落球法液體粘滯系數(shù)測定儀 型號:M397316
液體粘滯系數(shù)又稱液體粘度，是液體的重要性質(zhì)之一，在工程、生產(chǎn)及醫(yī)學方面有著重要的應用。采用落球法測量液體粘滯系數(shù)，物理現(xiàn)象明顯，概念清晰，實驗操作和訓練內(nèi)容較多，非常適合大學一、二年級實驗教學；但以往此方法由于受手工按秒表、視差及小球下落偏離中心等因素影響，測量下落速度準確度不高。落球法液體粘滯系數(shù)測定儀具有以下優(yōu)點：
1．用激光光電傳感器結(jié)合單片機計時，克服人工秒表計時的視差和反應誤差，測量小球下落速度的準確度高，引導學生掌握一種新型計時、測速、計數(shù)的方法。
2．設計底盤水平和立桿垂直調(diào)節(jié)裝置及橫梁中心小球下落引導管，保證小球從量筒中心下落。
3．兩個嚴格平行的激光束，不僅可以測量下落時間，而且可以測量下落距離。用手工計時，激光測距，可消除視差，便于兩種計時方法的比較和誤差分析。
本儀器既保留原實驗裝置的操作和實驗內(nèi)容，又增加了激光光電計時器的原理及使用方法，擴大了知識面，提高了測量度，體現(xiàn)了實驗教學的現(xiàn)代化。 本儀器可用于高等院校、中專的基礎物理實驗和設計研究性實驗、演示實驗。
二、儀器簡介
實驗裝置如下圖所示：
圖1 實驗裝置
三、指標
1.激光光電開關在立柱上沿柱移動的距離標尺量程： 40cm 分度值 1mm
2.激光光電計時器量程 99.99s 分辨率0.01s
3.盛待測液體量筒規(guī)格 1000mL 高度40cm
4.直徑2mm小鋼珠在液體中下落測量速度的誤差 小于1%
5.液體粘滯系數(shù)測量誤差 小于3%
6.計時器工作電源 AC 220±20V
四、實驗項目
1．學習用激光光電傳感器測量時間和物體運動速度的實驗方法
2．用斯托克斯公式采用落球法測量油的粘滯系數(shù)（粘度）
3．觀測落球法測量液體粘滯系數(shù)的實驗條件是否滿足，必要時進行修正。
五、注意事項
1．主機的使用方法
1）打開電源開關，按儀器面板上的復位鍵，使顯示初始狀態(tài)：“Fd ----"。
2）儀器從激光接收器的*次觸發(fā)（有指示燈和顯示）開始計時（從0開始），到激光接收器第二次觸發(fā)停止計時，此時間為小球下降L距離所花費的時間。
2．小鋼珠直徑可用讀數(shù)顯微鏡讀出，也可以用千分尺測量，但千分尺必須正確使用，防止將鋼珠（直徑1mm）壓扁，而引起誤差。
3．測量液體溫度時，須用度較高的溫度計，若使用水銀溫度計，則必須定時校準。
4．實驗時，可用手控秒表與激光開關同時計數(shù)，以增加實驗內(nèi)容，增強動手能力及誤差分析的訓練。
5．激光束不能直射人的眼睛，以免損傷眼睛。
落球法測量液體粘滯系數(shù)
各種實際液體具有不同程度的粘滯性，當液體流動時，平行于流動方向的各層流體速度都不相同，即存在著相對滑動，于是在各層之間有摩擦力產(chǎn)生，這一摩擦力稱為粘滯力，它的方向平行于接觸面，其大小與速度梯度及接觸面積成正比，比例系數(shù)η稱為粘度，它是表征液體粘滯性強弱的重要參數(shù)。
液體的粘滯性的測量是非常重要的，例如，現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)現(xiàn)，許多心血管疾病都與血液粘度的變化有關，血液粘度的增大會使流入人體器官和組織的血流量減少，血液流速減緩，使人體處于供血和供氧不足的狀態(tài)，這可能引起多種心腦血管疾病和其他許多身體不適癥狀。因此，測量血粘度的大小是檢查人體血液健康的重要標志之一。又如，石油在封閉管道中長距離輸送時，其輸運特性與粘滯性密切相關，因而在設計管道前，必須測量被輸石油的粘度。
測量液體粘度有多種方法，本實驗所采用的落球法是一種法測量液體的粘度。如果一小球在粘滯液體中鉛直下落，由于附著于球面的液層與周圍其他液層之間存在著相對運動，因此小球受到粘滯阻力，它的大小與小球下落的速度有關。當小球作勻速運動時，測出小球下落的速度，可以計算出液體的粘度。
【實驗目的】
學習用激光光電傳感器測量時間和物體運動速度的實驗方法
用斯托克斯公式采用落球法測量油的粘滯系數(shù)（粘度）
觀測落球法測量液體粘滯系數(shù)的實驗條件是否滿足，必要時進行修正。
【實驗原理】
1．當金屬小球在粘性液體中下落時，它受到三個鉛直方向的力：小球的重力mg（m為小球質(zhì)量）、液體作用于小球的浮力（是小球體積，是液體密度）和粘滯阻力（其方向與小球運動方向相反）。如果液體無限深廣，在小球下落速度較小情況下，有
（1）
上式稱為斯托克斯公式，其中是小球的半徑；稱為液體的粘度，其單位是。
小球開始下落時，由于速度尚小，所以阻力也不大；但隨著下落速度的增大，阻力也隨之增大。zui后，三個力達到平衡，即
于是，小球作勻速直線運動，由上式可得：
令小球的直徑為，并用，，代入上式得
（2）
其中為小球材料的密度，為小球勻速下落的距離，為小球下落距離所用的時間。
2．實驗時，待測液體必須盛于容器中（如圖2所示），故不能滿足無限深廣的條件，實驗證明，若小球沿筒的中心軸線下降，式（2）須做如下改動方能符合實際情況：
（3）
其中為容器內(nèi)徑，為液柱高度。
3．實驗時小球下落速度若較大，例如氣溫及油溫較高，鋼珠從油中下落時，可能出現(xiàn)湍流情況,使公式（1）不再成立, 此時要作另一個修正（詳見附錄1）。
【實驗裝置】
實驗裝置主要有：落球法粘滯系數(shù)測定儀（參見圖3）、小鋼球、蓖麻油、米尺、千分尺、游標卡尺、液體密度計、電子分析天平、激光光電計時儀、溫度計和比重瓶等。（若實驗室給出鋼球材料密度，可不*電子分析天平）
【實驗內(nèi)容】
1．調(diào)整粘滯系數(shù)測定儀及實驗準備
1）調(diào)整底盤水平，在儀器橫梁中間部位放重錘部件，調(diào)節(jié)底盤旋紐，使重錘對準底盤的中心圓點。
2）將實驗架上的上、下兩個激光器接通電源，可看見其發(fā)出紅光。調(diào)節(jié)上、下兩個激光器，使其紅色激光束平行地對準錘線。
3）收回重錘部件，將盛有被測液體的量筒放置到實驗架底盤中央，并在實驗中保持位置不變。
4）在實驗架上放上鋼球?qū)Ч?。小球用、酒精混合液清洗干凈，并用濾紙吸干殘液，備用。
5）將小球放入銅質(zhì)球?qū)Ч?，看其是否能阻擋光線，若不能，則適當調(diào)整激光器位置。
2．用溫度計測量油溫，在全部小球下落完后再測量一次油溫，取平均值作為實際油溫。
3．用電子分析天平測量10—20顆小鋼球的質(zhì)量，用比重瓶法測其體積，計算小鋼球的密度。用液體密度計測量蓖麻油的密度。用游標卡尺測量筒的內(nèi)徑，用鋼尺測量油柱深度。
4．用秒表測量下落小球的勻速運動速度
1）測量上、下二個激光束之間的距離。
2）用千分尺測量小球直徑，將小球放入導管，當小球落下，阻擋上面的紅色激光束時，光線受阻，此時用秒表開始計時，到小球下落到阻擋下面的紅色激光束時，計時停止，讀出下落時間，重復測量6次以上。zui后計算蓖麻油的粘度。
5．用激光光電門（關于光電門，請參閱產(chǎn)品說明書）與電子計時儀器代替電子秒表，測量液體的粘度（注意：激光束必須通過玻璃圓筒中心軸），將測量結(jié)果與值進行比較。
編號 名稱 數(shù)量 備注
1 實驗架 壹個
2 儀器主機 壹臺
3 半導體激光發(fā)射器 貳只
4 激光接收器 貳只
5 七芯航空插頭（帶引線） 壹根
6 量筒 壹只
7 Φ1.5mm小鋼珠 壹包
8 Φ2.0mm小鋼珠 壹包
9 Φ2.5mm小鋼珠 壹包
10 小磁鋼 壹塊
11 電源線 壹根
12 說明書 壹份
13 合格證 壹份
14 裝箱清單 壹份 |
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