实验六十落针法测粘滞系数-普通物理实验.docVIP

实验十二 液体粘度的测量 方法二——落针法 实验目的 粘度是表示液体粘滞特性的物理量。测定液体的粘滞性不仅对物理特性的研究有用，而且在医学、化工、机械等应用学科都有重要的实际意义。通过本实验，要求学生理解粘滞系数的物理意义,掌握落针法测粘滞系数的方法，研究液体粘滞系数随温度的变化关系。 实验仪器 本实验采用ZYNX—IV型变温粘滞系数实验仪（变温式落针粘度计），它由实验器、落针、霍尔传感器、测量—控温系统组成。 实验原理 1.粘度计算公式。 由于液体的粘滞性，物体在液体中会受到粘滞阻力。在本实验中，针在待测液体中垂直下落一段时间后，针所受重力与粘滞阻力以及针上下端面压力差达到平衡，即 Mg=f+⊿p （1） 此时针变为匀速运动，这时针的速度称为收尾速度。 根据公式（1），恒温条件下，求动力粘度η的公式为： （2） 式中，R1—容器内筒半径，R2—落针半径，—针下落收尾速度，g—重力常数， ρ—针的有效密度，ρL—液体密度，η—液体粘度，CW，Lr为壁和针长的修正系数。 ρL=ρ0/[1+β(t-t0)] (３) β=0.93×10-3/℃,ρ0=ρ21℃=963Kg/M3,t0=21℃ 2.仪器结构及工作原理。 1）实验器：如图,机座上竖立一块铝合金支架,其上装有霍尔传感器。用透明玻璃管制成的内外两个圆筒容器，竖直固定在水平机座上。内筒盛放待测液体，内外筒之间通过控温系统灌水，用以对内筒水浴加热。外筒的一侧上端接水箱进水口，下端节水箱出水口。圆筒容器顶部装有投针装置（发射器），它包括喇叭形的导环和永久磁铁的拉杆。喇叭形导环为便于取针和对针沿容器中轴线下落时导向。用取针头把针由容器底部提起，针到达盖子顶部，被拉杆的磁铁吸住。拉起拉杆，针因重力作用而沿容器中轴线下落。 2）针：针是有机玻璃制成的中空细长圆柱体，内部两端装有永久磁铁，异名磁极相对。内部有配重的铅条，改变铅条的数量，可改变针的有效密度ρ。 3）霍尔传感器：它是灵敏度极高的开关型霍尔传感器，固定在实验仪支架上。输出信号通过屏蔽电缆、航空插头接到测量器上。每当磁铁经过霍尔传感器前端时，传感器即输出一个矩形脉冲。这种磁传感器的使用，为非透明液体的测量带来方便。 4）测量—控制器：以单片机为核心的测量器用以计时和处理数据，硬件采用MCS—51系列微处理芯片，软件固化在EPROM中，霍尔传感器产生的脉冲，从航空插座输入，由计时器完成两脉冲之间的计时，并将结果计算和显示出来。由时间间隔t可以计算收尾速度。计算η的程序已固化在EPROM中,所以,利用单片机可将粘度η计算并显示出来。 控温系统由水箱、水泵、加热器及控温装置组成。微型水泵运转时，水流自实验器的底部流入，自顶部流出，形成水循环，对待测液体进行水浴加热，加热功率为300W，通过控温装置的调节，预置实验温度。待测液体的实际温度直接由数码管显示。 实验步骤 1．接入仪器电源，打开电源开关，仪器显示“PH2”(否则按复位键R)。 2．加热液体：打开温控开关，显示当前温度。将温控器调到要求温度，此时升温指示灯亮，对待测液体进行水浴加热，到达设定温度后，升温指示灯熄灭进行保温，由于热惯性，需待片刻方可达到平衡稳定。 3．用游标卡尺测量针的直径和长度L,计算针的体积V。称针的质量m，从而求出针的有效密度ρ=m/V。 4．由公式（3）计算预定温度下的液体密度。 5．用取针头将真针拉起，送给发射器。发射器吸住落针后，将取针头放到底盘上。 6．按仪器面板上的复位键，显示“PH2”。进入起始状态。 7．按“３”键，显示“－”，表示进入计时待命状态。 8．将投针装置的磁铁拉起，让针落下，稍待片刻（约16秒）,显示时间(单位：毫秒)，按A键将显示ρ、ρL参数（ρ、ρL值在显示时可按实际数修改），第三次按A键显示该温度下的液体粘度。 实验数据记录 　　　　　ρ＝　　　　　（kg/M3） t（℃） 15 20 25 30 35 40 45 50 ρL（kg/M3） η（pas） 作图η-t。