1、 用落針法測定液體的粘滯系數實驗粘滯系數是反映流體理化特性的一個重要參數。它與液體的性質和溫度有關。石油在管道中的傳輸，機械工業潤滑油的選擇，物體在液體中的運動都與液體的粘滯系數有關。落針法測定液體粘滯系數，使用中空長圓柱（針）在待測液體中垂直下落，采用霍爾傳感器和多功能毫秒計（單板機計時器）測量落針的速度，通過測量針的終極速度，確定粘度，并將其顯示出來。巧妙的取針裝置和投針裝置，使測量過程十分簡便，并且自動計算顯示結果。該法可測量不透明液體的粘度和液體密度。實驗目的1、學會用落針法測量液體的粘滯系數。2、學習用霍爾傳感器與單板機記錄針的下落時間。實驗儀器一落針式粘滯系數實驗儀、游標卡尺、鋼直

2、尺、物理天平、氣泡水準器、密度計等。實驗原理各種實際液體具有不同程度的粘滯性。當液體流動時，平行于流動方向的各層流體速度都不相同，即存在著相對滑動，于是各層之間就有摩擦力產生，這一摩擦力稱為粘滯力。它的方向平行于接觸面，其大小與速度梯度及接觸面積成比。比例系數 稱為粘滯系數（粘度）。本實驗采用中空長圓柱體（針）在待測液體中垂直下落，通過測量針的收尾速度確定粘度。當針在待測液體中沿容器中軸垂直下落時，經過一段時間，針所受重力與粘滯阻力以及針上下端面壓力差達到平衡，針變為勻速運動，這時針的速度稱為收尾速度，此速度可通過測量針內兩磁鐵經過傳感器的時間間隔 T 求得。在恒溫條件下，求粘度 的公式為：

3、=×gR22(sL)×1+23Lr× (InR11)（1）2×V1 +32CwLr× (InR1R21)R2式中，R1-容器內筒半徑，R2-落針外半徑，V -針下落收尾速度，g-重力加速度， s -針的有效密度， L-液體密度， -液體粘度，其中Cw和Lr為壁和針長的修正系數Cw = 1 2.04k +其中 k =2.09k3R2R10.95k5Lr = (L 2R1)2R2（2）在實際情況下，上面（1）式可作簡化，并考慮到 V =LTL-兩磁鐵同名磁極的間距，T-兩磁鐵經過傳感器的時間間隔。則（1）式可改寫為：222 =gRT2RRR22L(

4、s L)(1 +3l)(In1R12+22)（4）r2RR這樣，可計算粘度 。12因為將計算 的程序已固化在單板機中，所以，利用單板機可將粘度 計算并顯示，實現了智能化。實驗裝置儀器由本體、落針、霍爾傳感器和單板機計時器四部分組成。本體結構如圖 1 所示。用透明玻璃管制成的圓筒容器，筒內盛放待測液體（如蓖麻油），筒豎直固定在水平機座上，機座底部有調水平的螺絲，用一水準泡指示底座的水平。底座上豎立的支架中部裝有霍爾傳感器及溫度計和取針器。圓筒容器頂部盒子上裝有投針裝置（發射器），它包括喇叭形的導環和帶永久磁鐵的拉桿。裝此導環為便于取針和讓針沿容器中軸線下落。用取針裝置把針由容器底部提起，針沿導環

5、到達蓋子頂部，被拉桿的磁鐵吸住。拉起拉桿，針因重力作用而沿容器中軸線下落。針如圖 2 所示，它是有機玻璃制成的內置鉛條的細長圓柱體，其外半徑為R2，平均密度為 s ，在針的內部兩端裝有永久磁鐵，異名磁極相對，兩同名磁極間的距離為L。霍爾傳感器，做成圓柱體，固定在儀器本體上。輸出信號接到單板機計時器上。每當磁鐵經過霍爾傳感器前端時，傳感器即輸出一個矩形脈沖，同時有 LED（發光二極管）指示。以單板機為基礎多功能毫秒計用以計時和處理數據。該計時器完成兩次脈沖之間的計時，接受參數輸入，并將結果計算和顯示出來。實驗步驟1、用游標卡尺測量針的直徑 2 R2，用鋼直尺測量針的兩同名磁極間的距離L，每個量在

6、不同部位測 5 次；用物理天平稱出針的質量m,稱 5 次。2、用密度計測量液體的密度 L（或由實驗室給出）3、取下圓筒上端的蓋子，用游標卡尺測量圓筒內徑 2 R1，在不同部位測 5 次（或由實驗室給出）。將針放入液體中，然后蓋上蓋子，從溫度計上讀出實驗時的溫度。4、接通電源，此時單板機計時器應顯示“PH-2”，否則應按“復位”健。利用取針器將針懸掛在圓筒上端的磁鐵上。然后將取針器送至底座轉向放置，以避免取針器上的磁鐵對落針產生影響。按“2”鍵顯示“H”表示毫秒計進入計時待命狀態。5、稍微轉動蓋子，將針調到圓筒中軸線上，待液體穩定后，拉起投針裝置的磁鐵，讓針落下，這時霍爾傳感器被觸發，計時器工作

7、，等候約 16 秒，數顯表顯示針下落距離 I 的時間 t（單位：毫秒）。6、繼續操作單板機，第一次按A鍵顯示預先設置的落針的有效密度 s （2260kg/m3），第二次按A鍵顯示蓖麻油的有效密度 L（950kg/m3），以上兩數值均可修改，第三次按A鍵顯示該設定溫度下的液體粘度 。7、用取針裝置將針拉起，重復測量 35 次測量 t 和 ，每次應先按“復位”健，在顯示“PH-2”后，再重復 4、5、6 各步驟。規格和主要技術參數:內筒內半徑R1=18.5mm3針外半徑R2= 3.5mm3蓖麻油密度L(20°C時) = 950 kgm有效密度s = 2260 kgm針質量 m = 16.

8、0× 103kg數據表格及數據處理1數據記錄表格被測量針同名磁極針外徑針內同名磁極間距 L = 170mm管內徑針質量下落時間測量次數12345平均值 =間距L(mm)2R21=2R1m(g)g =t(s)2由表格的數據及其他有關數據代入式（4），計算出流體的粘滯系數 。3將由式（4）計算的 值與單板機顯示的 值比較,計算誤差。思考與討論1 本實驗方法能否測定水的粘滯系數？2 在式（4）中，若修正因子 C 引起的誤差忽略不計，g 作為常量，試推導估算 的相對誤差公式，并指出產生誤差的主要因素是什么？如何減少誤差？3 若有兩個密度不同的針，試說明如何利用本實驗裝置測量液體的密度？并推導測量公式。 注意事項1、讓針沿圓筒中心軸線下落。2、落針過程中，針應保持豎直狀態，若針頭部偏向霍爾控頭，數據偏大；若針尾部偏向霍爾探頭，數據偏小。3、用取針裝置將針拉起懸掛在容器上端后，由于液體愛到擾動，處于不穩定狀態，應稍待片刻，