FD-VM-C变温粘滞说明书

1、仪器使用指导TEACHER' S GUIDEBOOKFD-VM-C变温粘滞系数测试实验仪中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Sha nghai Fuda n Tianxin Scie ntific_Educati on In strume nts Co. , Ltd.FD-VM-C型变温粘滞系数测试实验仪、概述液体粘滞系数又称液体粘度，是液体的重要性质之一，在工程、生产技术及医学方面有着重要的应用。采用落球法测量液体不同温度下的粘滞系数，物理现象明显，概念清晰，实验 操作和训练内容较多，非常适合大学一、二年级实验教学；但以往许多仪器只能测量室温下的液体粘 滞系数，却不能改变液体温度研究其

2、粘滞系数随温度的变化关系。而且以前由于受手工按秒表、视差 等因素影响，测量下落速度准确度不 高。现本公司研制的FD-VM-C型变温粘滞系数测试实验仪具有以 下优点：1、本仪器配有加热升温系统，可用于研究液体粘滞系数随温度的变化关系，扩大了 知识面，丰富了实验内容。2、用激光光电传感器结合单片机计时，克服人工秒表计时的视差和反应误差，测量 小球下落速度的准确度高，引导学生掌握一种新型计时、测速、计数的方法，体 现了实验教学的现代化。3.本仪器使用了新型激光发射、接收器，并在调节激光光束方面做了改进，避免了 以往仪器“调节难”的问题，使实验易于操作。4、设计底盘水平和立杆垂直调节装置及横梁中心小球

3、下落引导管，保证小球从待测液体量筒中心下落。本仪器可用于高等院校、中专的基础物理实验和设计研究性实验、演示实验。、技术指标1 .激光立柱标尺长度：2 .激光光电计时器量程:3 .盛待测液体容器规格:4 .控温范围：58cm刻度 1mm99. 999s分辨率 0. 001s直径60mm刻线高度43cm室温至60. 0 精度0. 1 小于1%小于5%5 .直径2mmd、钢珠在液体中下落测量速度的误差:6 .液体粘滞系数测量误差: 三、仪器功能1 .测量某一温度下液体的粘滞系数。2 .用循环热水加热液体达到预期的温度。3 .激光光电传感器结合单片机计时。四、使用注意事项1 .主机接通电源后不要打开水

4、箱盖（被封闭的加热器内通有220伏电压）！实验室 插座接地端应确保接地，以保证与之相连的加热器外壳和水箱中的水不带电！2、激光束不能直射人的眼睛，以免损伤眼睛。3、实验时应避免水泵空转，以延长水泵使用寿命。4、实验加倒水时应尽量避免水的逸出，特别注意不要将水洒到主机，插座上以免5、水箱中水位不能过低，整个实验过程都应确保水能浸没加热器发热部分（底部 大圈）和水泵转叶。6、温度传感器和出水管不要碰到加热器，以免烫坏变形。7、引导管的内壁和投放小球应保持清洁，以保证小球顺利滑出引导管8、应保证实验用水的清洁，仪器用过一段时间后要清洗，以确保计时的顺利进行 和水泵的正常工作。变温液体粘滞系数的测定实

5、验讲义实验目的1. 用斯托克斯公式采用落球法测量油的粘滞系数。2. 研究不同温度下液体粘滞系数的变化关系。3 .学习激光光电传感器测量时间和物体运动速度的实验方法。4 .观测落球法测量液体粘滞系数的实验条件是否满足，必要时进行修正。 实验原理1当金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力（m为小球质量）、液体作用于小球的浮力PgV （ V是小球体积，P是液体密度）和粘 滞阻力F （其方向与小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度 情况下，有（1）上式称为斯托克斯公式，其中r是小球的半径；n称为液体的粘度，其单位是mgv较小Pa*So小球开始下落时，由于速度尚小，

6、所以阻力也不大；但随着下落速度的增大, 力也随之增大。最后，三个力达到平衡，即mg = PgV +于是，小球作匀速直线运动，由上式可得：二（m -v P） g6兀vr乎01令小球的直径为，并用m=6d3e, vt弓代入上式得r,二(P, - P) gd 2t18 1其中P'为小球材料的密度，I为小球匀速下落的距离，t为小球下落I距离所用的时间。2实验时，待测液体必须盛于容器中（如图1所示），故不能满足无限深广的条件，实验证明，若小球沿筒的中心轴线下降，式（2）须做如下改动方能符合实际情况：一DTH 1一 1218（“仙+竹）其中D为容器内径，H为液柱高度。图1实验装置实验时小球下落速度

7、若较大，例如气温及油温较高，钢 珠从油中下落时，可能出现湍流情况，使公式（1）不再成立， 此时要作另一个修正（详见附录）。3.粘滞系数由液体的性质和温度决定。随着液体温度的升高，其粘滞系数会迅速 减小（本实验温度和粘滞系数的关系非常密切，温度的测量应准确可靠）。趣麻油的粘滞系数n随温度9的变化近似满足指数衰减关系，即：其中系数A、B均为正数。三、实验内容L调整粘滞系数测定仪及实验准备）仪器按结构图组装完成后，往玻璃容器内筒中加入适量的待测液体（高度比出水口低12cm为宜），往水箱中加入适量的水。连接好主机和水泵的电源线、计时数据传输线、温度数据传输线（把温度传感器放入水中）、进水管和出水管。开

8、启水泵电源 为玻璃容器灌水。此时最好将出水管拔出水面，尽量避免水箱中水泡的产生，以便水泵的正常工作和观测计时的正常进行。当水灌满后，把出水管浸没水中并调整好温度传感器的位置，让它们不要碰到加热器。）打开主机电源，可看见实验架上的上、下两个激光发射器发出红光。在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节上、下两个发射器，使其红色激光束对准锤线（也是小球F落路径）。两发射器摆放位置稍微靠下，以保证计时阶段小球已是匀速下落；两 光束 间距尽量大些，以减小计时和下落距离测量的相对误差。三）收回重锤部件，调节上、下两个接收器，使红色激光束对准接收孔。当主机面板上触发指示灯亮时，就表示两接受器同时接收到了光束。尽量

9、使光束从接收孔中心垂直射入，以便减少气泡对计时的干扰。（若有气泡经过激光束时，会附加些折射，这就 可能导致非目的性计时）2 .用温度计测量室温下待测液的温度，然后在仪器横梁中间部位放入铜质球导管，让小球从铜质球导管中下落，记录每次小球下落 L距离的时间，取各次计时的平均值做 为下落时间。3 .在主机上设置好要达到的温度值，按确定按纽后仪器开始给循环水加热。每隔三分钟用搅拌棒伸入待测液中搅拌半分钟（先把铜质球导管和横梁小心取下），加快待测液 的升温速率、缩短热量扩散达到均匀的时间。等主机温度表稳定显示预期温度以及待测液温度稳定不变时，记下此时待测液的温度（待测液温度一般小于设定的水温值）。然后把

10、横梁小心装上，放入重锤检查激光是否打在锤线上，若拆装横梁后不能正常计 时，可重复（1）中若干步骤调好激光器位置。最后重复（2）中步骤得到不同温度时 小球的下落时间。4 .记录实验时待测液的深度Ho用电子分析天平测量10 20颗小钢球的质量m,用比重瓶法测其体积，计算小钢球的密度 P'。用液体密度计测量待测液的密度 Po用游 标卡尺测量筒的内径D。5 .验证小球在计时阶段已是匀速下落（选做）当待测液稳定在某温度下时，先按上面步骤测得小球下落L距离所用的时间T1,然后把上面一组激光发射、接收器下移，使得两激光束之间的距离变为L/2,继续重复上面步骤测得小球下落的半程时间T2。比较T1/2和

11、T2,若两者近似相等，则说明 小球在计时阶段已是匀速下落。四、实验数据例待测液体是篦麻油。计时距离 L二（发射器间距+接收器间距）/2=91.0 mm小球直径 d= 1. 990 mm 小球密度=7. 86"103 Kg/m3油的密度 P =0. 960 103 Kg/m油高H=410 mm量筒内径D=60 mm表1不同温度下藤麻油粘度测量数据温度计时距第一次第二次第三次第四次第五次平均时粘滞系/离/mm计时/s计时/s计时/s计时/s计时/s间/s数/P28. 0091.03. 5733. 6223. 6403.6173.6133.6135. 4332. 0591.02. 5992

12、. 6262. 5952. 5922. 6322. 6093. 9235. 7091.02. 0462. 0602. 0522.0492. 0462. 0513. 0840. 3091.01.5561.5431. 5451.5531. 5461.5492. 3344. 2091.01. 2511.2501.2501.2551.2451.2501.88根据薨麻油粘度公认值表（见附录二）和以上测量数据作图后得到下图。比较两20253035404550曲线可知：实验测得数据和经验值很接近，误差较小。温度经验曲线实A 验曲线五、观察与思考1、实验中哪些量的测量对总误差影响较大？如何减小误差2引导管出口

13、与待测液液面之间的距离如何选择最好？3、如何判断小球在作匀速运动?六、参考文献1、沈元华、陆申龙，基础物理实验.北京：高等教育出版社，2003, 122、贾玉润等,大学物理实验.上海：复旦大学出版社，1988, 1: 1421463、贾起民、郑永令、方小敏，力学.第二版.北京：高等教育出版社，2002附录为了判断是否出现湍流，可利用流体力学中一个重要参数雷诺数Re 一来判断n雷诺数状态，一/八(4)当Re不很小时，式（1）应予修正，但在实际应用落球法时，小球的运动不会处于高 般Re值小于10,故粘滞阻力F可近似用下式表示：寸 3192F=6%nvr (1 + Re- Re )16 1080式中

14、n'表示考虑到此种修正后的粘度。因此,在各力平衡时，并顾及液体边界影响,可得n _（P, - P）gd2t 1T81d d 3 19T（1+2.4） （1+3. 3） （1 + Re Re ）D 2H 161080R 1 3192 4=n （1+ReRe ） 16 1080式中n即为式（3）求得的值，上式又可写为-4F吟V （洛.3式中。式（5）的实际算法如下：先将式（3）算出的n值作为方括弧中第二、16三项的n代入，于是求出答案为3 ；再将3代入上述第二、三项中，求得*2 ； ”，因为此两项为修正项，所以用这种方法逐步逼近可得到最后结果n （如果使用具有贮 存代数公式功能的计算器，很快可得到答案）。一般在测得数据后，可先算出A和n,然后根据吕的大小来分析工如吕在。.5%以下(即Re很小)，就不再求;如令在0.5%10%,可以只作一级修正，即不考虑-GA) 2项；而-在10%-上，则应完整地计2 nn算式(5)。附录二表2篦麻油的动力