軸線半徑為處的液層受到的粘滯力為p1EanqFDPw(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DXDiTa9E3d(11>10/10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(dòng)，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RTCrpUDGiT(12>(13>式中表示圓柱體A測(cè)面處<）液層的徑向速度梯度，則為

4、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。5PCzVD7HxA當(dāng)粘滯力矩和恢復(fù)力矩平衡時(shí)，液體的流動(dòng)呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，圓柱體A則停止轉(zhuǎn)動(dòng)，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：jLBHrnAILg當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，代入式<11）可以解得(14>沿方向的速度梯度為10/10(15>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(cè)定：把長(zhǎng)圓柱體懸掛在張絲下，然后轉(zhuǎn)一個(gè)角度讓其作周期性扭轉(zhuǎn)成為扭擺。其周期取決

5、于扭轉(zhuǎn)系數(shù)和圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即xHAQX74J0X(19>如果在圓柱體下端加一個(gè)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)量為，則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為(20>整個(gè)系統(tǒng)的擺動(dòng)周期則為10/10(21>合并式<19）和<21），消去，得到(22>可見，只要測(cè)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(gè)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(shí)驗(yàn)。設(shè)兩端面的粘滯力矩為，則LDAYtRyKfE(23>(24>兩式相減，得到(25>考慮到，為外圓

6、筒B的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，其中反射光點(diǎn)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10/10(26>n???????實(shí)驗(yàn)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環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)的參數(shù)。?實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)n???????M個(gè)同類小球盡量找直徑比較接近的。n???????每個(gè)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(cè)量。?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用轉(zhuǎn)筒法測(cè)量液體的粘度，為此應(yīng)作以下操作和測(cè)量：n???????儀器調(diào)節(jié)l???????根據(jù)水平氣泡儀，調(diào)節(jié)底

7、腳螺絲，將平臺(tái)調(diào)至水平。l???????10/10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)）。Zzz6ZB2Ltkl???????將張絲、小鏡、對(duì)接接頭、短圓柱體組成的系統(tǒng)安裝在零點(diǎn)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(tái)上的螺絲23，使內(nèi)圓柱體與外轉(zhuǎn)筒同軸。dvzfvkwMI1n???????長(zhǎng)、短圓柱體的角偏移測(cè)量l???????用注射器將4ml待測(cè)液體注入外轉(zhuǎn)筒。l???????調(diào)節(jié)深度游標(biāo)卡

8、尺的高度，使圓柱體浸入待測(cè)液體中，并保證圓柱體的上底距液面1cm，下底距筒底1cm。rqyn14ZNXIl???????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(diǎn)調(diào)節(jié)器使光斑盡量接近零點(diǎn)，