壓強(qiáng)—沸點(diǎn)關(guān)系實(shí)驗

1、第一章 儀器介紹液體的沸點(diǎn)與壓強(qiáng)相關(guān)是熱學(xué)中的一個重要現(xiàn)象，是普通物理學(xué)教學(xué)實(shí)驗大綱中要求的熱力學(xué)基本實(shí)驗之一。應(yīng)用LB-PB 壓強(qiáng)沸點(diǎn)實(shí)驗儀進(jìn)行實(shí)驗，能夠測定在壓強(qiáng)小于一個大氣壓的情況下，水的飽和蒸汽壓強(qiáng)與沸點(diǎn)的變化規(guī)律。þ 儀器特點(diǎn)：1真空蒸汽發(fā)生器、冷凝器均采用優(yōu)質(zhì)玻璃或有機(jī)玻璃制作，并有紅光照明，沸騰的實(shí)驗過程直觀可見；2采用真空泵，可使真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到0.2 × 105 Pa；3系統(tǒng)工作于0.2 1.0個大氣壓（即負(fù)壓）之間，避免向外爆裂傷人；4低壓36V加熱，安全性好。圖1 儀器結(jié)構(gòu)þ 儀器結(jié)構(gòu)：注釋： 真空蒸汽發(fā)生器：水被加熱并沸騰的場所；

2、 冷凝器：將真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)水沸騰時產(chǎn)生的水蒸汽用冷水冷凝并收容； 穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥：控制進(jìn)氣閥門； 壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥：控制抽氣閥門； 真空泵：可將真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的壓強(qiáng)抽至0.2 × 105 Pa。其結(jié)構(gòu)見圖2：消聲排氣閥油標(biāo)窗防漏螺栓圖2 真空泵圖第二章 實(shí)驗?zāi)康?、原?#254; 實(shí)驗?zāi)康模簻y量不同壓強(qiáng)下的水的沸點(diǎn)，研究水的飽和蒸汽壓與沸點(diǎn)的變化規(guī)律。þ 實(shí)驗原理：在一定壓強(qiáng)下，當(dāng)液體加熱到某一溫度，液體內(nèi)部的飽和汽壓強(qiáng)和液體表面壓強(qiáng)相等時，整個液體便劇烈汽化，稱為沸騰，相應(yīng)的溫度稱為沸點(diǎn)。液體沸騰的條件是P0P，P0為液體在一定溫度下的飽和汽壓強(qiáng)；P為外壓強(qiáng)。液體表面壓強(qiáng)增大時

3、，沸點(diǎn)隨之升高；液體表面壓強(qiáng)減小時，沸點(diǎn)相應(yīng)降低。飽和蒸汽壓和沸點(diǎn)之間呈一一對應(yīng)的關(guān)系。實(shí)驗的原理示意圖如圖3所示。真空蒸汽發(fā)生器是一玻璃容器，水在此被加熱并沸騰，通過插入其中的溫度傳感器測量出液體的溫度，真空表讀出管道中的壓強(qiáng)?！胺€(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣的速率來控制壓強(qiáng)的大小，而“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”通過控制真空泵抽氣的速率改變壓強(qiáng)的大小。實(shí)驗通過動態(tài)平衡法測量蒸汽的壓強(qiáng)。當(dāng)真空泵工作時，調(diào)整“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”，對真空蒸汽發(fā)生器進(jìn)行抽氣，稍稍打開“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”，當(dāng)進(jìn)氣速率和抽氣速率平衡時，壓強(qiáng)大小保持不變，可通過真空表讀出蒸汽的壓強(qiáng)。液體沸騰以后，緩慢旋小“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”，而緩慢旋大“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”，可使管

4、中的負(fù)壓緩慢變小，即飽和蒸汽壓緩慢增大。通過本實(shí)驗可驗證水的壓強(qiáng)與沸點(diǎn)的變化規(guī)律。圖3 實(shí)驗裝置原理示意圖第三章 實(shí)驗操作本實(shí)驗儀器由于含有真空泵、水容器等結(jié)構(gòu)部件，因此日常的維護(hù)保養(yǎng)就顯得非常重要。在正式開始實(shí)驗之前，先介紹一下維護(hù)保養(yǎng)的注意事項。þ 維護(hù)保養(yǎng)：1經(jīng)過長時間地使用，泵油變臟并混有水蒸汽，需要更換泵油。更換時將放油口的防漏螺栓擰下，待泵油流盡后將該口螺栓重新擰緊，即可注入新的真空泵油，油量以接近油標(biāo)窗中心點(diǎn)（紅點(diǎn)）為宜。2每次實(shí)驗做完后將冷凝器內(nèi)水放盡（否則會縮短冷凝器使用壽命）。在氣溫低于0的日子里，實(shí)驗結(jié)束后，不僅要將冷凝器內(nèi)的水放盡，還應(yīng)將真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水吸

5、盡（用洗耳球通過硅橡膠管將水吸出），還要將真空泵內(nèi)的油也放盡，以防水結(jié)冰、油凝固，破壞儀器。3將接油盒放在儀器右側(cè)的排氣孔下，收集被真空泵泵出的細(xì)小油滴。真空泵長期使用后，由于泵油的滲透作用，在防漏螺栓下方、泵底部會出現(xiàn)一層油霧，應(yīng)及時擦拭干凈。4當(dāng)真空泵正常工作過程中突然斷電，而再次接通電源后，真空泵工作不正常，無法起動，這時，應(yīng)立即切斷電源，并打開“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥），對抽氣的整條管道補(bǔ)充空氣直至真空表顯示為0，才能再次開通電源，真空泵就可以起動，正常工作了。5儀器長途運(yùn)輸時，應(yīng)將真空蒸汽發(fā)生器上的防漏球閥關(guān)閉，真空泵內(nèi)的油也應(yīng)放盡才能包裝，包裝要牢固、防震。þ 常見故障排除

6、：如果抽氣至真空表顯示最大值，經(jīng)計算真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水所處的壓強(qiáng)高于0.2 × 105 Pa時，應(yīng)檢查真空蒸汽發(fā)生器進(jìn)水口、冷凝器進(jìn)水口和冷凝水出口的密封螺栓是否擰緊、密封是否有效；或者泵油是否過多或過少。若上述故障排除，壓強(qiáng)仍達(dá)不到要求，應(yīng)觀察冷凝器內(nèi)水所冒的氣泡是否正常。若氣泡過小或只是間斷有氣泡，這種現(xiàn)象表明真空泵工作不正常，應(yīng)維修或更換。上述情況都排除，便是管道松動而漏氣，使抽空無法達(dá)到要求，壓強(qiáng)也就不可能達(dá)到小于0.2 × 105 Pa。這時應(yīng)仔細(xì)檢查各管道，查出漏氣管口，重新安裝。安裝時管口應(yīng)涂上703膠，裝好后還應(yīng)加上喉箍保護(hù)。喉箍收緊時，手感受力時便可，不

7、應(yīng)太緊。þ 實(shí)驗步驟：1實(shí)驗前檢查真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)水位是否適當(dāng)（其水位處在警戒水位和最高水位之間，靠近最高水位），如水位不夠，應(yīng)旋下真空蒸汽發(fā)生器加水柱上的密封螺栓，注入適量冷水。2旋緊冷凝水出口，旋下冷凝器加水柱上的密封螺栓，注入適量冷水至水位線。旋緊真空蒸汽發(fā)生器和冷凝器進(jìn)水口的密封螺栓。3關(guān)緊（順時針方向旋轉(zhuǎn)）“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”（抽氣閥）和“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥）。打開真空蒸汽發(fā)生器上的防漏球形閥（防漏閥開關(guān)手柄應(yīng)處于“開”的位置）。4打開“電源開關(guān)”和“加熱開關(guān)”，待真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水溫約40時，再打開“泵開關(guān)”，并打開（逆時針旋轉(zhuǎn)）“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”（抽氣閥），使真空表顯示的負(fù)壓

8、大于0.08 MPa，并稍稍打開“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥），使真空表指針穩(wěn)定在某一數(shù)值（如0.08 MPa）。這時，觀察真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水是否沸騰，若水已沸騰，“溫度顯示表”顯示的溫度也穩(wěn)定時，便可記錄下這一溫度值和真空表上的讀數(shù)。實(shí)驗中，當(dāng)真空表所示負(fù)壓較大時（如0.08 MPa），單靠控制“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”（抽氣閥）來降低真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的真空度，時間會很長。這時應(yīng)開啟“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥），對真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)補(bǔ)充適量的氣體，便可降低真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的真空度，并使其穩(wěn)定在某一數(shù)值。反之，若“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥）開啟后，單靠開大“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”（抽氣閥）提高真空度有困難時，就應(yīng)該將“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥

9、”（進(jìn)氣閥）稍關(guān)閉一點(diǎn)，可以較快地提高真空度?？傊磸?fù)調(diào)節(jié)“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”（抽氣閥）和“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥）才能更好地使真空表指針穩(wěn)定在某一數(shù)值。5再緩慢地開大“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥）對真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)補(bǔ)充適量空氣，使真空度降低，并穩(wěn)定在某一數(shù)值（如0.07 MPa）。這時，真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水可能不沸騰了，待加熱至沸騰后，“溫度顯示表”上顯示的溫度也穩(wěn)定后，再記錄下其溫度和真空表上的讀數(shù)。6重復(fù)步驟5。若每組實(shí)驗使真空表讀數(shù)減少0.01 MPa，逐步使真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的氣壓恢復(fù)到自然狀態(tài)，至少可以記錄9組數(shù)據(jù)。當(dāng)真空表所示負(fù)壓較小時，可適當(dāng)關(guān)小“壓強(qiáng)調(diào)節(jié)閥”（抽氣閥），可便于調(diào)節(jié)。7實(shí)驗完

10、成后，“穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥”（進(jìn)氣閥）打開時，必須先關(guān)“泵開關(guān)”，隨后再關(guān)“加熱開關(guān)”，延遲約10秒鐘后再關(guān)“電源開關(guān)”，以避免回油現(xiàn)象。8實(shí)驗結(jié)束后，打開冷凝器進(jìn)水口密封螺栓，然后打開冷凝水出口防漏螺栓，將其中的水放盡，再將進(jìn)水口和出水口螺栓旋緊。 þ 實(shí)驗數(shù)據(jù)處理：本實(shí)驗儀所使用的真空表為“差壓式”真空表，真空表上的標(biāo)值為真空表所連接的容器內(nèi)外壓強(qiáng)之差，這就是說真空表上的標(biāo)值與所處地區(qū)的氣壓有關(guān)。依據(jù)真空表讀數(shù)計算真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水所處的壓強(qiáng)應(yīng)按下式計算：其中真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)水蒸汽的壓強(qiáng)， 實(shí)驗地實(shí)測的大氣壓， 真空表讀數(shù)。將實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄在下表，并計算真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)水所處的壓強(qiáng)（Pa

11、）。溫度（）T1T2Tn真空表讀數(shù)（MPa）P1P2Pn壓強(qiáng)（Pa）P1P2Pn如在云南某實(shí)驗室實(shí)測的氣壓（）為620.5毫米汞柱（0.827 × 105 Pa），若在此地實(shí)驗，真空表所顯示讀數(shù)（）為0.0700 MPa，則真空蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水所處的壓強(qiáng)（）是：通過作圖法描繪出水的蒸汽壓與沸點(diǎn)的關(guān)系曲線圖，根據(jù)附錄提供的參考值與測試值比較計算測試精度。附錄1 實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)例實(shí)驗地（地理位置南京市鼓樓區(qū)）的大氣壓強(qiáng)為：= 1.008 × 105 Pa。實(shí)驗測得的數(shù)據(jù)記錄如下表：溫度（）60.469.576.481.886.6真空表讀數(shù)（MPa）0.08000.0700

12、0.06000.05000.0400壓強(qiáng)（×105Pa）0.2080.3080.4080.5080.608溫度（）90.294.097.199.7真空表讀數(shù)（MPa）0.03000.02000.01000.0000壓強(qiáng)（×105Pa）0.7080.8080.9081.008描繪出水的蒸汽壓與沸點(diǎn)的關(guān)系曲線圖，如下：可根據(jù)附錄4提供的參考值與測試值比較，計算測試精度。附錄2 壓強(qiáng)單位換算關(guān)系1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 = 760毫米汞柱 = 1.013 × 105帕1毫米汞柱 = 133.3帕附錄3 標(biāo)準(zhǔn)水的蒸汽壓與沸點(diǎn)關(guān)系曲線圖圖4 水蒸氣壓強(qiáng)與沸點(diǎn)關(guān)系圖附錄4 水的沸點(diǎn)（）隨

13、壓強(qiáng)（Pa）變化的參考值沸點(diǎn)（）壓強(qiáng)（×105Pa）沸點(diǎn)（）壓強(qiáng)（×105Pa）沸點(diǎn)（）壓強(qiáng)（×105Pa）100.01.01383.20.53866.40.26699.60.99982.80.53066.00.26199.20.98582.40.52265.60.25798.80.97182.00.51365.20.25298.40.95781.60.50564.80.24898.00.94381.20.49764.40.24397.60.92980.80.48964.00.23997.20.91680.40.48163.60.23596.80.90380.00

14、.47463.20.23196.40.89079.60.46662.80.22696.00.87779.20.45862.40.22295.60.86478.80.45162.00.21895.20.85178.40.44461.60.21494.80.83978.00.43661.20.21094.40.82777.60.42960.80.20794.00.81477.20.42260.40.20393.60.80276.80.41560.00.19993.20.79176.40.40959.60.19592.80.77976.00.40259.20.19292.40.76775.60.39

15、558.80.18892.00.75675.20.38958.40.18591.60.74574.80.38258.00.18191.20.73474.40.37657.60.17890.80.72374.00.37057.20.17590.40.71273.60.36356.80.17190.00.70173.20.35756.40.16889.60.69072.80.35156.00.16589.20.68072.40.34555.60.16288.80.67072.00.33955.20.15988.40.65971.60.33454.80.15688.00.64971.20.32854.40.15387.60.64070.80.32254.00.15087.20.63070.40.31753.60.14786.