CN109060600A - 一种用于液体粘滞系数测定的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用液体粘滞系数测量的实验装置，涉及一种实验装置，包含底座、气泡水准器、玻璃管及管盖；所述底座为水平放置的平板，所述气泡水准器是用于所述底座的水平检测装置，所述气泡水准器和玻璃管设于所述底座上，所述玻璃管包含多个，均为竖直放置，其管壁设有高度刻线，所述管盖设于玻璃管的上方，管盖为无下管的漏斗形状。这种用于液体粘滞系数测定的实验装置，通过结构及试管内径改进，大大地减小了测量误差，提高了测量的准确性。在实验操作过程中，通过漏斗状管盖放入小球让其在管中下落，可以保证小球沿中心下落，避免小球靠近管壁引起误差。

Description

一种用于液体粘滞系数测定的装置

技术领域

本发明型涉及一种实验装置，尤其涉及一种用液体粘滞系数测量的实验装置。

背景技术

液体粘滞系数是表征液体反抗形变能力的重要参数，在生产、生活、工程技术及医学方面有着重要的应用。粘滞系数的测量方法很多，有落球法、落针法、毛细管法、转管法等，其中落球法是最基本的一种方法，用落球法测定液体的粘滞系数只适用于测量粘滞系数较大的透明或半透明液体，如蓖麻油、甘油等，但由于该方法物理现象明显、原理直观、实验操作和训练内容较多，被广泛地应用于理工科大学的大学物理实验和物理相关专业的低年级基础物理实验。

在传统落球法(单管)基础上设计的多管液体粘滞系数测定装置,一般为六根管子，内径分别为：D₁=5.00cm、D₂=4.00cm、D₃=3.40cm、D₄=2.40cm、D₅=1.90cm、D₆=1.40cm，根据物理上测量粘滞系数的基本原理，由于液体具有流动性和粘性，所以当固体在液体中运动时会受到阻力作用。当半径为r的小球，以速度v在均匀的无限广延的液体中运动时，若速度不太大，球也很小的情况下，斯托克斯指出球在液体中所受的粘滞阻力F为：

从上式可知，阻力的大小与物体运动速度成正比，上式称为斯托克斯公式。式中η为液体粘滞系数，它是液体粘性的度量。在国际单位制中其单位为帕·秒(Pa·s)。其值与液体的性质有关，与温度有密切关系，对液体来说，η值随温度的升高而减小。当半径为r密度为ρ₀的小球在密度为ρ的液体中下落时，作用在小球上的力有三个，即：(1)重力ρ₀g·(4/3)πr³，(2)液体的浮力ρg (4/3) πr³，(3)液体的粘滞阻力6πηv₀r。这三个力作用在同一条铅直线上，重力向下，浮力和阻力向上。小球刚开始下落时，重力大于浮力和粘滞阻力之和，小球加速下降。随着速度的增加，阻力逐渐增大，当浮力和粘滞阻力之和等于重力时，这时物体的加速度为零，小球开始匀速下落，此时的速度称为收尾速度或沉降速度，用v_o表示。即：

ρ₀g·(4/3)πr³= ρg·(4/3)πr³+ 6πηv₀r

上式中(4/3)πr³为小球体积，g为当地重力加速度。

整理后可得η：

η=（2/9）（ρ₀-ρ）gr²/v₀

或η=（ρ₀-ρ）gd²/（18v₀）

d为小球直径，公式的适用条件是在无限广延的液体中，而要实现无限广延的条件，在多管法中式采用小钢球依此从每根管子中下落，每根管子的上部和下部分别有两条计时刻度线A和B，A、B刻线间距离均相等，用h表示，上刻度线A距液面有适当距离，以至小球下落经过A刻度线时可认为已作匀速运动。依次测出同一小球通过各管中两刻度线A、B间所需时间t，若各管的直径用一组D表示，则大量的数据用线性拟合表明，t与d/D成线性关系，用t作纵坐标，d/D作横坐标，用线性关系得到的拟合直线作延长线并与纵坐标相交，得到的截距为t_o，t_o就是当D→∞时，即在无限广延的液体中小球匀速下落通过h所需的时间，即在无限广延条件下的收尾速度为：

v₀=h/t₀

则：η=（ρ₀-ρ）gd² t₀/（18h）

现有的液体粘滞系数测定装置，采用外推法测量液体的粘滞系数，得到的实验数据不够准确, 有时甚至会出现与实验原理相矛盾的数据。

发明内容

本发明型的目的在于克服上述测量粘滞系数不准确性的问题，提供一种用于液体粘滞系数测定的实验装置。

为达到上述目的，采用的技术方案为：

一种用于液体粘滞系数测定的装置，包含底座、气泡水准器、玻璃管及管盖；所述底座为水平放置的平板，所述气泡水准器是用于所述底座的水平检测装置，所述气泡水准器和玻璃管设于所述底座上，所述玻璃管包含多个，均为竖直放置，其管壁设有高度刻线，所述管盖设于玻璃管的上方，管盖为无下管的漏斗形状。

进一步，所述玻璃管设有6个，其内径为1.4cm、1.90cm、2.40cm、3.40cm、5.00cm和7.00cm，玻璃管在底座上按内径大小顺序成排排列。

进一步，所述玻璃管的管底内侧为锥形形状。

进一步，所述玻璃管管壁的高度刻线为18cm高度指示线。

进一步，所述管盖下部出口直径为0.25cm。

采用上述方案的有益效果为：这种用于液体粘滞系数测定的实验装置，通过结构及试管内径改进，大大地减小了测量误差，提高了测量的准确性。在实验操作过程中，通过漏斗状管盖放入小球让其在管中下落，可以保证小球沿中心下落，避免小球靠近管壁引起误差。

附图说明

图1为本发明型用于液体粘滞系数测定的实验装置的结构示意图。

图中，底座1，气泡水准器2，底座调节螺母3，玻璃管4，固定螺丝5，管盖8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步介绍本发明。但本发明不局限于下述实施例。

如图1，一种用于液体粘滞系数测定的装置，包含底座1、气泡水准器2、玻璃管4及管盖8；所述底座1为水平放置的平板，所述气泡水准器2是用于所述底座1的水平检测装置，所述气泡水准器2和玻璃管4设于所述底座1上，所述玻璃管4包含多个，均为竖直放置，其管壁设有高度刻线，所述管盖8设于玻璃管4的上方，管盖8为无下管的漏斗形状。

底座1底部设有水平调节螺母3，玻璃管4通过固定套6、7及固定螺丝5固定于铁板底座1上。通过调节底座螺母3观察气泡水准器2中的气泡是否居中，调节底座1使其处于水平平衡状态。

通过大量的实验及数据分析得到较为理想的玻璃管4内径设定，所述玻璃管4设有6个，其内径为1.4cm、1.90cm、2.40cm、3.40cm、5.00cm和7.00cm，内径差分别为2.00 cm、1.60 cm、1.20 cm、0.60 cm和0.30cm。玻璃管4在底座1上按内径大小顺序成排排列。

所述玻璃管4的管底内侧为锥形形状，锥形底面与玻璃管4边缘接触，锥尖朝上有利于小球的取出、吸出。所述玻璃管4管壁的高度刻线，包含高、低刻度线，其高度差设定为180.0 mm，即刻线指示高度为18cm高度。所述管盖8下部出口直径为0.25cm，实验时，需保证所述漏斗状管盖8的下部开口与待测液体液面接触。

测定液体粘滞系数时，用测量小球从管盖8底部出口落下，至小球下落经过刻度线所示高度差，记录小球经过所示刻度高度的运动时间。

通过大量实验数据表明，内径最大玻璃管的内径设计对测量粘滞系数的准确性起着至关重要的作用，通过对内径最大玻璃管的内径设计及整套装置的改进后，不仅解决了测量困难, 而且大大地减小了测量误差，提高了测量的准确性。

Claims (5)

1.一种用于液体粘滞系数测定的装置，其特征是：包含底座（1）、气泡水准器（2）、玻璃管（4）及管盖（8）；所述底座（1）为水平放置的平板，所述气泡水准器（2）是用于所述底座（1）的水平检测装置，所述气泡水准器（2）和玻璃管（4）设于所述底座（1）上，所述玻璃管（4）包含多个，均为竖直放置，其管壁设有高度刻线，所述管盖（8）设于玻璃管（4）的上方，管盖（8）为无下管的漏斗形状。

2.根据权利要求1所述的用于液体粘滞系数测定装置， 其特征是：所述玻璃管（4）设有6个，其内径为1.4cm、1.90cm、2.40cm、3.40cm、5.00cm和7.00cm，玻璃管（4）在底座（1）上按内径大小顺序成排排列。

3.根据权利要求1所述的用于液体粘滞系数测定装置，其特征是：所述玻璃管（4）的管底内侧为锥形形状。

4.根据权利要求1所述的用于液体粘滞系数测定装置，其特征是：所述玻璃管（4）管壁的高度刻线为18cm高度指示线。

5.根据权利要求1所述的用于液体粘滞系数测定装置，其特征是：所述管盖（8）下部出口直径为0.25cm。