液体粘滞系数的应用

液体粘滞系数的应用

[实验器材]
奥氏粘度计、温度计、秒表、玻璃缸、洗耳球、量筒、量杯、刻度移液管（滴定管）、蒸馏水、洒精等。
[实验原理]
1840年泊肃叶（Poiseulle）研究了牛顿液体在玻管中的流动，他发现流经毛细管的水的流量V与压力差 ΔP＝P1-P2、毛细管半径r0的四次方及时间t成正比，与毛细管的长度L、液体的粘度η成反比。其表达式是：
（2一1）
则
（2一2）

图2-1 奥氏粘度计
应用这一原理，奥氏特瓦尔德（1553一1932）设计制做了如图2一1所示的粘度计。它用玻璃制成，P泡的位置较高，为测定液体体积的球，上下各有一刻痕A和B（A、B间的容器相当于量筒），在B之下是一段截面相等的毛细管BC；Q泡位置较低，且比P泡大，为储液器。使用时竖直放置在恒温槽中。如果我们采用直接法测量，需将一定量的液体由D管注入，然后用洗耳球或移液管把液休吸人P泡，高于A线，让液体经毛细管自由下降。液体下落到A线时开始计时，至B线时停止计时，时间间隔为t秒，流经BC的液体体积为V。由于该部分液体向下流动，受到的压强差是 P=ρgh，因此有关系式
（2-3）
但是在实际中h、r0、L、V都是难以测准的，尤其是h在测量过程中，随着液体重力势能的改变而正比地变化着，更无法测量。因此用式2-3进行测算，其误差很大，实施也较为困难，因而我门通常采用比较法，即让相同体积的标准液体如蒸馏水和待测液体分别流过同一粘度计，则有
（2-4）
（2-5）
将上述二式进行比较，可得

由于相同体积的液体作用在毛细管中液体的平均液柱高度h都相同，所以
（2-6）
从式2-6可以看出，要测某一待测液体的粘滞系数，只要测量流经毛细管的时间t1、t2和密度ρ1、ρ2就可以了。从而使实验简化，并提高了测量的精确度。
此法对于牛顿液体（如酒精、血清或血浆）的测量来说，其测量精度高，操作简便、并且装置便宜。然而对于非牛顿液体来说就不太适宜，需换用其它的仪器，如旋转粘度计、锥板粘度计等。
[实验步骤]
测定某一温度下酒精的粘滞系数
1．先用蒸馏水洗涤粘度汁三次，再用少量酒精（待测液）洗涤一次，甩干。
2．将粘度汁垂直地放人水缸，并在水缸中插人温度汁。
3．用量筒（或移液管）取适量体积的酒精（如9毫升）注入粘度计，待几分钟后，记下水缸温度。
4．用洗耳球从E端将酒精缓慢地吸至A刻度线以上，迅速移开洗耳球。当液面降到A处时，开启停表；等液面降到B处时，卡住停表，记下表上的时间t2，如此重复五次，求出t2的平均值 和平均绝对误差 。
5．将酒精从粘度计中倒人废酒精瓶中，再用蒸馏水洗涤五次，甩干。
6．取与酒精相同体积的标准液体（蒸馏水）注入粘度汁，按4的方法，测出蒸馏水的t1，并求出 和 。
7．从附表2-2中查出选定温度下水和酒精的密度ρ1、ρ2，以及在此温度下蒸馏水的粘滞系数η1。
8．将以上数据代人2-6式算出酒精在选定温度下的粘滞系数η2 。
[实验记录]
测量时的温度 T＝ （℃）
水的密度 ρ1＝ （kg/m3）
酒精的密度 ρ2＝ （kg/m3）
水的粘滞系数η1＝ （Pa.S）
表2-1 酒精的粘滞系数的测定
次数 待测量
蒸馏水(t1) 蒸馏水（Δt） 洒精（t2) 洒精（Δt）
1
2
3
4
5
相对误差


酒精的粘滞系数 （Pa.S）


平均绝对偏差

测量结果 （Pa.S）
[注意事项]
1.吸液体时要慢慢地吸，尤其快到A线时更应注意，不能吸得太猛，以免液体吸人洗耳球，而影响实验结果。
2．在甩水和更换液体时，要小心不要折断粘度计。
3．标准液体和待测液体的体积必须相等，否则无法进行比较。