實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(二氧化碳)

1、二氧化碳P、V、T關(guān)系的測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?目的(1)學(xué)習(xí)在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下，測(cè)定氣體三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)關(guān)系的方法。(2)觀察在臨界狀態(tài)附近汽液兩相互變的現(xiàn)象，測(cè)定CO2的臨界參數(shù)。(3)掌握活塞式壓力計(jì)及恒溫器等儀表的使用方法。2要求(1)牢固樹立熱力學(xué)平衡態(tài)的概念，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握系統(tǒng)的劃分，明確熱力學(xué)三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)的含義和特性以及它們和平衡態(tài)之間的關(guān)系。(2) 能描述臨界現(xiàn)象，懂得臨界參數(shù)的含義。(3) 充分理解準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、準(zhǔn)靜功、簡(jiǎn)單熱力系、狀態(tài)方程和狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖。二、 實(shí)驗(yàn)原理在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下，氣體的絕對(duì)壓力p、比容和絕對(duì)溫度T之間存在某種確定關(guān)系，即狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程具有最簡(jiǎn)

2、單的形式：實(shí)際氣體的狀態(tài)方程比較復(fù)雜，目前尚不能將各種氣體的狀態(tài)方程用一個(gè)統(tǒng)一的形式表示出來(lái)，雖然已經(jīng)有了許多在某種條件下能較好反映p、T之間關(guān)系的實(shí)際氣體的狀態(tài)方程。因此，具體測(cè)定某種氣體的p、T關(guān)系，并將實(shí)測(cè)結(jié)果描繪在平面的坐標(biāo)圖上形成狀態(tài)圖，乃是一種重要而有效的研究氣體工質(zhì)熱力性質(zhì)的方法。因?yàn)樵谄矫娴臓顟B(tài)圖上只能表達(dá)兩個(gè)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，所以具體測(cè)定時(shí)有必要保持某一個(gè)狀態(tài)參數(shù)為定值，本實(shí)驗(yàn)就是在保持絕對(duì)溫度T不變的條件下進(jìn)行的。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)裝置所測(cè)定的氣體介質(zhì)是二氧化碳。整套裝置由試驗(yàn)臺(tái)本體、測(cè)溫儀表、活塞式壓力計(jì)和恒溫器四大部分所組成，其系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖一 圖一 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖

3、試驗(yàn)臺(tái)本體的結(jié)構(gòu)如圖二所示。 圖二 試驗(yàn)臺(tái)本體1高壓容器 2玻璃杯 3壓力油 4水銀 5填料壓蓋 6密封填料 7恒溫水套 8承壓玻璃 9CO2空間 10溫度計(jì) 它的工作情況可簡(jiǎn)述而下：由活塞式壓力計(jì)送來(lái)的壓力油首先進(jìn)入高壓容器，然后通過(guò)高壓容器和玻璃杯之間的空隙，使玻璃杯中水銀表面上的壓力加大，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先灌有CO2氣體的承壓玻璃管，使其中的CO2氣體受到壓縮。如果忽略中間環(huán)節(jié)的各種壓力損失，可以認(rèn)為CO2氣體所受到的壓力即活塞式壓力計(jì)所輸出的壓力油的壓力，其數(shù)值可在活塞式壓力計(jì)臺(tái)架上的壓力表中讀出。至于承壓玻璃管中CO2 氣體的容積，則可由水銀柱的高度間接測(cè)出（下面還將詳細(xì)述及）。承壓玻

4、璃管外還有一個(gè)玻璃套管，其上下各有一個(gè)接頭，分別用橡皮管與恒溫器聯(lián)接。恒溫器中的水溫由加熱器加熱、由電接觸式水銀溫度計(jì)控制，可以基本保持不變。恒溫器中的電動(dòng)泵裝恒溫水抽出，由玻璃套管的下端進(jìn)入，上端流出，在玻璃套管和恒溫器之中進(jìn)行循環(huán)。這樣，在穩(wěn)定情況下，可以認(rèn)為CO2氣體的溫度與循環(huán)水的溫度相等。這就保證了CO2可在等溫情況下進(jìn)行狀態(tài)的改變?；钊綁毫τ?jì)依靠帶有活塞的螺桿的前進(jìn)或后退，改變壓力泵中低粘度壓力油的壓力，它有一個(gè)進(jìn)油閥和兩個(gè)控制閥，使用時(shí)必須嚴(yán)格遵守活塞式壓力計(jì)的操作規(guī)律，以免發(fā)生意外，損壞試驗(yàn)臺(tái)本體。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1 熟悉各實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)照?qǐng)D一搞清楚壓力傳遞的路線及恒溫器循環(huán)的流

5、程。2 使用恒溫器調(diào)節(jié)溫度：（1） 準(zhǔn)備工作在恒溫器中加入蒸餾水，水面應(yīng)離蓋板3厘米左右。檢查并接通電路，啟動(dòng)恒溫器電動(dòng)泵，使循環(huán)水對(duì)流。（2） 調(diào)定溫度旋轉(zhuǎn)接觸式水銀溫度計(jì)頂部嵌有永久磁鐵的膠木帽，到達(dá)選定溫度后，將膠木帽上的螺釘旋緊。（3） 加熱升溫實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)視工況調(diào)節(jié)加熱器，當(dāng)恒溫器指示燈時(shí)明時(shí)滅時(shí)，說(shuō)明溫度已達(dá)到所需溫度。（4） 判斷定溫觀察與玻璃套管相連的溫度顯示儀，當(dāng)它的值與恒溫器上的溫度計(jì)讀數(shù)基本相同并且保持不變時(shí)，可認(rèn)為CO2的溫度已恒定。（注意，此時(shí)而時(shí)的溫度與接觸式水銀溫度計(jì)的讀數(shù)略有不同，應(yīng)以前者為準(zhǔn)。）（5） 改變溫度需要改變溫度時(shí)，重復(fù)以上（2）、（3）、（4）各步驟。

6、3. 加壓準(zhǔn)備 （1）先關(guān)閉壓力表控制閥及進(jìn)入本體油路的控制閥，開啟壓力計(jì)油杯的進(jìn)油閥。 （2）倒退壓力計(jì)活塞螺桿，至螺桿全部退出，此時(shí)抽油。 （3）先關(guān)閉油杯進(jìn)油閥，再開啟壓力表和油路的兩控制閥。 （4）向前推進(jìn)活塞螺桿，向本體注油。如此反復(fù)，直至壓力表上有讀數(shù)時(shí)止，一般重復(fù)兩三次即建立油壓。 特別應(yīng)注意以下情況，如螺桿已推進(jìn)到極限位置，而壓力尚未達(dá)到所需值，必須再一次抽油加壓，此時(shí)要嚴(yán)格按以下程序操作，先關(guān)油路控制閥；再開油杯進(jìn)油閥，使壓力表壓力降至0；關(guān)壓力表控閥，倒退螺桿抽油至極限位置；然后關(guān)閉油杯進(jìn)油閥，開壓力表控制閥，推進(jìn)螺桿逐漸加壓直到剛才所建立的油壓時(shí)才能開油路控制閥（在此以前

7、油路控制閥決不能開！），進(jìn)一步加壓。（5）檢查確定油杯進(jìn)油閥關(guān)閉、油路及壓力表的兩個(gè)控制閥開啟，溫度恒定后，開始實(shí)驗(yàn)記錄。1 實(shí)驗(yàn)記錄緩慢加壓，密切注意CO2在加壓過(guò)程的狀態(tài)變化。將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的原始數(shù)據(jù)和物理現(xiàn)象記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：（1） 設(shè)備數(shù)據(jù)：儀器、儀表的名稱、型號(hào)、規(guī)格、精度和量程。（2） 常規(guī)數(shù)據(jù)：室溫、當(dāng)時(shí)大氣壓及實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件。（3） 技術(shù)數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)中實(shí)測(cè)的各種數(shù)據(jù)，可記錄在表一中。五、 注意事項(xiàng)1. 除t= 20時(shí)，須加壓到絕對(duì)壓力9.80MPa（表壓9.70MPa）外，其余各等溫線均在4 9MP間測(cè)出h值，表壓不得超過(guò)9.70MPa，溫度不應(yīng)超過(guò)50。2 一般壓力間

8、隔可取0.2 0.5，接近飽和狀態(tài)和臨界狀態(tài)時(shí)壓力間隔適當(dāng)取小些。3 加壓過(guò)程應(yīng)足夠緩慢以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡過(guò)程，卸壓時(shí)應(yīng)逐漸旋轉(zhuǎn)壓力泵手柄，決不可直接打開油杯閥卸壓！ 4. 實(shí)驗(yàn)完畢將儀器設(shè)備擦凈。將原始記錄交給指導(dǎo)教師簽字后方可離開實(shí)驗(yàn)室。 遇到疑難或異常情況應(yīng)及時(shí)詢問(wèn)指導(dǎo)教師，不得擅自違章處理。六、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1 絕對(duì)壓力p = pg + pb ；大氣壓力pb = 0.1 MPa2 比容V：實(shí)驗(yàn)中測(cè)得CO2柱的高度h值應(yīng)為刻度尺上的讀數(shù)減去承壓玻璃管上部的實(shí)心段h0的數(shù)值，比容 式中 CO2的比容，； CO2的重量，; CO2的體積，; 承壓玻璃管的內(nèi)孔截面積，； 測(cè)得的CO2柱高度，；由于重

9、量G和截面積A不易測(cè)出，因此用h值計(jì)算比容v只能用間接方法確定。已知CO2液柱在20, 絕對(duì)壓力為 9.80MPa 時(shí)，比容為，若實(shí)測(cè)CO2液柱在20, 絕對(duì)壓力為9.80MPa 時(shí)的h1值，則于是在任意狀態(tài)下，CO2的比容為即可求得。3. 將實(shí)驗(yàn)結(jié)果按下表列示，并將有關(guān)數(shù)據(jù)畫在-坐標(biāo)圖上，標(biāo)注出各條等溫線的溫度值。取其中的曲線與CO2的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)圖進(jìn)行比較，分析它們之間差異產(chǎn)生的原因。 實(shí)驗(yàn)記錄附表t = 20t = 27t = 31.1t = 35表壓Pg高度 h讀比容v=k·h狀態(tài)現(xiàn)象表壓Pg高度h讀比容v=k·h狀態(tài)現(xiàn)象表壓Pg高度h讀比容v=k·h狀態(tài)現(xiàn)象

10、表壓Pg高度h讀比容v=k·h狀態(tài)現(xiàn)象4.04.04.04.04.54.54.54.55.05.05.05.05.55.55.55.58.58.58.58.59.09.09.09.09.7t = 20 pg = 9.7Mpa時(shí) h1 = h讀h0 k = = 七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理（畫p-v圖） 預(yù)習(xí)思考題工程熱力學(xué)只討論處于什么狀態(tài)的系統(tǒng)？本實(shí)驗(yàn)是在什么條件下進(jìn)行的？復(fù)習(xí)思考題：1. 討論活塞式壓力計(jì)加壓過(guò)程的操作規(guī)程。2. 恒溫器上接觸式水銀溫度計(jì)上的讀數(shù)是循環(huán)水的真實(shí)溫度么？為什么？3 你得的CO2狀態(tài)圖中，在汽液共存區(qū)的定溫線為什么不是水平的？二氧化碳P、V、T關(guān)系的測(cè)定實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)

11、容，章節(jié)及要求的說(shuō)明 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括研究對(duì)象的選取，溫度的調(diào)定，準(zhǔn)平衡過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，液化現(xiàn)象的出現(xiàn)，臨界現(xiàn)象的觀察，實(shí)驗(yàn)曲線的描繪等。 要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握系統(tǒng)的劃分，明確基本狀態(tài)參數(shù)的概念以及它們和平衡態(tài)之間的關(guān)系，能描述臨界現(xiàn)象，懂得臨界參數(shù)的含義。充分理解準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、準(zhǔn)靜功、簡(jiǎn)單熱力系、狀態(tài)方程和狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖。本實(shí)驗(yàn)所涉及的課程綜合知識(shí)較廣，牽涉到基本概念，理想氣體的熱力性質(zhì)，理想氣體的熱力過(guò)程，水蒸氣的熱力性質(zhì)和熱力過(guò)程等多個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。*請(qǐng)大家認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和課本有關(guān)章節(jié)，仔細(xì)領(lǐng)會(huì)指導(dǎo)書表達(dá)的中心意思，這樣做實(shí)驗(yàn)才心中有數(shù)，不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)報(bào)告里預(yù)習(xí)思考題和復(fù)習(xí)思考題都要做。做實(shí)驗(yàn)注意觀察二氧化碳的狀態(tài)及現(xiàn)象并同時(shí)記錄數(shù)據(jù)