落球法测量液体粘滞系数

落球法测量液体粘滞系数

首先我们来了解一下原理

液体的粘滞性

在流动的液体中，各流体层的流速是不同的，这样就导致在相互接触的两个流体层之间的接粗面上，形成一对阻碍两流体层相对运动的等值而反向的摩擦力，流速慢的流体层给相邻流速快的流体层一个使之减速的力，而该力的反作用力又给流速较慢的流体层一个使之加速的力，这对内摩擦力也被称为粘滞力，流体所具有的这种性质也成为粘滞性

( 自我理解 ) 流体层中各层面的流体流速不一样，从而导致流速慢的给流速快的减速，流速快的同时给流速慢的加速，从而产生一种力，这种力成为粘滞力，这种性质成为粘滞性

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其次，了解一下粘滞系数

粘滞系数

液体的粘滞系数又称为内摩擦系数或粘度。是描述 液体内摩擦力性质 的一个重要物理量。它表征液体 反抗形变 的能力，只有在液体内存在相对运动时才表现出来
（ 必须存在内摩擦力，才能表现出来 ）

特点：

• 与液体的自身性质有关
• 与液体的流速有关
• 与液体的温度有关

使用落球法测量液体粘滞系数，主要是利用小球在液体中下落的运动状态来测定量粘滞系数 ( 除了落球法还有 1、泊肃叶法，2、转筒法，3、阻尼法 等 )

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落球法中，小球在液体中受到三个力，重力，浮力，粘滞力。在理想条件下（ 理想条件指：小球在液体中速度很小，小球半径很小，且液体可以视为在各个方向上都是无限延展的 ）那么，由斯托克斯公式可以得到

        F = 3 * Π * η * v * d 
        其中 η 为粘滞系数，v 为速度，d 为半径

如果小球下落时，液体各层间相对运动速度较小时，会呈现稳定的运动状态，但如果各层间相对运动感速度较快，那么就会破坏这种层流，过渡到湍流，甚至漩涡，那么从奥西思-果尔斯公式可以反映出液体运动状态对斯托克斯公式的影响

    F = 3 * Π * η * v0 * d * (1+3/16*Re-19/1080*Re^2+...)
    其中Re为雷诺数，表征液体运动状态无关量的一个参数

    而 Re = v0 * d * ρ0 / η
    （ρ0为液体密度）

    - 而当Re < 0.1 时，液体运动状态稳定，理想条件成立，因此可以使用理想条件的计算公式
    但如果 0.1< Re < 1 时应该考虑高次修正项
    η1 = η - 3/16 * v0 * d * ρ0

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仪器选择

• 螺旋测微器
• 变温粘滞系数试验仪
• 开放式PID温控试验仪
• 电子停表

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借鉴《 大学物理实验（第二版）》

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