二氧化碳P、V、T關(guān)系的測定實驗

二氧化碳P、V、T關(guān)系的測定實驗一、 實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下，測定氣體三個基本狀態(tài)參數(shù)關(guān)系的方法。觀察在臨界狀態(tài)附近汽液兩相互變的現(xiàn)象，測定CO2的臨界參數(shù)。掌握活塞式壓力計及恒溫器等儀器的使用方法。二、 實驗原理在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下，氣體的絕對壓力P、比體積（比容）V和絕對溫度T之間存在某種確定關(guān)系，即狀態(tài)方程：F（P,V,T）=0理想氣體的狀態(tài)方程具有最簡單的形式：PV=RT實際氣體的狀態(tài)方程比較復(fù)雜，目前尚不能將各種氣體的狀態(tài)方程用一個統(tǒng)一的形式表示出來，雖然已經(jīng)有了許多在某種條件下能較好反映？、V、T之間關(guān)系的實際氣體的狀態(tài)方程。因此，具體測定某種氣體aa的P、V、T關(guān)系，并將實測結(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。因為在平面的狀態(tài)圖上只能表達(dá)兩個參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，所以具體測定時有必要保持某一個狀態(tài)參數(shù)為定值，本實驗就是在保持絕對溫度T不變的條件下進(jìn)行的。三、 實驗設(shè)備本實驗裝置所測定的氣體介質(zhì)是二氧化碳。整套裝置由試驗臺本體、測溫儀表、活塞式壓力計和恒溫器四大部分所組成，其系統(tǒng)和本體示意圖分別如圖1-1和1-2。圖1-1試驗臺系統(tǒng)圖圖1-2試驗臺本體由活塞式壓力計送來的壓力油首先進(jìn)入高壓容器，然后通過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CO氣體受到壓縮。如果忽略中間環(huán)節(jié)的各種壓力損2失，可以認(rèn)為CO氣體所受到的壓力即活塞式壓力計所輸出的壓力油的壓力，其2數(shù)值可在活塞式壓力計臺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出。 2承壓玻璃管外還有一個玻璃套管，其上下各有一個接頭，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控制，可以基本保持不變。恒溫器中的電動泵將恒溫水抽出，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CO氣體的2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嬕揽繋в谢钊穆輻U的前進(jìn)或后退，改變壓力計中壓力油的壓力，它有一個進(jìn)油閥和兩個控制閥，使用時必須嚴(yán)格遵守活塞式壓力計的操作規(guī)律，以免發(fā)生意外，損壞試驗臺本體。四、實驗步驟熟悉各實驗設(shè)備，對照系統(tǒng)圖弄清壓力傳遞的路線及恒溫器循環(huán)水的流程。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（一般用自來水代替）水面應(yīng)離蓋板3厘米左右。檢查并接通電路，啟動恒溫器電動泵，使循環(huán)水流動。（2） 調(diào)定溫度：旋轉(zhuǎn)接觸式水銀溫度計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：實驗時應(yīng)視工況調(diào)節(jié)加熱器，當(dāng)恒溫器指示燈時明時滅時，說明溫度已達(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讀數(shù)基本相同并且保持不變時，可認(rèn)為co2的溫度已恒定（注意，此時的溫度與接觸式水銀溫度計的讀數(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，重復(fù)以上（2）、（3）、（4）各步驟。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，開啟壓力計油杯的進(jìn)油閥。（2） 倒退壓力計活塞螺桿，至螺桿全部退出，此時為抽油過程。（3） 再關(guān)閉油杯進(jìn)油閥，同時開啟壓力表和本體油路的兩只控制閥。（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)時止，一般重復(fù)上述步驟兩三次即可建立油壓。（特別注意，如螺桿已推進(jìn)到極限位置，而壓力尚未達(dá)到所需值，必須再進(jìn)行一次抽油加壓操作，此時要嚴(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才能開油路控制閥，在此以前油路控制閥決不能開。）實驗記錄緩慢加壓，密切注意CO2在加壓過程的狀態(tài)變化。將實驗過程中的原始數(shù)據(jù)和物理現(xiàn)象記錄在實驗報告上。實驗數(shù)據(jù)包括：（1） 設(shè)備數(shù)據(jù)：儀器的名稱、型號、規(guī)格、精度和量程。（2） 常規(guī)數(shù)據(jù)：室溫、大氣壓及實驗環(huán)境條件。（3） 技術(shù)數(shù)據(jù)：實驗中實測的各種數(shù)據(jù)，可記錄在表1-1中。t=20°Ct=31.1Ct=50C表高現(xiàn)高現(xiàn)1表高現(xiàn)壓p度h象表度h象壓P度h象表1-1CO等溫實驗記錄表2

(MPa)(mm)壓p(MPa)(mm)(MPa)(mm)五、 注意事項除t=20°C時，須加壓到絕對壓力9.80MPa（表壓9.70MPa）外，其余各等溫線均在（5?9）MPa間測出h值，表壓不得超過9.70MPa,溫度不應(yīng)超過50C。一般壓力間隔可取（0.2?0.5）MPa，接近飽和狀態(tài)和臨界狀態(tài)時壓力間隔適當(dāng)取小些。3.加壓過程應(yīng)足夠緩慢以實現(xiàn)準(zhǔn)平衡過程，卸壓時應(yīng)逐漸旋轉(zhuǎn)壓力計手柄，決不可直接打開油杯閥卸壓。實驗完畢后將儀器設(shè)備擦凈。六、 實驗數(shù)據(jù)整理0hA比谷V=G=G式中V-CO2的比容，G-0hA比谷V=G=G式中V-CO2的比容，G-CO2的重量V-CO2的體積，A-承壓玻璃管的內(nèi)孔截面積，m2?h-測得的co2柱高度，m。由于重量G和截面積入不易測出，因此用h值計算比容v只能用間接方法確定。已知CO2液柱在20C,9.8MPa時，比容為1.17x10-3m3/kg，若實測CO2液柱在20C,9.8MPa時的高度為h，則：hA1=云=1.17xlO"m3/kgm3/kg;kg?;m3?于是在任意狀態(tài)下，CO2的比容為:V=h?—=Kh

G根據(jù)表1-1中的數(shù)據(jù)，將有關(guān)數(shù)據(jù)畫在P-V坐標(biāo)圖上，標(biāo)注出各條等溫線的溫度值。取其中的一條曲