實(shí)驗(yàn)一、二氧化碳的PTV關(guān)系測(cè)定

實(shí)驗(yàn)一 二氧化碳的PTV關(guān)系測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)二氧化碳的各種熱力學(xué)狀態(tài)：凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)等概念的感性認(rèn)識(shí)。2、掌握測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。3、掌握活塞式壓力計(jì)、恒溫水浴的正確使用方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、正確使用活塞式壓力計(jì)和恒溫水浴。2、測(cè)定t=20°C及t=50°C時(shí)CO2的等溫線。三、 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料清單實(shí)驗(yàn)裝置由壓力臺(tái)，恒溫水浴和實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體三部分組成。本體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。圖1實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體結(jié)構(gòu)示意圖1、高壓容器； 2、玻璃杯；3、壓力油；4、水銀；5、密封填料；6、填料壓蓋；7、恒溫水套；8、汞壓玻璃管；9、CO2空間；10、溫度計(jì)四、實(shí)驗(yàn)要求1、要求學(xué)生能獨(dú)立操作每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，了解和掌握其相關(guān)的原理，培養(yǎng)學(xué)生熟練的實(shí)驗(yàn)操作。

2、要求學(xué)生能適當(dāng)了解一些科研過(guò)程，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；五、實(shí)驗(yàn)部分1、實(shí)驗(yàn)原理、當(dāng)體系溫度低于臨界溫度Tc時(shí)，隨著體系壓力的升高，體系的相變過(guò)程為：過(guò)熱氣體f飽和蒸汽f汽液共存f飽和液體f過(guò)冷液體。在汽液共存時(shí)可以觀察到相界面，且C02的性質(zhì)如比容v有躍升型變化，v與v2 液 汽有明顯的差值。當(dāng)體系溫度逐漸升高，向Tc靠近時(shí)，這種躍升時(shí)性質(zhì)變化的差值減小。當(dāng)體系溫度等于Tc時(shí)，此差值變?yōu)榱恪４藸顟B(tài)點(diǎn)稱為臨界狀態(tài)。在臨界點(diǎn)觀察不到汽液共存現(xiàn)象，也分不清此時(shí)體系是氣體還是液體。在PV圖上，它是飽和液體線和飽和蒸汽線的交匯點(diǎn)。臨界點(diǎn)可由臨界乳光現(xiàn)象觀察。保持臨界溫度31°C不變，壓力在78atm附近時(shí)突然降壓，玻璃管內(nèi)瞬間出現(xiàn)圓錐狀的乳白色閃光，這就是乳光現(xiàn)象。這是由于co2分子受重力場(chǎng)作用沿高度分布不均和光散射所造成的。、比容v通?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量灌入玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)量數(shù)m,管內(nèi)截面積A和CO2柱高△h(Ah=h-h0，h為水銀高，h0為承壓玻璃管內(nèi)空間頂端刻度)按下式求出：Ah?Af/ )V= mXkg)m3圖1傾斜式稀釋膨脹計(jì)示意圖T1、T2-聚四氟乙烯針形閥3圖1傾斜式稀釋膨脹計(jì)示意圖T1、T2-聚四氟乙烯針形閥cl、c2、c3-毛細(xì)管對(duì)于一臺(tái)已安裝好的設(shè)備而言，其A與m已定，其比值不變，設(shè)其為質(zhì)面比k：可由已知T、P狀態(tài)時(shí)的比容v*,以及此狀態(tài)時(shí)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得Ah*的值計(jì)算。如lOOatm,20C?30C范圍內(nèi)的v*值可由下式計(jì)算:v*=0.00117+(t-20)?1.290?10-5 (m3/kg)2)則2)Ah*k=V*由質(zhì)面比k可求得其他溫度、壓力條件下的比容為：V= (n2■'kg)k2、實(shí)驗(yàn)步驟1＞、裝安好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體上的日光燈。2＞、使用恒溫水浴設(shè)定溫度將水注入恒溫水浴內(nèi)，液面離蓋3?5cm為止。檢查并接通電路，開(kāi)動(dòng)電路泵，使水循環(huán)流動(dòng)。（2）將恒溫水浴溫度計(jì)撥至“設(shè)定”檔，旋轉(zhuǎn)按鈕直至儀表顯示的溫度與所要設(shè)定的溫度一致，撥至“測(cè)量”檔。（3）恒溫水浴將視水溫情況自動(dòng)開(kāi)關(guān)加熱器，當(dāng)水溫未達(dá)到要設(shè)定的溫度時(shí)，恒溫水浴指示燈是亮的，當(dāng)指示燈時(shí)亮?xí)r滅閃動(dòng)時(shí)，說(shuō)明溫度已經(jīng)達(dá)到所需恒定溫度。（4）觀察玻璃水套上的溫度計(jì)，若其讀數(shù)與恒溫水浴的測(cè)量溫度基本一致，則可近似地認(rèn)為承壓玻璃管內(nèi)CO2的溫度處于所設(shè)定的溫度。（5）當(dāng)需要改變實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，重復(fù)（2）?（4）即可。3＞、加壓前的準(zhǔn)備因?yàn)閴毫ε_(tái)的油缸容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表上顯示壓力讀數(shù)。壓力臺(tái)抽油、充油的操作過(guò)程非常重要，若操作失誤，不但加不上壓力還會(huì)損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所以務(wù)必認(rèn)真掌握。其步驟如下：（1）關(guān)閉壓力表及進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門，開(kāi)啟壓力臺(tái)上油杯的進(jìn)油閥。（2）搖退壓力臺(tái)上的活塞螺桿，直到螺桿全部退出，這時(shí)壓力臺(tái)油缸中抽滿了油。（3）先關(guān)閉油杯閥門，然后開(kāi)啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩閥門。（4）搖進(jìn)活塞螺桿，向本體充油。重復(fù)（1）?（4）步，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。（5）再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開(kāi)啟，若均已穩(wěn)定即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4＞、測(cè)定t=20°C時(shí)的等溫線（1） 將恒溫水浴調(diào)至t=20C，并要保持恒溫。（2） 壓力記錄從45atm開(kāi)始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀升起來(lái)后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿，以保證恒溫條件，否則來(lái)不及平衡，讀數(shù)不準(zhǔn)。（3） 一般讀取h時(shí)的壓力間隔可取2?5atm,但在接近飽和狀態(tài)時(shí)，壓力間隔應(yīng)取0.5atm。實(shí)驗(yàn)中讀取水銀高度時(shí)，應(yīng)使視線與水銀柱半圓型液面的中間平齊。（4） 注意加壓后CO2的變化，特別是注意飽和壓力和飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，液化、汽化等現(xiàn)象。注意觀察第一個(gè)液滴的出現(xiàn)和最后一個(gè)汽泡消失。將上述現(xiàn)象和數(shù)據(jù)一并記錄下來(lái)。（5） 壓力升到lOOatm，讀取值h*,Ah*=h*-h。。（注意壓力不能超過(guò)lOOatm）5＞、測(cè)定臨界等溫線和臨界參數(shù)，觀察臨界現(xiàn)象（Tc=31C）（1） 仿照第4步測(cè)出臨界等溫線，并由乳光現(xiàn)象確定壓力Pc和臨界比容Vc,并將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。（2） 臨界乳光現(xiàn)象的觀察保持臨界溫度不變，搖進(jìn)活塞桿使壓力升至78atm附近處，然后突然搖退活塞桿降壓（注意勿使實(shí)驗(yàn)本體晃動(dòng)），在此瞬間玻璃管內(nèi)將出現(xiàn)圓錐狀的乳白色現(xiàn)象，這就是臨界乳光現(xiàn)象。6＞、測(cè)定t=50C時(shí)的等溫線仿照第4步進(jìn)行。由于T＞Tc，所以沒(méi)有相變現(xiàn)象。3、實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)日期室溫 C大氣壓 h0（mm）時(shí)間壓力P(atm)高度h(mm)恒溫水浴上溫度計(jì)讀數(shù)（C）夾套上溫度計(jì)讀數(shù)（C）現(xiàn)象t=20C45100t=31C45100t=50C45100六、數(shù)據(jù)處理1、求出k。2、整理數(shù)據(jù)，并在PV圖上畫(huà)出等溫線。3、與圖2中所示的等溫線比較，并分析兩者之間相差的原因。4、將實(shí)測(cè)得的飽和壓力和臨界壓力值與圖3中所查得的值比較，分析誤差原因。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、每人一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告；2、嚴(yán)格按照試驗(yàn)步驟注意記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)結(jié)果；3、認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)思考題并為實(shí)驗(yàn)改進(jìn)提出建議。八、注意事項(xiàng)1、搖動(dòng)壓力