CN203929568U - 磁球式粘滞系数实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种磁球式粘滞系数实验仪，包括磁球、电磁铁控制器、样品管盖、支架、样品管、待测液体、上感应线圈、下感应线圈和单片机计时器，电磁铁控制器设置在样品管盖的上部，样品管盖的内侧中部设置有与磁球匹配的球形凹槽，磁球通过电磁铁控制器吸附安装在球形凹槽内，样品管固定安装在支架上，样品管内设置有待测液体，样品管的外壁设有刻度，上感应线圈和下感应线圈分别安装在样品管外壁，上感应线圈和下感应线圈分别通过信号线与单片机计时器相连。本实用新型结构简单，制作成本低，使用方便，有利于大规模推广应用，适用于物理实验教学等领域。

Description

磁球式粘滞系数实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种大学物理实验仪器，尤其涉及一种磁球式粘滞系数实验仪。

背景技术

液体内摩擦力特性反映在粘滞系数上，测定该系数在化学、医学、机械工业以及国防建设等应用中均有重要意义。由于物理现象明显、概念清晰、实验内容和操作训练较多等原因，落球法测量液体粘滞系数也成为大学物理实验课的常开验证性实验项目。落球法的关键是测量小球在重力、浮力和粘滞阻力作用下达到受力平衡时匀速下降一定高度h所用的时间。为避免传统落球法中采用秒表粗略计时的缺点，目前有“落针霍尔法”、“激光落球法”和“感应金属探测落球法”等改进方法，但存在如下不足：

1、部分改进的粘滞系数实验仪做成了全自动式，失去了开设该项目锻炼学生动手能力的意义。

2、以小钢球作为落体，由于钢球密度大，只能测量粘滞系数较大的液体。采用玻璃棒即落针作为落体，调整下落姿势的实验操作难，难以保证玻璃棒沿试管中心轴竖直下降，且h固定为棒长，不能通过调节h来分析落体匀速状态。

3、用激光和光敏接收器来检测经过的小球，仅适用于测量透明度较高的液体。而用霍尔传感器、金属探测器等来检测，不能直观反映检测位置。特别是面向大学一年级学生开设该实验项目，而这些检测器件涉及更复杂深入的专门理论知识，学生难以理解，起不到承上启下的作用。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种简单可靠、操作直观方便的磁球式粘滞系数实验仪。

本实用新型的目的是这样实现的，一种磁球式粘滞系数实验仪，包括磁球、电磁铁控制器、样品管盖、支架、样品管、待测液体、上感应线圈、下感应线圈和单片机计时器，电磁铁控制器设置在样品管盖的上部，样品管盖的内侧中部设置有与磁球匹配的球形凹槽，磁球通过电磁铁控制器吸附安装在球形凹槽内，样品管固定安装在支架上，样品管内设置有待测液体，样品管的外壁设有刻度，上感应线圈和下感应线圈分别安装在样品管外壁，上感应线圈和下感应线圈分别通过信号线与单片机计时器相连。所述磁球是由有机玻璃圆球或亚克力圆球或PC塑料圆球内嵌永久磁铁组成。上感应线圈和下感应线圈分别由铜丝绕成，上感应线圈和下感应线圈的铜丝截面直径为0.01mm-1mm，上感应线圈和下感应线圈的匝数为1匝-10匝。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用磁球作为落体，可以测量透明和不透明液体，小球有效密度更低，也可以测量粘滞系数较小的液体，特别是用于由于温度高导致液体粘滞系数减小的情况。

2、本实用新型利用磁铁(磁球)通过感应线圈时产生感应电流的电磁感应现象来检测磁球，密切联系中学已学电磁理论知识，承上启下，原理更为清晰易懂，有利于实验开展。

3、本实用新型采用在样品管外壁设置上下两个感应线圈，对小球下降距离和时间测量更为直观，可以通过改变感应线圈的位置来分析小球的速度情况。

4、本实用新型结构简单，制作成本低，使用方便，有利于大规模推广应用。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型磁球式粘滞系数实验仪的结构示意图。

图中：1、磁球，2、电磁铁控制器，3、样品管盖，4、支架，5、样品管，6、待测液体，7、上感应线圈，8、下感应线圈、9、单片机计时器。

具体实施方式

参见附图1：一种磁球式粘滞系数实验仪，包括磁球1、电磁铁控制器2、样品管盖3、支架4、样品管5、待测液体6、上感应线圈7、下感应线圈8和单片机计时器9，电磁铁控制器2设置在样品管盖3的上部，样品管盖3的内侧中部设置有与磁球1匹配的球形凹槽，磁球1通过电磁铁控制器2吸附安装在球形凹槽内，样品管5固定安装在支架4上，样品管5内设置有待测液体6，样品管5的外壁设有刻度，上感应线圈7和下感应线圈8分别安装在样品管5外壁，上感应线圈7和下感应线圈8分别通过信号线与单片机计时器9相连。所述磁球1由有机玻璃圆球或亚克力圆球或PC塑料圆球内嵌永久磁铁组成。上感应线圈7和下感应线圈8分别由铜丝绕成，上感应线圈7和下感应线圈8的铜丝截面直径为0.01mm-1mm，上感应线圈7和下感应线圈8的匝数为1匝-10匝。

实施例：在粘滞系数实验时，将上感应线圈7和下感应线圈8调整对应样品管5的外壁的刻度，电磁铁控制器2通电产生磁场，将磁球1吸附在样品管盖3内侧中心的球形凹槽内，保证磁球1能沿样品管5的中心轴下降。断开电磁铁控制器2的电源，磁球1在重力作用下不断加速下降，同时在待测液体6内受到的粘滞阻力也随速度增加而增大，最后磁球1受到的竖直向下的重力、竖直向上的浮力和粘滞阻力达到受力平衡状态，磁球1在待测液体6内匀速竖直下降，磁球1依次通过上感应线圈7和下感应线圈8，单片机计时器9检测到的两次感应电流脉冲信号之间的时间差即为磁球1依次通过上下感应线圈所有的时间，通过样品管5上的刻度直接读出上感应线圈7和下感应线圈8之间的距离。

本实用新型通过上感应线圈7和下感应线圈8来检测下降的磁球1，由于磁球1的有效密度更低，待测液体6的粘滞系数可以较小，特别是用于由于温度高导致待测液体6粘滞系数减小的情况。与重力、浮力和粘滞阻力相比，电磁感应导致的阻力完全可以忽略。直接利用中学已学的电磁感应现象，原理更为清晰易懂，有利于向低年级学生开展实验。检测方式直观明了，也可以通过改变上感应线圈7和下感应线圈8的位置来分析磁球1的速度变化情况，并且能够实现待测液体6是透明或不透明液体的检测。本实用新型结构简单，制作成本低，使用方便，有利于大规模推广应用，适用于物理实验教学等领域。

Claims (4)

1.一种磁球式粘滞系数实验仪，其特征在于，所述磁球式粘滞系数实验仪包括磁球(1)、电磁铁控制器(2)、样品管盖(3)、支架(4)、样品管(5)、待测液体(6)、上感应线圈(7)、下感应线圈(8)和单片机计时器(9)，电磁铁控制器(2)设置在样品管盖(3)的上部，样品管盖(3)的内侧中部设置有与磁球(1)匹配的球形凹槽，磁球(1)通过电磁铁控制器(2)吸附安装在球形凹槽内，样品管(5)固定安装在支架(4)上，样品管(5)内设置有待测液体(6)，样品管(5)的外壁设有刻度，上感应线圈(7)和下感应线圈(8)分别安装在样品管(5)外壁，上感应线圈(7)和下感应线圈(8)分别通过信号线与单片机计时器(9)相连。

2.根据权利要求1所述的磁球式粘滞系数实验仪，其特征在于，所述磁球(1)是由有机玻璃圆球或亚克力圆球或PC塑料圆球内嵌永久磁铁组成。

3.根据权利要求1所述的磁球式粘滞系数实验仪，其特征在于，上感应线圈(7)和下感应线圈(8)分别由铜丝绕成。

4.根据权利要求3所述的磁球式粘滞系数实验仪，其特征在于，上感应线圈(7)和下感应线圈(8)的铜丝截面直径为0.01mm-1mm，上感应线圈(7)和下感应线圈(8)的匝数为1匝-10匝。