Question

用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数应注意哪些问题

Answer 1

用落针法测定液体的动力粘度系数落针法测定液体粘度，使用中空长圆柱体（针）在待测液体中垂直下落，采用霍尔传感器和多功能毫秒计（单板机计时器）测量落针的速度，通过测量针的终极速度，确定粘度，并将其显示出来。巧妙的取针装置和投针装置，使测量过程十分简便，并且自动计算显示结果。该法可测量不透明液体的粘度和液体密度。一、实验目的1、学会用落针法测量液体的动力粘度系数。2、学习用霍尔传感器与单板机记录针的下落时间。二、仪器用具落针式动力粘度测定仪，游标卡尺，钢直尺，物理天平，气泡水准器，密度计等。三、实验原理在半径为R1的圆管中装满粘度为η的液体，让长为L，半径为R2的圆柱形针在管中沿轴线垂直下落，若离中心轴线距离为r的圆管状液层的速度为V，作用在高为L的圆筒状液面上的粘滞力为而作用在半径为r＋dr的圆筒状液面上的粘滞力为，所以，作用在这两个圆筒状液面之间的液体上的粘滞力为，而在这两个圆状液面之间的液体上下面的压强差（P1－P2）构成的力为[－（2πγdγ）（P1－P2）]，这个力与粘滞力相平衡，即（1）若针在下落时的速度为υ∞解式（1）得（2）（3）又根据质量守恒方程，在单位时间内被落针推开的液体流量πV∞R22等于流过针和圆管间隙的流量q，即（4）把式（3）代入式（4）计算得（5）可以证明式（5）中（P1－P2）能够写成（见附录）（6）上式中ρS为针的密度，ρL为液体的密度，g为重力加速度。把式（6）代入式（5）得（7）在以上推导中，假设容器的深度和针的长度均为无限，而实验中圆管的深度和针的长度均为有限，所以，应以针实际匀速下落的速度V0代替V∞。这时式（7）要加一修正因子C，C近似为，式中Lr＝（L－2R1）／2R2，于是式（7）改写成（8）若针落下一定距离1的时间为t，则可得V0＝1／t，代入式（8），得η的测量公式为（9）如果已PL、g，那么测出R1、R2、L、I、t，再称出针的质量m，就可以算出η。四、实验装置仪器由本体、落针、霍尔传感器和单板机计时器四部分组成。1、仪器本体本体结构如图2所示，装有待测液体的圆筒竖直固定在底座上。底座下部有调水平的螺钉，用一水淮泡指示底座的水平。底座上竖立的支架中部装有霍尔传感器及温度计和取针器。圆筒顶部的盖子上装有投针装置（发射器），它包括喇叭形的导环和带永久磁铁的拉杆，此导环便于取针和让针沿圆筒轴线下落。当取针器把针由圆筒底部提起时，针沿导环到达盖子顶部，被拉杆上的永久磁铁吸住，拉起拉杆，针将沿圆筒轴线自动下落。2．落针针如图3所示，它是有机玻璃制成的内置铅条的细长圆柱体，其外半径为R2，平均密度为ρS改变铅条的数量可以改变针的平均密度，在针内部的两端装有永久磁铁，两磁铁异名磁极相对，而同名磁极间的距离为I。3．霍尔传感器圆柱状灵敏度极高的开关型霍尔传感器固定在仪器本体上，输出信号接到单板机计时器上，每当磁铁经过霍尔传感器附近时，传感器输出一个矩形脉冲，同时由LED（发光二极管）指示。4．单板机计时器以单板机为基础的多功能毫秒计用以计时和处理数据由6个数码管显示。其面板如图6－4所示，单板机计时器不仅可以计数、计时，还有存贮、运算和输出等功能。