液体黏滞系数测量方法的改进与研究.pdf
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1、第 卷第 期大学物理实验.年 月 .收稿日期:基金项目:福建省中青年教师教育科研项目()通讯联系人文章编号:()液体黏滞系数测量方法的改进与研究王丽君郑亚玉张 瑛林二妹(闽南理工学院福建 石狮)摘要:通过对传统落球法液体黏滞系数测量仪器存在的问题进行整理和分析在 型液体黏滞系数测试仪的基础上采用高精度激光对管传感器与单片机计数控制器相连接将采集到的数据通过串口传输数据至电脑并利用计算机对实验数据进行科学精准处理用高效的方法计算出液体的黏滞系数 同时为了减少环境温度对液体黏滞系数测量值的影响把测试仪置于恒温箱内通过温度控制器调节恒温箱的温度利用可实时控制实验环境温度的方法最大限度地把控因环境温度
2、变化对测量结果的不确定性关键词:液体黏滞系数温控器传感器单片机中图分类号:/文献标志码:./.大学物理实验投稿网址:/.液体的黏滞系数是表征流体黏滞性强弱的重要参数 液体的黏滞系数又称为内摩擦系数是描述液体内摩擦力大小性质的一个重要物理量它表征液体反抗变形的能力只在液体内存在相对运动时才表现出来 黏滞系数除了因材料而异之外还比较敏感地依赖温度即液体的黏滞系数随着温度的升高而减小 研究和测定液体的黏滞系数不仅在材料科学研究方面而且在工程技术以及其他领域都有很重要的作用 实验原理当液体流动时平行于流动方向的各层流体的速度都不相同互相接触的两层液体之间存在着相对滑动在各层之间就有摩擦力产生这一摩擦力
3、称为液体的内摩擦力或黏滞力 它的方向平行于摩擦面其大小与速度梯度和接触面积 成正比即:()式中 称为黏滞系数它取决于液体的性质和温度 一般情况下黏滞系数随温度的升高而减小其物理意义是:速度梯度为单位量时作用于流体单位面积上的内摩擦力的大小 一个在液体中运动的物体会受到一个与速度方向相反的摩擦力这个力的大小与物体的几何形状、物体的速度以及液体的内摩擦力有关 液体的内摩擦力可用黏滞系数 来表征 对于一个在无限扩展液体中运动的球形物体斯托克斯推导出该球形物体受到的摩擦力即黏滞力为:()式中 是小球的直径 是小球的下落速度 是液体的黏滞系数它的数值与小球的大小种类无关而随温度增加近似地按指数减小小球在
4、液体中下落时受到三个力的作用:重力()浮力()和黏滞阻力()和 分别是小球和液体的密度 是小球的体积 是重力加速度 小球在液体中所受到的力如图 所示图 小球受力分析在小球开始下落时小球的下落速度很小黏滞阻力也比较小小球受到的重力大于它受到的浮力和黏滞阻力之和小球加速向下运动 但随着小球下落的速度增大黏滞阻力也逐渐增大当速度达到某一数值后黏滞阻力与浮力之和等于重力于是小球开始做匀速直线运动即:可得:()()在本实验中小球在玻璃管中下落液体在各个方向无限宽广的条件不满足上式要进行修正如果小球在直径为 液柱高度为 的圆柱形筒内下落考虑管壁对小球的影响则()式可修正后为:().()优化实验装置在测量液
5、体黏滞系数的实验过程中室温将随环境温度的变化而变化常规的黏度测定仪大多无恒温装置 由于液体的物质组成黏滞系数随温度的变化是很大的因此温度是影响落球法测液体黏度结果的主要因素 我们优化的实验装置增加温控装置整体设计框图如图 所示:图 实验装置设计框图.恒温箱恒温箱实验装置中采用 的温控陶瓷灯、温控器、亚克力板等组合成恒温箱使整个实验在恒温箱里进行大大地减小了周围环境温度对测量数据的影响 恒温箱的装置如图 所示图 恒温箱装置图.传感器我们采用了 型激光对射传感器工作电压 响应频率 提高了原有传感器的灵敏度高灵敏度传感器如图 所示图 高灵敏度传感器.单片机采用普中 单核 开发板 芯片应用一个 数码管
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