液体黏度测定方法-大学物理实验

各种液体都有不同程度的黏性，当液体流动时，平行于流动方向的各层液体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为黏滞力.液体的黏滞程度用黏度来表征，它取决于液体的性质，并与温度有关，随温度的升高而减少.

液体黏度的测量有非常重要的意义.例如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与黏滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的黏度；人体血液黏度指标是诊断心血管疾病的重要依据，血液黏度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，严重影响健康.

液体黏度有多种测量方法，有毛细管法、圆筒旋转法和落球法等，本实验用落球法测量液体的黏度，并得出黏度与温度之间的大致关系.

【实验目的】

（1）观察小球在黏性液体中运动的情况；

（2）掌握用落球法测量液体黏度的方法；

（3）了解温度变化对液体黏度的影响.

【实验原理】

落球法也称斯托克斯法.当质量为m、半径为r、密度为ρ的金属小球在黏性液体（密度为ρ0）中下落时，小球受到三个铅直方向的力：小球的重力mg、小球的浮力ρ0gV（V是小球体积）和黏滞阻力F（其方向与小球运动方向相反）.若液体无限深广，在小球下落速度v较小情况下有

上式称为斯托克斯公式，式中η称为液体的黏度，其单位是Pa·s.

小球开始下落时，由于v尚小，所以F也不大.但随着v的增大，F也随之增大.最后，三个力达到平衡，即mg=ρ0gV+6πηrv.于是小球匀速下降，此时的速度称为收尾速度，由上式可得

实际测量的是小球的直径d，有，若L为小球匀速下落的路程，t为小球下落L所用的时间，有，代入上式得

实验时，待测液体必须盛于容器中，如图4-2-1所示，不能满足“无限深广”的条件，要考虑到容器壁对小球运动的影响，所以斯托克斯公式需要通过实验进行修正.设圆柱形容器内径为D、液柱高为H，对式（4-2-2）修正后得到

式中K=2.4，K1=1.65，为修正因子.又由于d远小于H，故式（4-2-3）可近似为

本实验根据式（4-2-4）测量液体黏度.实验过程中要特别注意，如果液体温度过高，则黏度减小，小球下落速度较大，则小球下落过程中可能会出现湍流，斯托克斯公式还需作进一步修正.

【实验器材】

落球法液体黏度测定仪、秒表、小钢球、被测液体（例如蓖麻油）、千分尺、钢直尺等.

图4-2-1　液体黏度测量的示意图

【实验内容与步骤】

1.实验准备(www.xing528.com)

仔细阅读液体黏度测定仪的使用说明书，调整好仪器，做好实验准备，包括正确接线、了解如何加热液体、如何设置并调节液体温度、如何调节容器铅直等.

2.测量

（1）用千分尺测量小钢球直径d，为了减少误差，需测5个小钢球的直径，求平均值.

（2）记录小钢球密度ρ、待测液体密度ρ0、圆柱容器内径D、圆柱容器上标记线A与下标记线B之间的距离L.

（3）小钢球沿圆柱容器中轴线下落，记录从上标记线A落到下标记线B所需时间t，从室温开始测量，每隔一定温度测一次，共测10次.注意液体温度不宜过高，避免小球下落速度太快而形成湍流.

【数据记录与处理】

（1）小钢球直径测量（表4-2-1）.

表4-2-1　小钢球直径测量数据记录

（2）记录相关数据.

被测液体的名称：_____________________； 被测液体密度ρ0=_________________；

圆柱容器内径D=____________________；A到B的距离 L=_______________；

小钢球密度ρ=_______________________；重力加速度 g=___________________.

（3）测量不同温度下小钢球下落时间、收尾速度及黏度（表4-2-2）.

表4-2-2　不同温度下，小钢球从A到B的下落时间、收尾速度及黏度

（4）以液体温度为横轴、液体黏度为纵轴，作η-T图，分析液体黏度随温度的变化规律.

自学提纲

1.什么是液体的黏度？如何测量？

2.本实验测量液体的黏度时，用哪个式子进行计算？该式中各符号分别代表什么？如何测量？

3.什么是小球的收尾速度？如何测量？

4.若小钢球表面粗糙，或有油脂、尘埃，则黏度测量值有何影响？

5.如果投入的小钢球偏离圆柱容器中心轴线，则黏度测量值有何影响？

6.本实验的误差来自于那些方面？如何减少误差？