落球法测定液体的黏度
用落球法测定液体的粘度
用落球法测定液体的粘度实验目的1．根据斯托克斯公式，用落球法测液体的粘度。
2．学习间接测量结果的误差估算。
实验仪器玻璃圆筒，小钢球，停表，螺旋测微器，直尺，温度表，镊子，提网（或磁铁），待测液体（甘油或蓖麻油）。
实验原理在液体内部，不同流速层的交接面上，有切向相互作用力，流速大的一层受到的力和它的流速方向相反，使之减速；流速小的一层受到的力和它的流速方向相同，使之加速。
这样，相互作用的结果，使相对运动减慢。
流体的这种性质就是粘滞性。
这一对力称为内摩擦力，也称为粘滞力。
当半径为r的光滑球形固体，在密度为粘滞系数为且液面为无限宽广的粘滞流体中以速度V运动时，若速度不大、球较小、液体中不产生涡流，则小球受到的粘滞力为F=6rV当密度为，体积为V体的小球在密度为的液体中下落时，作用在小球上的力有三个：重力P=V体g；液体的浮力f =V体g ，液体的粘滞阻力F=6rV这三个力都在同一铅直线上，如图4—1所示。
球开始下落时的速度很小，所受的阻力不大，小球加速下降，随着速度的增加，所受的阻力逐渐加大。
当速度达到一定值时，阻力和浮力之和将等于重力，即V体g =V体g+6rV此时小球的加速度为零，匀速下降，这个速度称为收尾速度(或平衡速度)。
将V体=代入上式可得(-)g=3Vd所以=(4-1)式中d=2r为小球的直径。
实验时使小球在有限的圆形油筒中下落，液体不是无限宽广的，考虑到圆筒器壁的影响，应对斯托克斯公式加以修正，式(4—1)变为=(4-2)式中，D为圆筒的内径，h为筒内液体的高度，d为小球直径。
实验测定时，由于d<<h，则式(4-2)分母中的(1+)1,该式可改写成=(4-3)由上式可以测定，在国际单位制中的单位是Pa·S。
实验内容及步骤1．实验采用大小相同的小钢球，用千分尺（关于千分尺的使用参见实验一）测出其中一个小球的直径，并在不同的方向上测8次，求其平均直径。
注意千分尺的零点读数。
用落球法测定液体的粘度
用落球法测定液体的粘度液体的粘度是指液体阻碍内部流动的程度，也就是流体的黏性。
粘度与许多物理特性相关，例如温度、压力、表面张力、密度、化学成分等。
多种方法可以测量液体的粘度，其中一种常见的方法是落球法。
落球法是一种简单有效的测量液体粘度的方法，它通常可以用来测量各种常见液体的粘度。
落球法的原理是根据斯托克斯定理，利用小球在液体中的沉降速度与液体粘度和密度间的关系来计算液体的粘度。
落球法测定液体粘度需要采用一组实验器材，包括落球粘度仪、温度计、粘度球、毫升量筒、计时器等。
落球粘度仪是一种专门用于测量液体粘度的仪器，它包括一个透明的粘度杯和一个小球，小球沿着杯壁向下滑落并记录下滑落时间。
粘度杯的材质通常是玻璃或聚合物，它们的形状和尺寸标准化，并且有精确的容积和口径尺寸。
落球仪的小球通常是钢球或玻璃球，而球的大小和重量也是标准化的。
在进行落球法测定液体粘度的实验前，应先将实验室温度调整到标准温度，通常为20℃或25℃。
然后，将液体倒入粘度杯中，并用毫升量筒测量液体的体积。
接着，将温度计放入液体中，等待几分钟使液体温度稳定。
然后将粘度球轻轻放入液体中，让它沿杯壁向下滑落，记录下滑落时间。
这个过程应该进行数次以提高测量的准确度。
每次测量后应将杯清洗干净，重新倒入液体进行下一轮测量。
η = (ρ - ρ0) g t / (2R(v - v0))其中，η表示液体的粘度，ρ和ρ0分别是液体和环境的密度，g是重力加速度，t是球从杯口滑落到指定位置所花费的时间，R是球的半径，v和 v0分别是粘度球在液体中下落时的速度和初始速度，同时也是带入实验数据中的两个个实际测量值。
如果要得到更准确的液体粘度测量结果，还需考虑到一些误差因素，如液体温度、环境温度、液体的气味、表面张力等。
要尽可能去除误差因素，可以做好实验操作流程，准确记录数据并多次重复实验以提高测量的准确度。
总之，落球法是测量液体粘度的一种有效和方便的方法，它可以用于多种常见液体的粘度测量。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】仿真实验 落球法测定液体的粘度
仿真实验 / 落球法测定液体的粘度一、实验目的（1）观察液体的粘滞现象；（2）用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度；（3）巩固使用基本测量仪器的技能；（4）了解PID温度控制的原理。
二、实验仪器变温黏度测量仪，ZKY-PID温控实验仪，停表，螺旋测微器，钢球若干，金属镊子。
三、实验原理1.落球法测定液体黏度原理一个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和黏滞阻力3个力的作用，如果小球的速度v很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的，则从流体力学的基本方程可以导出表示黏滞阻力的斯托克斯公式：（1）（1）式中d为小球直径。
由于黏滞阻力与小球速度v成正比，小球在下落很短一段距离后，所受外力达到平衡，小球将以匀速下落，此时有：（2）式中ρ为小球密度，ρ为液体密度。
由（2）式可解出黏度η的表达式：（3）本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，此时黏滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D)，而（3）式可修正为：（4）当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的黏度值又较小时，小球在液体会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对中的平衡速度v斯托克斯公式的影响：（5）其中，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。
（6）当Re小于0.1时，可认为（1）、（4）式成立。
当0.1<Re<1时，应考虑（5）式中1级修正项的影响，当Re大于1时，还须考虑高次修正项。
考虑（5）式中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，黏度η1可表示为：（7）由于3Re/16是远小于1的数，将1/（1+3Re/16）按幂级数展开后近似为1－3Re/16，（7）式又可表示为：（8）已知或测量得到ρ、ρ、D、d、v等参数后，由（4）式计算黏度η，再由（6）式计算Re，若需计算Re的1级修正，则由（8）式计算经修正的黏度η1。
在国际单位制中，η的单位是Pa·s（帕斯卡·秒），在厘米，克，秒制中，η的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是：1Pa·s=10P=1000cP （9）2.PID条件控制PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律，自动控制系统的原理可用图1说明。
用落球法测定液体粘度分析
用落球法测定液体粘度分析
一、简介
落球法是一种用于测量液体粘度的方法，它可以测量出微小的液体粘
度变化。
落球法原理是基于流体力学的理论，理论上，可以通过测量放入
液体中的球体的落速来确定粘度。
根据实际测量获得的实测数据，液体的
粘度可以由其临界落距和所记录的时间计算出来。
换句话说，落球法可以
帮助理解液体的流变性，以及在液体状态时的物理变化。
二、原理
落球法的原理是流体力学理论。
理论上，可以通过测量放入液体中的
球体的落速来确定粘度。
落球法是基于Stoke's Law来计算液体粘度。
Stoke's Law用于计算均匀流体在球体流动时的阻力。
在Stoke's Law中，临界半径表示球体在液体中的阻力大小。
因此，可以通过测量球体在液体
中的落速来确定临界半径，从而推导出液体的粘度。
在落球法中，实验者通常可以在一个液体中测量几个球体的落速以求
得准确的结果。
这些球体的大小通常介于2mm到25mm之间。
球体的大小
影响着测试中计算出的粘度值。
因此，不同大小的球体应该在实验中一起
使用，以确保测试的精度和准确性。
三、实验
落球法实验需要一个容器，这个容器可以是一个深度足够的烧杯、玻
璃杯或是一个管道。
实验室要求容器必须是透明的，因为实验中需要观察
球体的运动。
液体粘度的测量(落球法)
液体粘度的测量(落球法)
落球法是一种测量液体粘度的方法，它通过观察液体中球体的时间落体来确定液体的粘度。
这种测量方法主要使用落球法检测仪和一种重量比较小的，新鲜的球体计算液体的粘度。
落球度测量方法的基本原理是：通过观察液体中球体的竖直运动时间，测量液体的粘度，这是一种粘度测量方法，可以在管子里进行实验测量。
落球法不仅可以测量液体的粘度，还可以测量狭窄管内液体的浊度、混合度等性能参数。
落球测量过程主要包括以下几个步骤：
1.调整落球仪：相兹设定和测量范围。
2.样品准备：将样品放入检测管，记录重量，并且确定该液体是否为新鲜的球体。
3.测量液体的粘度：放入质量较低的球体，让它穿过液体，用测量仪测量它从另一端到达的时间来确定液体的粘度
4.结果分析：根据测量仪测到的由球体穿过液体管道的时间，计算出液体的粘度值。
落球测量方法的主要优点是它可以快速准确地测量液体的粘度，并且灵敏度高，它也可以用于测量液体的浊度、混合度等性能参数。
然而也存在一些缺点，比如在测量受外界压力影响大的液体中，落球法的准确性会下降，这需要对数据进行重新处理才能获得准确的结果。
落球测量方法在实验重复性方面表现不错，并且可以用于实时非破坏性测量，这是此类测量方法的显著优点之一。
落球法测定液体的粘度
实验名称 落球法测定液体的粘度组号【实验目的】学会用落球法测量液体的粘度。
【实验内容与步骤】1、 调整粘滞系数测定仪底盘水平，再仪器横梁中间部位放重锤部件，调节底盘旋钮，使重锤对准盘的中心圆点；2、 调节上下两个激光器，使其红色激光束平行地对准垂线；3、 收回重锤部分，将盛有被测液体的量筒放置到实验架底盘中央，并在实验中保持位置不变；4、 在实验架上放上钢球导管，放入清洁过的小球，看其落下时能否阻挡光线；若不能，则适当调整激光器的位置；5、 用读数显微镜测量10颗小球的直径，以备用；将小球放入导管，当小球落下阻挡上面的红色激光束时，电子计时仪器开始计时；小球阻挡下面的激光束时，计时结束，从而得到小球在上下两束激光之间的下落时间t ；重复测量6次以上。
6、 测量上下激光束之间的距离l ；用游标卡尺测量筒的内径D ；用钢尺测量油柱深度H ；记录实验时的温度。
【数据处理】粘滞系数的计算：()21181 2.41 1.6gd t d d lD H ρρη′−=•⎛⎞⎛⎞++⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠ 钢球的密度，液体的密度用密度计自行测量。
温度16度时，蓖麻油粘滞系数参考值37.8310/Kg m ρ′=×31.37Pa s η=•。
【预习思考题】1、 如何判断小球在做匀速运动？2、 测量的起始点是否可以选择液面，为什么？3、 用激光光电开关测量小球下落时间的方法测粘滞系数有何优点？【注意事项】1.每个小钢球在投入液体前必须先测量直径，否则投入后不能取出。
2.小钢球必须用镊子夹，不能用手拿。
3.实验所用的液体必须保持清洁，不允许掉入杂物。
4.实验时特别注意动作要轻，防止装置倾覆和液体外溅。
落球法测定液体的黏度
落球法测定液体的黏度 PB10214023 张浩然一、实验题目：落球法测定液体的黏度二、实验目的：通过落球法测量油的黏度，学习并掌握测量的原理和方法 三、实验器材：小钢球、刻度尺、千分尺、游标卡尺、液体密度计、秒表、温度计。
四、实验原理：1. 斯托克斯公式的简单介绍粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。
如果小球在液体中下落时的速度v 很小，球的半径r 也很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的6F vr πη= （1）η是液体的粘度，SI 制中，η的单位是 s Pa ⋅2. 对雷诺数的影响雷诺数R e 来表征液体运动状态的稳定性。
设液体在圆形截面的管中的流速为v ，液体的密度为ρ0，粘度为η，圆管的直径为2r ，则 2e v rR ρη=（2）奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响： 23196(1...)161080e e F rv R R πη=+-+ （3） 式中316eR 项和2191080e R 项可以看作斯托克斯公式的第一和第二修正项。
随着R e 的增大，高次修正项的影响变大。
(1).容器壁的影响考虑到容器壁的影响，修正公式为 23196(1 2.4)(1 3.3)(1...)161080e e r r F rv R R R h πη=+++-+ （4） (2).η的表示因F 是很难测定的，利用小球匀速下落时重力、浮力、粘滞阻力合力等于零，由式（4）得3204319()6(1 2.4)(1 3.3)(1...)3161080e e r r r g rv R R R h πρρπη-=+++-+ （5） 可得 202()131918(1 2.4)(1 3.3)(1...)22161080e e gd d d v R R R h ρρη-=+++-+ （6）a.当R e <0.1时，可以取零级解，则式（6）就成为200()118(1 2.4)(1 3.3)22gd d d v R hρρη-=++ （7）即为小球直径和速度都很小时，粘度η的零级近似值。
实验5落球法测定液体粘度
实验5落球法测定液体粘度
落球法测定液体粘度是一种粘度测试方法，它以一定的温度为准，在恒定的条件和一定时间内，将球形密度及测试液体充分混合，然后将球形物质在测试管内自由落体，并以时间方式测量出球形物质落体距离来测试液体的粘度。
落球法测定液体粘度的基本步骤包括：准备测试环境和主要仪器；将用于测试的球形物质（如球型钢球）放入测试管内；对球形物质进行称重；把测试管放在恒温体系中，并将恒温体系稳定在一定的温度；当测试温度达到预定温度时，将测试液体倒入测试管中；当测试液体浓度得到恒定时，打开测试管使球形物质自由落体；完成一组落球测试后，再进行一组落球测试，直到球形物质落下的距离在安全允许的范围内；记录球形物质落体距离；依据记录的落体距离使用相应的计算公式计算液体粘度；清理测试玻璃管及其他仪器设备，完成测试。
落球法测定液体粘度在应用中有它特有的特点：操作简便；精度可靠；适用于各种温度和浓度的液体；适用于包括水以外的各种液体；多种材料可以作为测定物；耗费和频率较低。
由此可以看出，落球法测定液体粘度的便捷性和非常可靠的结果使其成为测定液体粘度的一个有力工具。
然而，落球法测定液体粘度也有其缺点，如对变形物质较大粘度影响；对超粘液体测定困难，造成测量结果有偏差；测试时间比较长，一次测试只能得出一个粘度值，并不能给出温度的变化趋势；落球距离的测量结果很难准确比对；球形材料的作用不是很强，可能会影响到测量结果。
总而言之，落球法测定液体粘度具有它特有的特点和应用优势，但也有它的局限性和弊端，在应用时需要结合实际情况，合理使用，力求取得更加准确可靠的测试结果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
落球法测定液体的黏度
PB 张浩然
一、实验题目：落球法测定液体的黏度
二、实验目的：通过落球法测量油的黏度，学习并掌握测量的原理和方法 三、实验器材：小钢球、刻度尺、千分尺、游标卡尺、液体密度计、秒表、温度计。
四、实验原理：
1. 斯托克斯公式的简单介绍
粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。
如果小球在液体中下落时的速度v 很小，球的半径r 也很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的
6F vr πη= （1）
η是液体的粘度，SI 制中，η的单位是 s Pa ⋅
2. 对雷诺数的影响
雷诺数R e 来表征液体运动状态的稳定性。
设液体在圆形截面的管中的流速为v ，液体的密度为ρ0，粘度为η，圆管的直径为2r ，则 2e v r
R ρη
=
（2）
奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响： 2
3196(1...)161080
e e F rv R R πη=+
-+ （3） 式中316
e
R 项和2191080e R 项可以看作斯托克斯公式的第一和第二修正项。
随着R e 的增大，高次修正项的影响变大。
(1).容器壁的影响
考虑到容器壁的影响，修正公式为 23196(1 2.4
)(1 3.3)(1...)161080
e e r r F rv R R R h πη=+++-+ （4） (2).η的表示
因F 是很难测定的，利用小球匀速下落时重力、浮力、粘滞阻力合力等于零，由式（4）得
3204319()6(1 2.4)(1 3.3)(1...)3161080
e e r r r g rv R R R h πρρπη-=+++-+ （5） 可得 202()131918(1 2.4)(1 3.3)(1...)22161080
e e gd d d v R R R h ρρη-=+++-+ （6）
a.当R e <0.1时，可以取零级解，则式（6）就成为
200()1
18(1 2.4)(1 3.3)22gd d d v R h
ρρη-=++ （7）
即为小球直径和速度都很小时，粘度η的零级近似值。
b.当0.1<R e <0.5时，可以取一级近似解，式（6）就成为
201()31
(1)1618(1 2.4)(1 3.3)22e gd R d d v R h
ρρη-+=++
它可以表示成为零级近似解的函数： 1003
16
dv ηηρ=-
（8） c.当R e >0.5时，还必须考虑二级修正，则式（6）变成
2202()3191
(1)16108018(1 2.4)(1 3.3)
22e e gd R R d d v R h
ρρη-+-=++ 或 2
0211
119[11()]2270dv ρηηη=
++ （9） 五、实验步骤：
1. 用等时法寻找小球匀速下降区，测出其长度l 。
2. 用螺旋测微器测定6个同类小球的直径，取平均值并计算小球直径的误差。
3. 将一个小球在量筒中央尽量接近液面处轻轻投下，使其进入液面时初速度为零，测出小球通过匀速下降区l 的时间t ，重复6次，取平均值，然后求出小球匀速下降的速度。
4. 测出R 、h 和ρ0（三次）及液体的温度T ，温度T 应取实验开始时的温度和实验结束时的温度的平均值。
应用式（7）计算η0。
5. 计算雷诺数R e ，并根据雷诺数的大小，进行一级或二级修正。
6. 选用三种不同直径的小球进行重复实验。
六、数据处理：
1.首先是匀速区的寻找：
利用最大的球进行对球体通过每个分段所用的时间测量， 实验数据有:
高度h/cm 14.80 11.90 9.00 6.00 3.10
时间t/s 0.76 0.79 0.79 0.79
则取3.10cm 到11.90cm 为匀速区，
在实验装置上的刻度为400mL 到1600mL 再对距离进行进一步测定：
400mL 刻度对应的高度h 1/cm 3.1 3.15 3.12 1600mL 刻度对应的高度h 2/cm 11.9 11.9
11.93
实 验 报 告
则有：
匀速区有平均值3
1
18.787cm 3i i l l ===∑
其标准差0.026cm l σ==
有：大球直径的平均值：6
111
10.3966cm 6i i d d ===∑
其标准差有10.0011d cm σ== 中球直径的平均值：6
221
10.2372cm 6i i d d ===∑
其标准差有2
0.0001d cm σ==
小球直径的平均值：6
331
10.1580cm 6i i d d ===∑
其标准差有30.0001d cm σ== 大球质量的平均值：6
111
10.2570g 6i i m m ===∑
其标准差有1
0.0008m g σ==
则可得大球的密度为3
3111
47.8702g/cm 32d m ρπ⎛⎫
== ⎪⎝⎭
中球质量的平均值：6
221
10.0548g 6i i m m ===∑
其标准差有2
0.0002m g σ==
则可得中球的密度为3
3222
47.8448g/cm 32d m ρπ⎛⎫
== ⎪⎝⎭
小球质量的平均值：6
331
10.0162g 6i i m m ===∑
其标准差有3
0.0003m g σ==
则可得小球的密度为3
3333
47.8733g/cm 32d m ρπ⎛⎫
== ⎪⎝⎭
大球通过匀速区的时间有平均值6
111
1 2.058s 6i i t t ===∑
其标准差有1t 0.041s σ== 则可求得大球通过匀速区的速度有：11
0.0427m/s l
v t =
= 中球通过匀速区的时间有平均值6
221
1 5.355s 6i i t t ===∑
则可求得中球通过匀速区的速度有：22
0.0164m/s l
v t =
= 其标准差有2t 0.043s σ== 小球通过匀速区的时间有平均值6
331
111.758s 6i i t t ===∑
实 验 报 告
核科学技术学院 2010 级 学号 PB 姓名 张浩然 日期 2011-5-25
其标准差有2t 0.149s σ==
则可求得小球通过匀速区的速度有：33
0.00747m/s l
v t =
=
直径有平均值：3
1
1228.0913i i R R cm ===∑
其标准差有2
0.008cm R
σ==
液体高度有平均值：3
1
117.433i i h h cm ===∑
其标准差有0.06cm h σ
== 液体密度有平均值：33
001
10.9529/3i i g cm ρρ===∑
其标准差有0
30.0001g/cm ρσ==
则可得温度平均值有：()1231.4352
T T T C =
+=︒ 其标准差：0.035C T σ==︒
6.利用式(7)计算0η： 则有，
2
101
01111()10.84Pa s 18
(1 2.4)(1 3.3)
22gd d d
v R h ρρη-=
=⋅++
2
202
02223()1
0.82Pa s 18
(1 2.4)(1 3.3)
22gd d d
v R h ρρη-=
=⋅++
2303
03333()10.83Pa s 18
(1 2.4)(1 3.3)
22gd d d
v R h
ρρη-=
=⋅++
可求得雷诺数有：
101
101
0.191
e v d R ρη=
=
202
202
0.045
e v d R ρη=
=
303
303
0.014e v d R ρη=
=
则对于01η应该有一级修正：201()31
(1)1618(1 2.4)(1 3.3)
22e gd R d d v R h
ρρη-+=++ 可得：1013
(1)0.81Pa s 16
e R ηη=+
=⋅ 对于02η和03η应该有零级修正： 即：2020.82Pa s ηη==⋅
3030.83Pa s ηη==⋅
七、思考与讨论：
思考题2：设容器内N 1和N 2之间为匀速下降区，那么对于同样材质但直径较大的球， 该区间也是匀速下降区吗？反过来呢？
答:
(1).对于同样材质但直径较大的球，该区间不一定是匀速下降区。
因为较大的球的加速区域较长，所以当它到N1时可能还在加速下落。
(2)但对于较小的球来说加速区域较短，则到该区域时一定是匀速下落的。