范文一:黏滞系数的测量
物理实验报告
系别:物理系
学号: 姓名: 组号: 合作者:
日期:2014年11月3日周一
液体黏度的测量
一、 引言
黏滞性,亦称“内摩擦”,是指液体、气体和等离子体内部阻碍其相对流动的一种特性。如果在流动的流体中平行于流动方向将流体分成流速不同的各层,则在任何相邻两层的接触面上就有与面平行而与相对流动方向相反的阻力或曳力存在。这种阻力或曳力称为“黏滞力”或“内摩擦力”。实验表明,对于某些流体,相邻流层单位接触面上的黏滞力τ与速度梯度(即相邻流层的速度差dv 与流层间距dx 之比dv/dx)成正比,即τ=ηdv/dx,比例系数η称为“动力黏度”,简称“黏度”,或称“黏滞系数”、“内摩擦系数”。这一关系称为“牛顿黏滞定律”。黏度反映了流体黏滞性的大小。黏度的单位为Pa*s。流体的黏度随温度而变,当温度升高时,液体的黏度减小,而气体的则增加。
本实验旨在让学生了解黏度的物理含义,能熟练使用几种常用的长度测量工具,掌握毛细管法和落球法测黏度的实验方法和相关的数据处理(包括不确定度估算),以及学会当测量条件不是理想条件时如何通过修正使测量结果更接近于真实结果。
二、 实验原理
1. 落球法测量液体黏度
当金属小球在黏性液体中下落时,它受到三个铅直方向的力:小球的重力mg (m 为小球质量);液体作用于小球的浮力ρgV (V 是小球体积,ρ是液体密度)和黏滞阻力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v 较小情况下,有
F =6πηrv (1) 上式称为斯托克斯公式,其中r 是小球的半径;单位是Pa ?s 。
小球开始下落时,由于速度尚小,所以阻力也不大;但随着下落速度的增大,阻力也随之增大、最后,三个力达到平衡,即
η称为液体的黏度,其
mg =ρgV +6πηvr
于是,小球作匀速直线运动,由上式可得:
η=
(m -V ρ) g
6πvr
令小球的直径为d ,并用
m =
π
6
d 3ρ'
,
v =
l d
t (ρ' -ρ) gd 2t
η=
18l '
ρ其中为小球材料的密度,l t 为小球下落l 距离所用的时间。
2、实验时,待测液体必须盛于容器中(如图2的中心轴线下降,式(2情况:
(ρ' -ρ) gd 2t 1
η=?
d d 18l (1+2.4)(1+1.6) D H
(3)
其中D 为容器内径,H 为液柱高度。
3、实验时小球下落速度若较大,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。
2. 毛细管法测液体黏度
实际液体在水平细圆管中流动时,因黏性而呈分层流动状态,各流层均为同轴圆管。若细圆管半径为r ,长度为L ,细管两端的压强差为?P ,液体黏度为η,则细圆管的流量
πr 4?P Q =
8ηL
上式即泊肃叶定律。 本实验采用的方法是,通过测量一定体积的液体流过毛细管的时间来计算η。即
V πr 4?P
(3.2-1) Q ==
t 8ηL
式中V 即为t 时间内流过毛细管的液体体积。
当毛细管沿竖直位置放置时,应考虑液体 本身的重力作用。因此,式(3.2-1)可表示为:
πr 4(?P +ρgL ) V =?t
8ηL
本实验所用的毛细管黏度计如图所示,因为液面在CA 及BD 两部分中下降及上升的极其缓慢,液体内摩檫损耗极小,故可近似作为理想液体,且流速近似为零。设毛细管内液体的流速为v ,由伯努利方程可知流管中各处
的压强、流速与位置之间的关系为:
1
ρv 2+ρgh +P =常量 2
经一系列理论推导计算可得
πr 4ρgH V =?t
8ηL
然而,直接利用上式计算有很大难度,所以一般采用,即使用同一支毛细管黏度计,测两种不同液体流过毛细管的时间。测量时,如果对密度分别为ρ 1和ρ 2的两种液体取相同的体积,则在测量开始和测量结束时的液面高度差H 也是相同的,分别测出两种液体的液面从C 降到A (体积为V )所需的时间t 1和t 2,由于r 、V 、L 都是定值,因此可得下式
和
式中 相比可得
ρV
∝1 t 1η1
ρV
∝2 t 2η2
V V
和分别是体积为V 的两种液体流过毛细管的平均流量,两式t 1t 2
ρ2t 2
ρ1t 1
式中η 1和η 2分别为两种不同液体的黏度,若已知ρ 1、ρ2和η 1,只要测出t 1
η2=η1
和t 2就可求出第二种液体的黏度。
三、 实验装置
毛细管法:奥氏黏度计;
分析纯无水乙醇、蒸馏水; 密度计、温度计、秒表; 烧杯、移液管、洗耳球;
落球法: 落球法黏度测量仪1套(包括铁架台,盛有蓖麻油的长试管和铅垂线);
千分尺、游标卡尺各1把, 电子秒表1只,玻璃皿1个;
公用仪器:一把1m 钢尺,盛有蓖麻油的量筒1个(内悬温度计、密度计各1根)。
四、 实验步骤
落球法:
1. 开始测量前,先熟悉电子秒表的使用;
2. 调整试管上的标志线位置,保证相邻标志线之间的距离相等;(用钢尺测量并记录位置。)
3. 调节玻璃圆筒铅直:重垂线与玻璃圆筒的左右边缘分别重合,目测即可; 4. 投下第1颗小钢珠前记录室温,测完最后1颗小钢珠的下落时间后再记录室温,两者求平均;
5. 记录第1颗小钢珠经过5个标志线的时间,根据结果确定小球下落时作匀速运动的区域,选定接下来作实验时计时的起点和终点; 6. 分别测量5颗小钢珠的直径和匀速运动部分的下落时间;
7. 标志线位置、油柱的高度只需单次测量,玻璃圆筒的内径选择不同的角度测5次。
8. 计算不确定度时,修正部分的不确定度不考虑。 毛细管法:
1. 首先学习移液管的使用方法;用蒸馏水清洗移液管,再用移液管将6ml 的蒸馏水注入黏度计右管中,然后将蒸馏水吸至左管且使液面高于C 刻痕以上。吸的过程中要缓慢仔细,以防气泡混入毛细管,最后将左管上端橡皮管用手捏住;
2. 使黏度计保持竖直位置,然后放开手,当液面降至C 刻痕时揿下秒表,
记下液面自C 降到A 所用时间t1,并重复五次取t1的平均值; 3. 将水倒出并用酒精洗涤黏度计(特别是毛细管部分),洗涤后的酒精倒入指定容器中,然后用移液管将6.00ml 的酒精注入黏度计右管中,重复上述步骤,测出酒精液面自C 降到A 所用的时间t2,重复测5次; 4. 实验过程中要观察温度的变化和记录温度T 。用密度计测量水的密度,并分别从附表中查得酒精的密度和水的黏度; 5. 求酒精的黏度η2及其不确定度
五、 实验结果
1. 落球法
在实验中观察到,小球进入油中后,先做一段短暂的加速下落运动,然后进入匀速直线下落的运动状态。还观察到,小球在标志线x1到x5这一阶段可看做匀速直线运动,因此选择其作为参考的下落距离L=40.00cm.
其他数据:
综合以上数据,代入下式:
(ρ' -ρ) gd 2t 1η=?
d d 18l (1+2.4)(1+1.6) D H
得出η=1.0508Pa?S 另外
A
η
=0.06%<>
不确定度的计算:
u A
=1.655?10-6m
=0.6264s
u (d ) ==1.753?
10-6m u (l ) ==6.43?
10-4m u (ρ) ==0.611kg /m 3
因为u (ρ) 相对于u (ρ') =10kg /m 3很小,所以可忽略。 又忽略修正部分不确定度的影响,则
u (η) =0.0065pa ?s
所以蓖麻油的黏度为η±u (η) =1.0508±0.0065pa ?s
2. 毛细管法 纯水的测量结果:
1
酒精的测量结果:
2水查表得η水=0.987×
10?3Pa?s, ρ酒精=788.6g/L 根据η2=
η1
ρ2t 2
ρ1t 1
得到η酒精=1.177×10?3Pa?s
u(t1
=0.07s
u(t2=0.23s
u (ρ水) ==0.611kg /m 3 u (η2) =η=0.003?10-3pa ?s 所以酒精的黏度为η2±u (η2) =(1.177±0.003) ?10-3pa ?s
六、 讨论和分析
落球法:
1. 小球下落时会偏离试管中轴线,这会导致测量出的下落时间偏大,导致黏度的结果偏大。应对措施可以实验前将试管调至数值,释放小球前要先将小球浸没在液体内这样可以有效避免小球与液面接触瞬间的相互作用,释放小球时要无初速度,因为切向的初速度会导致小球偏离轴线。
2. 由于试管无法满足无限深广的条件,因此本实验对黏度的修正有效减小了实验误差。
3. 实验中是否出现湍流现象也会影响实验结果,但计算
A
η
=0.06%小于0.5%,
因此湍流现象可以忽略。
4. 实验中使用五个直径近似相等的小球来近似为对一个小球进行五次测量,虽然多次测量会减小误差,但是不同的小球也会引入一定的误差,不过很小。 5.人观察球通过刻度线到按下秒表有反应误差,不过测量两端的时刻会使反应的误差抵消掉。 毛细管法:
1. 两次加入的水和酒精的量有一定的差别。
2. 第二次加入酒精时,管内仍然残留水珠,导致所测得的酒精黏滞系数偏小。 3. 毛细管中不能有气泡,否则会导致黏度系数偏大。若有气泡,应该用洗耳球在一端将气泡吸出。 实验分析:
本次试验采用了两种方法来测量液体的黏滞系数,其中落球法适合测量黏滞系数较大的液体,而毛细管法适合测量黏滞系数较小的液体。
因为黏滞系数较大的液体中,小球下落比较缓慢,易于记录时间(若黏滞系数较小,小球下落太快,来不及计时)。而在毛细管法中,黏滞系数较小的液体通过毛细管流出的速度较快,同样易于记录时间(若黏滞系数太大,液体通过毛细管的速度太慢,拖慢试验进度)
另外,当待测液体的黏滞系数较小,钢珠直径又较大时,液体中将出现湍流,此时应对公式进行修正。
七、 实验结论
通过本次实验,了解了液体黏度的物理含义,并利用落球法测量了蓖麻油在20.8℃的黏滞系数η油=(1.0508±0.0065) Pa?s,用毛细管法测得酒精在21.0℃时的黏滞系数为η酒精=(1.177±0.003 )×10?3Pa?s。而且我认为测量黏度系数小的液体时适合用毛细管法,可以有效控制时间;测量黏度系数大的液体适合用落球法,可以避免小球下落太快产生湍流现象。
八、 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
2. 贾起民,郑永令,方小敏. 力学. 北京:高等教育出版社.2010
3. 张岱、王克难、王艳丽. 奥氏黏度计测量原理的两种推导方法. 辽宁医学院物理教研室
4. http://phylab.fudan.edu.cn
范文二:黏滞系数的测量解读
系实,物理系
学号,
姓名,
实,号
合作者,
日期,2014年11月3日周一
液度的实量体黏
1、引言
黏滞称内体气体离体内性~亦“摩擦”~是指液、和等子部阻碍其相实流实的一实特性。如果在流实的流中平行于流实方向流分成流速不同的体将体
各实~实在任何相实实的接面上就有面平行而相实流实方向相反的阻力两触与与
或曳力存在。实实阻力或曳力实“力”或“摩擦力”。实实表明~实于称黏滞内
某些流~相实流实实位接面上的力体触黏滞τ与即速度梯度;相实流实的速度差dv与流实实距dx之比dv/dx,成正比~即τ=ηdv/dx~比例系数η称黏实“实力度”~实“度”~或“系”、“摩擦系”。实一实系实称黏称黏滞数内数称
“牛实定律”。度反映了流性的大小。度的实位实黏滞黏体黏滞黏Pa*s。流体的度度而实~度升高实~液的度小~而的实增加。黏随温当温体黏减气体
本实实旨在实生了解度的物理含实~能熟实使用实常用的实度实量工具~学黏几
掌握毛实管法和落球法实度的实实方法和相实的据实理;包括不定度黏数确估
算,~以及实量件不是理想件实如何通实修正使实量实果更接近于学会当条条真
实实果。
2、实实原理
1.落球法实量液度体黏
当属黏体它个金小球在性液中下落实~受到三实直方向的力,小球的重力mg;m实小球实量,~液作用于小球的浮力;是小球实~是液密度,和体体体
黏滞与运体广阻力;其方向小球实方向相反,、如果液无限深~在小球下落速度实小情下~有况
;1,
上式实斯托克斯公式~其中是小球的半~实液的度~其实位是称径称体黏。
小球实始下落实~由于速度小~所以阻力也不大~但着下落速度的增尚随
大~阻力也之增大、最后~三力到平衡~随个达即
于是~小球作速直实实~由上式可得,匀运
令小球的直实~用~~代入上式得径并
;2,
其中实小球材料的密度~实小球速下落的距~实小球下落距所用的实匀离离
实。
2、实实实~待实液必实盛于容器中;如实体2所示,~故不能实足无限深的广条件~实实实明~若小球沿筒的中心实实下降~式;2,实做如下改实方能符合实实情, 况
;3,
其中实容器~实液柱高度。内径
3、实实实小球下落速度若实大~例如及油实高~实珠油中下落实~可气温温从
能出实湍流情况,使公式;1,不再成立~此实要作一修正。另个
2.毛实管法实液度体黏
实实液在水平实实管中流实实~因性而呈分实流实实~各流实均实同实实管。体黏状
~实度实~实管端的实强差实两实~液度实体黏~实实实管的流量若实实管半实径rLP实
上式泊实定律。即叶
本实实采用的方法是~通实实量一定实的液流实毛实管的实实实算体体来实。即
;3.2-1,式中即实实实流实毛实管的液实。内体体tV
当体毛实管沿实直位置放置实~实考实液
本身的重力作用。因此~式;3.2-1,可表示实,
本实实所用的毛实管度实如实所示~因实液面在黏CA及BD两部分中下降及上升的其实慢~液摩实耗小~故可近似作实理想液~且流速近似极体内檫极体
实零。实毛实管液的流速实内体v~由伯努利方程可知流管中各实的实强、流速与位置之实的实系实,
实一系列理实推实实算可得
然而~直接利用上式实算有大实度~所以一般采用很~使用同一支毛实即管度实~实实不同液流实毛实管的实实。实量实~如果实密度分实实黏两体实和实的实两 12液取相同的实~实在实量实始和实量实束实的液面高度差体体H也是相同的~分实实出实液的液面两体从C降到A;实实体V,所需的实实t和t~由于r、V、L都是12
定实~因此可得下式
和
式中 和分实是实实体V的实液流实毛实管的平均流量~式相比可得两体两
式中实和实分实实实不同液的度~若已知两体黏实、实和实~只要实出t和t 1212112就可求出第二实液的度。体黏
3、实实置装
毛实管法,氏度实~奥黏
分析实无水乙醇、蒸实水~
密度实、度实、秒表~温
实杯、移液管、洗耳球~
落球法, 落球法度实量实黏1套;包括实架台~盛有麻油的实实管和实垂实,~蓖
千分尺、游实卡尺各1把~
实子秒表1只~玻璃皿1~个
公用实器,一把1m实尺~盛有麻油的量筒蓖1;实实度实、密度实各个内温1根,。四、 实实步实
落球法,
1.实始实量前~先熟悉实子秒表的使用~
2.实整实管上的实志实位置~保实相实实志实之实的距相等~;用实离并尺实量实实位
置。,
3.实实玻与玻即璃实筒实直,重垂实璃实筒的左右实实分实重合~目实可~
4.投下第1实小实珠前实实室温~实完最后1实小实珠的下落实实后再实实室温两~
者求平均~
5.实实第1实小实珠实实5个确匀运区实志实的实实~根据实果定小球下落实作速实的
域~实定接下作实实实实实的来起点和实点~
6.分实实量5实小实珠的直和速实部分的下落实实~径匀运
7.实志实位置、油柱的高度只需实次实量~玻内径璃实筒的实实不同的角度实5
次。
8.实算不定度实~修正部分的不定度不考实。确确
毛实管法:
1.首先学清将实移液管的使用方法~用蒸实水洗移液管~再用移液管6ml
的蒸实水注入度实黏将右管中~然后蒸实水吸至左管且使液面高于C刻痕
以上。吸的实程中要实慢仔实~以防泡混气将入毛实管~最后左管上端橡
皮管用手捏住~
9.使度实黏当保持实直位置~然后放实手~液面降至C刻痕实实下秒表~实下
液面自C降到A所用实实t1~重实并五次取t1的平均实~
10.水将并黏倒出用酒精洗实度实;特实是毛实管部分,~洗实后的酒精倒入指
定容器中~然后用移液管将6.00ml的酒精注入度实黏右管中~重实上述
步实~实出酒精液面自C降到A所用的实实t2~重实实5次~
11.实实实程中要实察温温度的实化和实实度T。用密度实实量水的密度~分实并从附
表中实得酒精的密度和水的度~黏
12.求酒精的度黏η2及其不定度确
1.实实实果
1.落球法
实志实序号12345刻度/cm50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 实实实实t/s0.00 28.02 55.74 83.55 111.52 在实实中实察到~小球实入油中后~先做一段短实的加速下落实~然后实入速直实运匀
下落的实实实。实实运状察到~小球在实志实x1到x5实一实段可看做速直实实~因此匀运实实其作实考的下落距参离L=40.00cm.
次数实微实实数小球直径下落实实t/s实筒直径
d/mmd/mmD/mm实
10.9601.000111.5226.28
20.9580.998113.3126.30
30.9651.005111.9026.32
40.9671.007110.3126.30
50.9611.001113.7826.28其他数据,
初温T1206?=. 液面高度H=56.25cm末温T2210?=. 螺旋实微实零点d零= -.0040mm
2 实筒平均直径D=26.296mm 上海重力加速度g= (.?.)97940001m/s
。3蓖ρ麻油密度油=960.5g/L小球密度ρ790001103kgm‘=.?.×/实合以上据~代入下式数:
得出η10508Pa?S=.
另外<>
不定度的实算,确
因实相实于小~所以可很忽略。
又忽略修正部分不定度的确响影~实
所以麻油的度实蓖黏
2. 毛实管法
实水的实量实果,
T=21.0?V=6.00mL
次数12345
t1S/79.7779.6379.6579.5479.35由上表得出~t179588s=.
酒精的实量实果,
T=21.0?V=6.00mL
次数12345
t2S/119.75119.09119.93120.21120.45由上表得出~t2119886s=.,根据密度实得出~ρ水=./9965gL实表得η水=.×-0987103Pa?s,ρ酒精=./7886gL
根据
得到η酒精=.×-1177103Pa?s
所以酒精的度实黏
2.实实和分析
落球法,
1.小球下落实会离会黏偏实管中实实~实实致实量出的下落实实偏大~实致度的实果偏大。实实措施可以实实前将数将没体内实管实至实~实放小球前要先小球浸在液实实可以有效避免小球液面接与触瞬实的相互作用~实放小球实要无初速度~因实切向的初速度实会离致小球偏实实。
2.由于实管无法实足无限深的件~因此本实实实度的修正有广条黏减效小了实实实差。
3.实实中是否出实湍流实象也会响影实实实果~但实算小于0.5%~因此湍流实象可以忽略。
4.实实中使用五个径来个直近似相等的小球近似实实一小球实行五次实量~实然多次实量小实差~但是不同的小球也引入一定的实差~不实小。会减会很
5,人实察球通实刻度实到按下秒表有反实实差~不实实量端的实两会刻使反实的实差抵消掉。
毛实管法,
1.两次加入的水和酒精的量有一定的差实。
2.第二次加入酒精实~管内残黏滞数仍然留水珠~实致所实得的酒精系偏小。
3.毛实管中不能有气会黏数气泡~否实实致度系偏大。若有泡~实实用洗耳球在
一端将气泡吸出。
实实分析,
本次实实采用了实方法实量液的系~其中落球法两来体黏滞数黏滞数适合实量系实大的液~而毛实管法体黏滞数体适合实量系实小的液。
因实系实大的液中~小球下落比实实慢~黏滞数体黏滞数易于实实实实;若系实小~小球下落太快~不及实实,。而在毛实管法中~系实小的液通实毛实管流来黏滞数体
出的速度实快~同实易于实实实实;若系黏滞数体太大~液通实毛实管的速度太慢~拖慢实实实度,
另当体黏滞数径体将外~待实液的系实小~实珠直又实大实~液中出实湍流~此实实实公式实行修正。
3.实实实实
通实本次实实~了解了液度的物理含实~利用落球法实量了麻油在体黏并蓖
20.8?的系黏滞数η油=(.?.)1050800065Pa?s~用毛实管法实得酒精在21.0?实的黏滞数η系实酒精=(.?. )×-11770003103Pa?s。而且我实实实量度系小的液实黏数体适合用毛实管法~可以有效控制实实~实量度系大的液黏数体适合用落球法~可以避免小球下落太快实生湍流实象。
4.参献考文
1,沈元实~实申实.基实物理实实. 北京,高等教育出版社.2003
2. 实起民~实永令~方小敏.力学.北京,高等教育出版社.20103. 实岱、王克实、王实实.氏度实实量原理的实推实方法奥黏两.实宁医学教研院物理室4. http://phylab.fudan.edu.cn
范文三:液体黏滞系数测量实验的改进
液体黏滞系数测量实验的改进
刘 晓 彬
,,,中国人民武装警察部队学 院 基础部 河 北 廊 坊 :,,:::
,,、、摘 要 针对多管落球法测液体黏滞系数的实验中 小球下落偏离轴线 环境温度变化的 影 响 人 工 计 时 和 小
,,球下落距离测量不准的问题 提出改进小球取用工具以 保证小球沿轴线向下落 调整测量顺序并采用光电法
,。 ,。,测量小球下落时间 改进测量小球下落距离的方法等 以保证准确测量 通 过 改 进 实验误差大大降低
,,,关 键 词 黏 滞 系 数 多 管 落 球 法 实 验 方 法
,,,,, 文 章 编 号 文 献 标 志 码 中 图 分 类 号 ,,:,,,,,,:,,:,:,,::,,,::,))))
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),、、,,在 力 学 医 学 工 程 技 术 中 涉及 到流体的问题时 ,,,作 出图 线 延 长 图 线 交 于轴 得 到 的 截 距 ,, , ,,)
。经 常 要 考 虑 液 体 黏 滞 性 问 题 黏 滞系数是衡量液体黏 “”,即 为 满 足 液 体 无 限 广 延 条 件 时 小球匀速下落,,,距离 ,,,),,。 滞 性 的 量 度 它取决 于液体的性质与 温 度测 量 液 。,所 用 时 间即 可 求 出 液 体 的 黏 滞 系 数 , , :η 、、、 体 黏 滞 系 数 的 常 用方法有毛细管法 落 球 法 旋 转 法 ,,,,) , :ρρ ? ,:, η 泄 流 法 等 。对 于 测 量 黏 滞 系 数 较 大 的 液 体 ,如 蓖 麻 ,,,
油 、式 中为 液 体 密 度 ,为 本 地 的 重为 钢 球 密 度 ,: , ρ ρ、,。变 压 器 油 甘 油 等 常 用 落 球 法 落球法又常见有单管 ,。 力 加 速 度 为 小 球 直 径 , ,,,),。 落 球 法 和 多 管 落 球 法本 文 就 多 管 落 球 法 测 量 这种多 管 落 球 法使用了曲线外延修正 法 进行 数据
。液 体 黏 滞 系 数 实 验 中 的 一 些 问 题 进 行 讨 论 ,,,处 理 原 理 简 单 设 计 巧 妙 有助于提高学生的实验思 多管液体黏滞系数仪实验原理 ,。 ,维 和 逻 辑 思 维 能 力 可是实际操作时 学 生 的 实 验 结
本实验 所使 用的多 管液体 黏 滞系数仪是用一组直 ,果 有 时 偏 差 较 大 尤 其 是小球 在 不同圆管中下落时间
,,径 不 同 的 圆 管 安 装 在 同 一 水 平 底 板 上 管 中 装 有 待 。和下落高度 的 测 量 结果往往不太理想 ,、液 体 每 个 圆 管 上 刻 有 等 距 离 的 两 条 刻 线 测 , ,
实验设计的改进 ,。 ,上 刻 线 必 须 与 液 面 保 持 足 够 的 距 离 以 保 证 ,,
小 球 下 落 ,。 经 过 上 刻 线 前 运动速度已经达到匀速 分 ,通 过 多 次 实 验 可总结出影响小球在圆管中下落
别 测 量 每 个 圆 管 中 两 刻 线 间 小 球 的 下 落 时 间和 圆 ,,,,,,时 间 的 因 素 主 要 有 小 球下落路径偏离轴线 小 球 , 管 的 内 径 为 ,,,运 动 受 管 壁 的 影 响 增 大 环境温度变化 影 响液 体黏 ,收 稿 日 期 , :,,:,:,,)),,,,。滞 系 数 小球下落经过刻 线 时 测 量 者 计 时 不 准 ,,,—,,,,,,作 者 简 介 刘 晓 彬 女 河 北 廊 坊 副 教 授 硕 士 从 事 物 理 实 验,,:,
及 教 学 研 究 而小球下落 高 度 测 量的误差主要由于测量 工 具的 位置
,。线 偏 离 增 加 了 管 壁 的 影 响 还有时 学生操作不规
,范
,。 造 成 小 球 不 是 垂 直 下 落 也 容 易 引 起 测 量 误 差 我 们
,,:),、,。曾 尝 试 使 用 镊 子 电 磁 铁 等 工 具 但效果并不太好
, 为 方 便 确 定 圆 管 中 心 位 置 我们 设计在圆管封盖
,,中 心 位 置 打 一 个 小 孔 孔 径 大 约 这 样 学 生 判 , ,,
,,,。断 中 心 位 置 就 准 确 多 了 如 图 所 示 ,,
,,另 外 因 为 小 球 使 用 前 应 当 先 浸 润 所 以 实 验 图 不同直径管内液体温度随 室 温变 化 曲 线, , θ, 中
,往 往 出 现 小 球 粘 在 释 放 工 具上不下落的情况 学 生 时 ,,因 此 我 们 设 计 的 实 验 程 序 要 求 学 生 进 入
实 。常 在 这 一 步 骤 操 作 失 误 为保 证 小球以良好的状态下 ,,后 立 即 开 始 测 量 小 球 在 各 圆 管 内 下 落 时 间 尽
可 ,,落 我 们 使 用 套 管 作 为 取 球 工 具 选择一个中空的塑料 。 ,最 短 时 间 内 完 成 测 量 由于存在液体涡流 同 一 ,,细 管 细 管 内 径 稍 大 于 小 球 直 径 再用一根细棒轻推小 。 ,多 次 测 量 不 能 连 续 进 行 为 此 我们依次测量 小 ,,,,球 小 球 即 可 从 管 中 落 入 液 体 如 图 所 ,,,,各 管 中 下 落 时 间 一 轮 完 成 后 立刻进行下一轮 。 示 ,这 样 可 以 很 好 地 避 免 各管内 温 度变化速率不 同
。,,的 实 验 误 差 时 间 测 量 完 成 后 再 将 小 球 捞 出
进 。他 物 理 量 的 测 量
计 时 不 准 的 解 决 方 案 ,,,
,以 往 的 实 验 采 用人工秒表计时 学生实验 所
,,球 直 径 很 小 在 管 中 运 动 时 不 易 观 察 学 生 凭 观
察 。表 计 时 往 往 造 成 很 大 的 人 为 误 差 所 以 许 多 院 校 图 实验装置改进示意图 。,采用光电计 时 装 置 来测量小球下落时间 但 是 如
,,球 直 径 太 小 挡 光 效 果 则 不 好 所 以 大 多 选 择 增 减 少 环 境 温 度 变 化 的 影 响 ,,,加 。,,直 径 的 方 法 而 且 由 于 激 光 束 较 细 要 保 证 小 , 由 于 实 验 学 生 人 数 较 多 造成实 验室内温度变化 ,球 ,,:),,。 路 径 一 定 通 过 光 线 很 不 容 易,,,,较 大 例 如 一 间 的 实 验 室 名 学 生 上 课 学 ,: ,,: 。我们设 计 的 光 电控制计时装置如图 所 示 ,。生 进 入 实 验 室 前 后 室 温 变 化 一 般 在左 右 尤 其 , ?。一组悬挂光 电 门 来 测量小球下落时间 安 装 时 先 ,。 是 学 生 进 入 实 验 室 的 最 初 室 温 变 化 明 显 ,: ,,,,,激 光 束 通 过 圆 管 的 轴 线 然 后 用 套 管 释 放 小 球 由 于 圆 保 。 ,放 时 套 管 下 端 开 口对准圆管轴线 这 样 小 球 下 ,, 管 直 径 不 同 管 内液体 温 度 随环境变 化的速度也不同 。径 基 本 沿 圆 管 轴 线 如果发现小球运动路 径 不 能 ,这 就 造 成 了 在 实 验 测 量 时 各圆管内 液体黏滞系数实 ,,两 条 光 束 可 以 适 当 微 调 光 电 门 底 座 左 右 位 置 ,。际 值 的 不 同 这 些 因 素 导 致 实 验 误 差 较 大 保 ,。球 通 过 光 线 确 保 计 时 准 确 ,为 了 减 小 环 境 温 度 变 化 对 实 验 的 影 响 我 们 制 小 球 下 落 距 离 测 量 方 法 的 改 进 ,,,。造 了 相 对 密 封 的 装 置 由 于玻璃 的 热导率在室温下,,实 验 中 小 球 下 落 距 离 的 测 量 一 般 使 用 钢 约为 板 。,游 标 卡 尺 由 于 测 量要求测的是垂直高度 这 ,,,,?而 有 机 玻 璃 的 热 导 率 在 室 温 下 约 :,:, ,,,
,。比 较 相 对 误 差 为 :,,,
,改 进 前 后 数 据 对 比 表 明 根 据小球下落时间得到
),,的图 线 更 好 地 呈 线 性 变 化 实验结果准确度大 ,, )
。,大 增 加 同 时 在 教 学中通过学生对实验过程的分析
,,与 实 验 操 作 的 安 排 锻 炼 了 学 生 实 验 思 维 提 高 了 学 生
。 对 实 验 结 果 的 分 析 处 理 能 力
,,参 考 文 献 ,,,,,,,,,, 图 测量下落时间的光电门装置图 ,,,,,,,丁 喜 峰 大 学 物 理 实 验 北 京 北京理工大学出版社 ,,,,,::,,
,,,,,,李 学 慧 大 学 物 理 实 验 北 京 高等教育出版社 ,,,, ,::,,,板 尺 垂 直 悬 挂 在 两 光 线 通 过 的 路 径 上 读 出 两 光 线 ,,,,,,,黄 建 群 胡 险 峰 雍 志 华 大 学 物 理 实 验 成 都 四 川 大 学 出 版 ,,,,间 ,社 ,::,,。。 距 离 即 可 这 样 可 以 准 确 测 量 小 球 下 落 距 离 ,,,,,,李 平 大学物理实验教程 北 京 机械工业出版社 ,,,, ,::,, 实 验 结 果 ,,,,,,,,,熊 永 红 任 忠 民 张 炯 等 大 学 物 理 实 验 武 汉 华 中 科 技 大 学 ,,,,
,出 版 社 ,:::,,改 进 前 的 实 验 数 据 如 下 实 验 室 温 度 由,,,: ?,,,,杨 浩 朱 基 珍 禤 汉 元 落球法测液体粘滞系数小球运动过程 ,,,,,)升 描 绘 ,,广西工学院学报 ,,,,, ,,,,:,,:,,:,,,,,:,),,,至 小 球 的 密 度蓖 麻 油 的 密 ,,,: ?,:,::,,,ρ, ,,,龙 卧 云 谭 玉 于 梅 花 落球法测定液体粘滞系数实验设备的操作技 ,:,,,,,,度小 球 直 径 ,,,, ,,,,,,:, ,,,,: ,, ρ,,,,,,巧 实 验 室 科 学 :,,,,,,::,,,,,) ,, 小 球 下 落 距 离 小 球 下 落 时,,::, ,,,,,,,,: ,,,,,,,,张 伏 付 三 玲 程 建 辉 液体粘滞系数精确测量系统设计 自 动 ,:,,,,?间计 算 得 到 黏 滞 系 数与 ,,,,,,,,:,,,,,,,:,,,,η化 与 仪 表 ,,,,:,:,:,,)
?,蓖 麻 油 在时 的 黏 滞 系 数 值比 较 相 ,,,,,,,,: ?:,:,,,,刘 竹 琴 冯 红 侠 甘 油 的 粘 滞 系 数与温度关系的实验研究 延 安 ,,:,
,,,,,,,大 学 学 报 自 然 科 学 版 对 误 差 为 与 蓖 麻 油 在 时的黏滞系数值 ,:,,:::,,,,,),,,,,,: ?
,,,,,代 伟 杨 晓 晖 落球法液体粘滞系数测定仪的改进 大 学 物 理 实 ,::,, ,。?比 较 相 对 误 差 为 :,:,,,,,,,,,,,验 ,,,,::,,,,,,) ,, 同 样 实 验 条 件 下 改 进 后 ,,,,,:: ,,,,: ,,,,张 以 生 液体粘滞系数测量 中 的两种计时方法比较 青 海 大 学 ,,,:,,?,计 算 得 到 与 蓖 麻 油 在,,,,:,,:,:,,, ,,, η,,,,,,学 报 自 然 科 学 版 :,,,::,,,,:,)
?,时 的 黏 滞 系 数 值比 较 相 对 误 差 ,,,: ? :,:,,,,
櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍
,,、,上 接 第 页 机 的 地 址 地 址 和 校 园 网 中 心 交 换 机 绑 定 ,,,,,, ,,
也 ,由 于 组 态 软 件 如 组 态 王 不 支 持 按 ,,,,,,,,,,,,
可 以 实 现 学 生 机 和 系列智能模块的 直 接 ,:::,,,,),位 输 出 所 以 对 于 智能模快的输 出 变量 ,,,,,:,: )
,。通 信 在 学 生 机 上 完 成 组 态 工 程 的 运 行 调 试 ,、,应 定 义 成 整 型 数 据 类 型 为 并 在 命 ,::,: ,,,,结 束 语 ,,令 语 言 中 用 命 令 对 变 量 按 位 操 作 以 实 ,,,,,, ,::
。现 对 模 快开关量输出通道的控制 ,,,,,,:,:该 系 统 中 研 华 系列智能模块和简 ) ,,,,,::: )
,,网 络 通 信 的 关 键 技 术 单 的 控 制 对 象 在 网 络 环 境 下 被 组 态 软 件 共 ,,,,: ,享 实 训 系 统 中 教 师 机 和 模 块 的 ,,,,,,:, ,,, ),这 种 低 成 本 的 网 络 化 的系统方案不仅节约了资金 也
、,地 址 地 址 必须 和校园网中心 交 换 机绑 定 而 教 学 ,, 使 得 工 控 组态软件的教学实训取得了很好 的 教 学 效
、机 房 局 域 网 内 学 生 机 的 地 址 地 址 不 要 和 校 ,,, ,, ,,果 并 为 教 师 提 供 了 良 好 的 科 研 开 发 平 台 同 时 网 络 ,园 网 的 中 心 交 换 机 绑 定 以避免多台学生 机 上的组态 化 的通信方案 也 为 构 建远程控制实验室提供 了 有力 借鉴
,,工 程 同 时 和 系 列 模 块 通 信 造 成 数 ,,,,,::: ,: )。和 帮 助
。 ,据 的 冲 突 和 错 误 另 外 学生机上组态工 程 必须完全 ,,参 考 文 献 ,,,,,,,,,,,共 享 即 组 态 工 程 文 件 夹属性中的网络共 享 和安全必
,,,,,,“”刘 文 贵 组态 王在橡胶坝监测系统中 的 应 用 微 计 算 机 信 息 须 设 成 允 许 网 络 用 户 更 改 我 的 文 件 夹 否 则 教 ,,:,
,,, ,::,,,::,:,,)师 机 在组态 软件 工程管理器 中不能 将 学生机上共享的,,,,北京亚控科技发展有限公司 组 态 王 使 用 手 册 ,,,,,,,,,,,,,,,,组态 ,,北 京 北京亚控科技发展有限公司 ,::,, 。工 程 添 加 进 来 ,,,,,刘 文 贵 工业控制组态软件应用技术 北 京 北 京 理 工 大 学 出 版 ,,,,
,,社 ,,,,,,:,,,,当 然 如 果 对设 备 和 接 线 作 简 单 改 进 将 监 ) ,:
范文四:5落球法测量液体的黏滞系数
落球法测量液体的黏滞系数
计算机科学与技术4班 201130740409 廖鑫 一.实验目的
根据流体黏滞系数的大小和透明度选择不同的测量方法测定蓖麻油的黏滞系数。 二.实验物品,仪器及设备
ZKYPID, 变温黏度测量仪,温控实验仪,秒表,螺旋测微器,钢球若干。 三.实验基本构思及原理
实验的基本构思:
本实验的基本构思是金属小球在蓖麻油中下落,在竖直方向达到受力平衡时,开始匀速运动,通过受力平衡的分析,找到影响蓖麻油黏度的因素,并通过实验的方法测量出黏度大小。
实验原理:
质量为m的金属小球在黏滞液体中下落时,它会受到三个力,分别是小球的重力G,小球受到的液体浮力F和黏滞阻力?。如果液体的黏滞性较大,小球的质量均匀、体积较小、表面光滑,小球在液体中下落时不产生漩涡,而起下落速度较小,则小球所受到的黏滞阻力为
=3,,vd? (1)
,d式(1)称为斯托克斯公式,其中是v液体的黏度,是小球的直径,是小球在流体中运动时相对于流体的速度。
当小球开始下落时,速度较小,所受到的黏滞阻力也较小,这时小球的重力大于浮力和黏滞阻力之和,小球做加速运动;随着小球速度的增加,小球所受到的黏滞阻力也随着增
v加,当小球的速度达到一定的数值(称收尾速度)时,三个力达到平衡,小球所受合力0
为零,小球开始匀速下落,此时
GF,+ ? (2)
mggVvd,,,,,3即 (3) 00
,,mV、式中分别表示小球的质量和体积,表示液体的密度。如用表示小球的密度,则0
34d,,V小球的体积为 ,V,,,32,,
,3mVdm小球的质量为 ,,,,6
2gd,,,,,0代入式(3)并整理得 (4) ,,18v0
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,
1+2.4/dD此时黏滞阻力的表达式可加修正系数,而式(4)可修正为: ,,
2gd,,,,,0 (5) ,,1812.4/vdD,,,0
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
v球在液体中的平衡速度会达到较大的值,奥西斯-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯0
托克斯公式的影响:
319,,2? (6) ,,=31ReRe......vd,,,0,,161080,,
其中Re称为雷诺数,是表征液体运动状态的无量纲参数。
Re/,vd,, ,7, 00
Re0.1Re1,,当小于0.1时,可认为式(1)、式(5)成立。当时,应考虑式(6)中1
Re级修正项的影响,当大于1时,还需考虑高级修正项。
,考虑式(6)中1级修正项的影响及玻璃管的影响后,黏度可表示为: 1
2,,,gd,,10 (8) =,,,11812.4/13Re/1613Re/16vdD,,,,,,,0
1/13Re/16,由于3Re/1613Re/16,是远小于1的数,将按幂级数展开后近似为,式,,
(8)又可表示为:
3 (9) ,,,,=vd10016
,,、、、、DdvRe已知或测量得到等参数后,由式(5)计算黏度,再由式(7)计算,0
,Re若需计算的1次修正,则由式(9)计算经修正的黏度。 1
四.实验步骤
1、检查仪器后面的水位管,将水箱的水加到适当值
平常加水从仪器顶部的注水孔注入。如水箱排空后第1次加水,应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱,以便排出水泵内的空气,避免水泵空转(无循环水流出)或发出嗡鸣声。 2、 设定PID参数
若对PID调节原理及方法感兴趣,可在不同的升温区段有意改变PID参数组合,观察参数改变对调节过程的影响,探索最佳控制参数。
若只是把温控仪作为实验工具使用,则保持仪器设定的初始值,也能达到较好的控制效果。 3、 测定小球直径
2vd,(),,,gd000R 由及可见,当液体黏度及小球密度一定时,雷诺数?,R,,ee18v,0
3d。在测量蓖麻油的黏度时建议采用直径1,2mm的小球,这样可不考虑雷诺修正或只考虑
1级雷诺修正。
用螺旋测微器测定小球的直径d,将数据记录入表中。
4、 测定小球在液体中下落速度并计算黏度
温控仪温度达到设定值后再等约10min,使样品管中的待测液体温度与加热水温完全一
致,才能测液体黏度。 用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体,观察小球是否一致沿
中心下落,若样品管倾斜,应调节其铅直。测量过程中,尽量避免与液体的扰动。用秒表测
2(),,,gd0v量小球落经一段距离的时间t,并计算小球速度,用或,,0d18(12.4)v,0D
3,计算黏度,记入表中。在表中,列出了部分温度下黏度的标准值,可将,,,,,vd10016
,这些温度下黏度的测量值与标准值比较,并计算相对误差。将表中的测量值在坐标纸作图,
表明黏度随温度的变化关系。
实验全部完成后,用磁铁将小球吸引至样品管口,用镊子加入蓖麻油中保存,以备下次实
验使用。
五(实验数据
小钢球的直径
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 平均值
,3dm/10
黏度的测定
温度时间/s 速度,,,(测量值)(标准值)/? //ms,,
/()Pas/()Pas 1 2 3 4 5 平均
10 2.420 15 20 0.986 25 30 0.451 35 40 0.231 45 50 55
33332,,,=7.810kg/,0.9510/,2.010,,,,,mkgmDm0
范文五:落球法测量液体的黏滞系数实验报告(doc)
落球法测量液体的黏滞系数实验报告
一、实验题目
落球法测量液体的黏滞系数 二、实验目的
学会使用PID温控试验仪
掌握用落球法测量液体的黏滞系数的基本原理
掌握实验的操作步骤及实验数据 的处理
三、实验器材
变温黏度测量仪、,ZKY-PID温控实验仪、秒表、螺旋测微器,
钢球若干
实验仪器简介:
1、变温黏度仪如右图所示,待测液体在细长的样品管中能使液体温度较快地与加热水温达到平衡,样品管壁上有刻度线,便于测量小球下落的距离。样品管外的加热水套连接到温控仪,通过热循环水加热样品。底座下有调节螺丝钉,用于调节样品管的铅直。
2、开放式PID温控实验仪
温控实验仪包含水
箱、水泵、加热器、控
制及显示电路等部分。
本实验所用温控实验仪
能根据实验对象选择
PID参数以达到最佳控
制,能显示温控过程的
温度变化曲线和功率的
实时值,能存储温度及
功率变化曲线,控制精
度高等特点。仪器面板
如右图所示:
开机后水泵开始运转,
显示屏显示操作菜单,可选择工作方式,输入序号及室温,设定温度及PID参数。使用左右键选择项目,上下键设置参数,按确认进入下一屏,按返回键返回上一屏。
进入测量界面后屏幕上方的数据栏从左至右依次显示序号,设定温度、初始温度、当前温度、当前功率、调节时间等参数。图形以横坐标代表时间,纵坐标代表温度(以及功率),并可用上下键改变温度坐标值。仪器每隔15秒采集一次温度及加热功率值,并将采得的数据示在图上。温度达到设定值并保持2min温度波动小雨0.1?,仪器自动判定达到平衡,并在图形区右边显示过渡时间ts,动态偏差σ,静态偏差e。
四、实验原理
1、液体的黏滞系数:如果将黏滞流体分成许多很薄的流层,个流层的速度是不相同的。当流速不大时,流速是分层有规律变化的,流层之间仅有相对滑动而不混合。这中流体在管内流动时,其质点沿着与管轴平行的方向做平滑直线运动的流动成为层流。如下图所示
实际流体在水平圆形管道中作层流时的速度分布情况,附着在管壁的一层流体流速为0,从管壁到管轴流体的速度逐渐增大,管轴出速度最大,形成不同流层。
如下图所示:
dv假设流体沿X方向分层流动,沿Y方向速度梯度为,相邻流层接触面积为?dy
S,实验证明黏滞力f与它们的关系式如下:
dvf=η?S ? dy
式中比例系数η称为流体的黏滞系数,简称黏度,在国际单位制中,黏度的单位是Pa?S(帕?秒),它是指当两层流层间具有单位速度梯度时,沿流层单位面积上所受的内摩擦力,该式称为牛顿黏滞定律。
一般情况下,黏滞系数的大小与液体本身性质、液体的温度和流速有关。不同流体黏度不同,同种流体在不同温度下黏度也不同。另外,流体的黏度还与压强有关,在高压下的流体黏度会有比较明显的增加。
2、实验基本构思:小球落在蓖麻油中下落,在竖直方向达到受力平衡时,开始匀速运动,通过手里平衡的分析,找到影响蓖麻油黏度的因素,并通过实验的方法测量出黏度的大小。
3、实验原理: f
如右图所示,质量为m的金属小球在黏滞液体中下落时,收到3个力
分别为重力G、浮力F、以及黏滞阻力f。若液体的黏滞性较大,小球 F
的质量均匀、体积较小、表面光滑,小球在液体中下落不产生漩涡,而
且下落速度较小,则小球收到的黏滞阻力为
f=3πηvd ? v
其中η为液体的黏度,d为小球的直径,v是小球在流体中运动时相对
流体的速度。
当小球开始下落时,速度较小,所受到的黏滞阻力也较小,这时,小 G
的重力大于浮力和黏滞阻力之和,做加速运动;随着小球速度的增加,
小球所受黏滞阻力也随之增加,当小球的速度达到一定数值v0时,三力平衡,小球受
外界合力为0,小球开始匀速下落,此时
G=F+f ?
即 mg=ρ0gV+3πηv0d
式中m,V分别表示小球的质量和体积,ρ0表示液体密度。如果ρ表示小球
的密度,则小球的体积为
4d3 V= ? π()32
小球质量m为
π3 m=ρV= ? dρ6
代入整理得
2(ρ-ρ0)gd
η= ? 18v0
当小球密度较大,直径不是太小,而液体的黏度值又小时,小球在液体中的平衡速度v0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托克斯的影响:
3192f=3πηv0d(1++????) ? Re,Re161080
其中Re为雷诺数,是表征液体液体运动状态的无量纲参数。
Re=ρ0v0d/η ? 当Re小于0.1时,可认为??成立。当0.1<><1时,应考虑?中1级修正项的影响,当re大于1时,还须考虑高级修正项。>1时,应考虑?中1级修正项的影响,当re大于1时,还须考虑高级修正项。>
考虑?中1级修正项的影响以及玻璃管的影响后,黏度η1可表示为
2(ρ-ρ)gd10 η1= ? ,η18v(1,2.4d/D)(1,3Re/16)1,3Re/160
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,式?又可表示为:
3 η1=η- ? vdρ0016
已知或测量得到v、d、D、ρ0、ρ等参数后,由?计算黏度η,再由?计算Re,若需计算Re的1次修正,则由?计算经修正的黏度η1 。
ID调节原理 3、P
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如下:
e(t) u(t) 调节器 设定值 执行单元 被控对象
被控量
自动控制系统框图
假如被控量与设定值之间有偏差e(t)=设定值-被控量调节器依据e(t)及一定的调节规律输出调节信号u(t),执行单元按u(t)输出操作量至被控对象,使被控量逼近直至最后等于设定值。调节器是自动控制系统指挥机构。
PID调节器是按偏差比例、积分、微分进行调节,其调节规律可表示为:
tdet1()KetetdtT[(),(),]u(t)= 11 pD, 0Tdt
式中Kp为比例系数。第二项为积分调节,T1为积分时间常数。第三项为微分调节,TD为微分时间常数。
下图为PID调节系统过度过程:
五、实验步骤
1、检查仪器后面的水位管,将水箱的水加到适当值
平常加水从仪器顶部的注水孔注入。若水箱排空后第一次加水,应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱,以便排出水泵的空气,避免水泵空转或发出嗡鸣声。
2、设置PID参数
若对PID调节原理感兴趣,可在不同升温区间段有意改变PID参数组合,观察参数改变对调节过程的影响,探索最佳控制参数。
若只是把温控仪作为实验工具使用,则保持仪器设定的初值,也能达到较好的控制效果。
3、测定小球直径
用螺旋测微器测定小球直径d,并记录数据
4、测定小球在液体中下落速度并计算黏度
测控仪温度达到设定值后再等约10min,使样品管中的待测液体温度与加热水温完全一致才能测液体黏度
用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体,观察小球是否一直沿中心下落,若样品管倾斜,应调节其铅直。测量过程中,尽量避免对液体的扰动。
用秒表测量小球落经一段距离的时间t,并计算小球速度v0,用?或?式 计算黏度η,记录在表中,该表列出了部分温度下黏度的标准值,可将这些值与测量值做对比,并计算相对误差。最后做出η-t图像
实验完后,用磁铁将小球吸引至样品管口,用镊子夹入蓖麻油中保存,以备下次使用。
六、实验数据记录及处理
小钢球直径
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 平均值 d/10^-3m 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2(ρ-ρ0)gd
将实验测得数据代入公式 η= 即可求得η的值,测出η便可求18v0
得实验相对误差,处理后的数据如下表
黏度的测定
温度时间/s 速度η(测*η(标相对/? 量值)准值)误差 /(m/s)
/(Pa?/(Pa?s) 平均 1 2 3 4 5
s)
2.21% 30 26.91 26.59 26.44 26.34 26.03 26.462 0.0076 0.451 0.441
0.64% 35 18.78 18.88 18.93 18.72 18.87 18.836 0.0106 0.312 0.314
2.60% 40 13.37 13.65 13.44 13.53 13.71 13.54 0.0148 0.231 0.225
4.45% 45 10.35 10.34 10.41 10.09 10.25 10.288 0.0194 0.179 0.171
,23333ρ=7.8×,=0.95×,D=2.0×10m ρ10kg/m10kg/m0
由以上数据画出η-t图如下所示: