液体粘滞系数的测定Determinnation of Viscosity Coefficient for Liquids 1.了解泊肃叶公式的应用;
2.用毛细管粘度计(奥氏特瓦尔德粘度计)测定液体的粘滞系数; 3.了解比较法的好处。
[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)
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。因此用式丢勒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tsendai1、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珍肽,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 。
杨宪益 戴乃迭[实验记录]
测量时的温度 T= (℃)
水的密度 ρ1巴士海峡= (kg/m3)
酒精的密度 ρ2= (kg/m3)
水的粘滞系数η1= (Pa.S)
表2-1 沸点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。
[思考题]
1.为什么要取标准液体和待测液体的体积相等?
2.注入液体时,为什么要等一会再测?
3.为了提高测量精度,在选粘度计时需要考虑些什么?
4.在实验验测记t时,手不能握住粘度计,为什么?
5.为什么测量前要用待测液再洗一次粘度计?