实验2.2 用奥氏黏度计测定液体的黏滞系数
实验目的
1.掌握用奥氏黏度计测定液体黏滞系数的方法；
2.学会正确使用温度计、秒表等仪器。
实验器材
奥氏黏度计（亦称为毛细管黏度计）、恒温槽、秒表、注射器、蒸馏水、酒精灯、无水乙醇、胶管、吸球、铅锤。
实验原理及仪器
在流体力学中，当牛顿黏滞液体在均匀水平圆管中做稳定流动时，其流量（单位时间内通过任一横截面的液体体积）Q为
式中：η——液体的黏滞系数，它与液体的性质、纯度及温度有关；
V——t秒钟内流过毛细管的液体的体积；
r——管的半径；
L——管的长度；
Δp——管两端的压强差。
当毛细管处于竖立位置时，应考虑液体本身的重力作用，故上式中的Δp应由Δp+ρgL替代。因此对于竖直的毛细管流量公式应为本实验所用的测量装置，如图2-8所示。它是由奥氏黏度计、温度计、恒温槽、铅锤、支架组成。奥氏黏度计（图2-8）是一个U形玻璃管，其中一边管子F较粗，它上面有一球泡N，另一边管子E较细，它上面有一球泡M，球泡M的两端各有一刻痕C和A，用来限定一定的液体体积，AB部分为一均匀毛细管。E管用胶皮管与吸球连通。温度计T用来测量液体的温度，铅锤G用来确定黏度计是否垂直。实验时将一定量液体自右管注入，用吸球将液体吸至左管。保持黏度计竖立，然后让液体经毛细管流回右管，设左管液面在C处时，右管中液面在D处，两液面高度差为H。CA间高度差为h1，BD间高度差为h2。因为液体在CA及BD两部分中的流动是极缓慢的，内摩擦损耗极小，故可近似作为理想液体，且左管中液面下降的速度与右管中液面上升的速度近似为零。设毛细管内液体的流速为v，则由伯努利方程得
图2-8 实验装置图
图2-9 奥氏黏度计
毛细管两端压强差为
所以，牛顿黏滞液体在奥氏黏度计中稳定流动时的流量为
式中：H为黏氏黏度计U形管两端液面的高度差。
若高度差H发生变化，上面公式不能应用。实际上，在我们的实验装置里，高度差是随时改变的（且是减小的），但在任一无限小的时间间隔里，上式还是成立的，即
条件是Δt→0，由此得
如果以一定体积V的两种不同液体在U形管两端液面始末的高度差分别相等的情况下分别通过同一毛细管，例如，第一种液体流过的时间为t1，其密度为ρ1；第二种液体流过的时间为t2，其密度为ρ2，因为V是H的单位函数，则从上式可知：
对于第一种液体：
对于第二种液体：
式中H1，H2如图2-9所示。
因两式左端相等，故两式右端也应相等。
式（2-1）即为用奥氏黏度计测定液体黏滞系数的理论依据。式中ρ1，ρ2分别为两种不同液体，体积大小是由仪器本身决定的，同一个V要在测量时予以保证。此外还要保证黏滞器都维持铅直，并在同一温度下进行实验。(https://www.daowen.com)
实验步骤
1.先用蒸馏水冲洗黏度计3次，然后装上胶管，按如图2-8所示放入已盛好清水的恒温槽中，黏度计的C刻度线需在水面以下。参考重垂线，调整黏度计，使其处于铅直方位。将温度计插入水中，用来测量水的温度。
2.将5mL蒸馏水用注射器从F管注入，再把吸球嘴与E管相连。缓慢地将蒸馏水吸到黏度计的M泡，直到液面超过C线为止（但不要让蒸馏水进入胶管）。用手捏住胶管，取下吸球。
3.放开手指，让蒸馏水液面下降，当蒸馏水液面降到C线时，秒表开始计时，液面降到A线时终止计时，此时秒表的读数表示球泡内C，A两刻痕间的液体通过毛细管的时间。记下时间t1和水温T1，填入表2-4中。按此方法重复3次。
4.取下黏度计，把蒸馏水倒掉。用酒精冲洗黏度计1次，再用无水乙醇冲洗2次。按步骤1，把黏度计固定在支架上。
5.用注射器将5mL无水乙醇注入F管。按测蒸馏水t1的方法，测出无水乙醇从C线降至A线的时间t2，共测3次，同时记下水温T2，填入表2-4。
6.把无水乙醇倒入回收瓶中，将黏度计放好待用。
注意事项
1.拿黏度计不能同时捏住两管，只能一只手拿住粗管F进行冲洗，以免损坏。
2.黏度计必须保持清洁，并要置于垂直位置。测量时黏度计内的液体不能存有气泡。
3.注入N泡中的液体，必须与恒温槽中清水达到热平衡后（即放入液体后稍停几分钟），方能进行实验。
4.按秒表不能用力过度，否则容易损坏。
数据记录与处理
表2-4
1.利用式2-1，求出酒精的黏滞系数η2值在平均温度T1时：
平均温度T2时：
2.计算酒精黏滞系数的相对误差、绝对误差，并写出标准表达式
相对误差：
绝对误差：
标准表达式
3.求酒精黏滞系数的百分偏差
η2′，ρ1，η1，ρ2可分别从表2-5、表2-6、表2-7、表2-8中查得。必要时可用内插法进行处理。
表2-5 不同温度下酒精黏滞系数η2′（×10-3Pa·s）
表2-6 水在不同温度时的密度ρ（g/cm3）
表2-7 不同温度下水的黏滞系数η0（×10-3Pa·s）
表2-8 酒精在不同温度时的密度ρ（g/cm3）
