液体粘度与密度测定.docVIP

液体粘度和密度的测定 实验三十二 液体粘度的测定 一、 实验目的 1. 掌握正确使用水浴恒温槽的操作，了解其控温原理。 2. 掌握用奥氏（Ostwald）粘度计测定乙醇水溶液粘度的方法。 3. 通过测定回收乙醇水溶液的粘度，查表得到回收乙醇水溶液的浓度值。 二、 实验原理 当液体以层流形式在管道中流动时，可以看作是一系列不同半径的同心圆筒以不同速度向前移动。愈靠中心的流层速度愈快，愈靠管壁的流层速度愈慢，如图3-45所示。取面积为A，相距为，相对速度为的相邻液层进行分析，见图3-46。 由于两液层速度不同，液层之间表现出内摩擦现象，慢层以一定的阻力拖着快层。显然内摩擦力与两液层接触面积A成正比，也与两液层间的速度梯度成正比，即 (1) 式中比例系列称为粘度系数（或粘度）。可见，液体的粘度是液体内摩擦力的量度。在国际单位制中，粘度的单位为，即（帕·秒），但习惯上常用P（泊）或cP（厘泊）来表示，两者的关系；。 粘度的测定可在毛细管粘度计中进行。设有液体在一定的压力差p推动下以层流的形式流过半径R，长度为L毛细管（见图3-45）。对于其中半径为r的圆柱形液体，促使流动的推动力，它与相邻的外层液体之间的内摩擦力，所以当液体稳定流动时，即 F+f=0 (2) 在管壁处即r=R时，v=0，对上式积分 （3） 对于厚度为的圆筒形流层，t时间内流过液体的体积为，所以t时间内流过这一段毛细管的液体总体积为 由此可得 （4） 上式称为波华须尔（Poiseuille）公式，由于式中R，p等数值不易测准，所以值一般用相对法求得，其方法如下： 取相同体积的两种液体（被测液体“i”，参考液体“o”，如水、甘油等），在本身重力作用下，分别流过同一支毛细管粘度计，如图3-47 所示的奥氏粘度计。若测得流过相同体积所需的时间为与，则 （5） 由于（为液柱高度，为液体密度，为重力加速度），若用同一支粘度计，根据式（5）可得： （6） 若已知某温度下参比液体的粘度为，并测得，，，即可求得该温度下的。 三、 试剂与仪器 试剂 回收乙醇溶液（已稀释5倍盛在250mL的容量瓶中），去离子水。 仪器 水浴恒温槽，奥氏粘度计，计时器，10mL移液管，200mL量筒，比重计，洗耳球等。 四、 实验方法 1. 调节恒温槽温度至25.0℃0.1℃。 2. 在洗净烘干的奥氏粘度计中用移液管移入10mL已稀释的回收乙醇溶液，在毛细管端装上橡皮管，然后垂直浸入恒温槽中（粘度计上两刻度线应浸没在水浴中）。 3. 恒温后，用洗耳球通过橡皮管将液体吸到高于刻度线a，再让液体由于自身重力下降，用秒表记下液面从a流到b的时间，重复3次，偏差应小于0.3s，取其平均值。 4. 洗净此粘度计并烘干，冷却后用移液管移入10mL去离子水，用同步骤3的方法再测得去离子水从a流到b的时间的平均值。 5. 在200mL量筒中，注入适度的已稀释二倍的回收乙醇溶液，用比重计测定该实验温度下的乙醇溶液的密度（事先已将量筒放在恒温水槽中恒温20min后进行密度测定）。 五、 数据处理 1. 列表表示回收乙醇溶液和去离子水流过毛细管的时间及其密度值。 2. 由式（6）计算回收乙醇溶液粘度（，值见表3-11）。通过查表3-12并进行内插法得到回收乙醇的浓度（乘上稀释的倍数即得回收乙醇的实际浓度）。 表3-11 蒸馏水在不同温度下的粘度、运动粘度和密度 温度/℃ 粘度/cP 运动粘度/厘斯 密度/(g·cm3) 20 25 30 35 40 1.002 0.890 0.797 0.719 0.653 1.0038 0.893 0.801 0.724 0.658 0.99820 0.99705 0.99565 0.994063 0.99221 注：1cP=0.1Pa·s 表3-12