压强—沸点关系实验

1、LB-PB 压强沸点关系实验仪第一章 仪器介绍液体的沸点与压强相关是热学中的一个重要现象，是普通物理学教学实验大纲中要求的热力学基本实验之一。应用LB-PB 压强沸点实验仪进行实验，能够测定在压强小于一个大气压的情况下，水的饱和蒸汽压强与沸点的变化规律。þ 仪器特点：1真空蒸汽发生器、冷凝器均采用优质玻璃或有机玻璃制作，并有红光照明，沸腾的实验过程直观可见；2采用真空泵，可使真空蒸汽发生器内的压强达到0.2 × 105 Pa；3系统工作于0.2 1.0个大气压（即负压）之间，避免向外爆裂伤人；4低压36V加热，安全性好。图1 仪器结构þ 仪器结构： 注释： 真空蒸

2、汽发生器：水被加热并沸腾的场所； 冷凝器：将真空蒸汽发生器内水沸腾时产生的水蒸汽用冷水冷凝并收容； 稳压调节阀：控制进气阀门； 压强调节阀：控制抽气阀门； 真空泵：可将真空蒸汽发生器内的压强抽至0.2 × 105 Pa。其结构见图2：消声排气阀油标窗防漏螺栓图2 真空泵图第二章 实验目的、原理þ 实验目的：测量不同压强下的水的沸点，研究水的饱和蒸汽压与沸点的变化规律。þ 实验原理：在一定压强下，当液体加热到某一温度，液体内部的饱和汽压强和液体表面压强相等时，整个液体便剧烈汽化，称为沸腾，相应的温度称为沸点。液体沸腾的条件是P0P，P0为液体在一定温度下的饱和汽压强

3、；P为外压强。液体表面压强增大时，沸点随之升高；液体表面压强减小时，沸点相应降低。饱和蒸汽压和沸点之间呈一一对应的关系。实验的原理示意图如图3所示。真空蒸汽发生器是一玻璃容器，水在此被加热并沸腾，通过插入其中的温度传感器测量出液体的温度，真空表读出管道中的压强。“稳压调节阀”通过调节进气的速率来控制压强的大小，而“压强调节阀”通过控制真空泵抽气的速率改变压强的大小。实验通过动态平衡法测量蒸汽的压强。当真空泵工作时，调整“压强调节阀”，对真空蒸汽发生器进行抽气，稍稍打开“稳压调节阀”，当进气速率和抽气速率平衡时，压强大小保持不变，可通过真空表读出蒸汽的压强。液体沸腾以后，缓慢旋小“压强调节阀”，

4、而缓慢旋大“稳压调节阀”，可使管中的负压缓慢变小，即饱和蒸汽压缓慢增大。通过本实验可验证水的压强与沸点的变化规律。图3 实验装置原理示意图第三章 实验操作本实验仪器由于含有真空泵、水容器等结构部件，因此日常的维护保养就显得非常重要。在正式开始实验之前，先介绍一下维护保养的注意事项。þ 维护保养：1经过长时间地使用，泵油变脏并混有水蒸汽，需要更换泵油。更换时将放油口的防漏螺栓拧下，待泵油流尽后将该口螺栓重新拧紧，即可注入新的真空泵油，油量以接近油标窗中心点（红点）为宜。2每次实验做完后将冷凝器内水放尽（否则会缩短冷凝器使用寿命）。在气温低于0的日子里，实验结束后，不仅要将冷凝器内的水放

5、尽，还应将真空蒸汽发生器内的水吸尽（用洗耳球通过硅橡胶管将水吸出），还要将真空泵内的油也放尽，以防水结冰、油凝固，破坏仪器。3将接油盒放在仪器右侧的排气孔下，收集被真空泵泵出的细小油滴。真空泵长期使用后，由于泵油的渗透作用，在防漏螺栓下方、泵底部会出现一层油雾，应及时擦拭干净。4当真空泵正常工作过程中突然断电，而再次接通电源后，真空泵工作不正常，无法起动，这时，应立即切断电源，并打开“稳压调节阀”（进气阀），对抽气的整条管道补充空气直至真空表显示为0，才能再次开通电源，真空泵就可以起动，正常工作了。5仪器长途运输时，应将真空蒸汽发生器上的防漏球阀关闭，真空泵内的油也应放尽才能包装，包装要牢固、

6、防震。þ 常见故障排除：如果抽气至真空表显示最大值，经计算真空蒸汽发生器内的水所处的压强高于0.2 × 105 Pa时，应检查真空蒸汽发生器进水口、冷凝器进水口和冷凝水出口的密封螺栓是否拧紧、密封是否有效；或者泵油是否过多或过少。若上述故障排除，压强仍达不到要求，应观察冷凝器内水所冒的气泡是否正常。若气泡过小或只是间断有气泡，这种现象表明真空泵工作不正常，应维修或更换。上述情况都排除，便是管道松动而漏气，使抽空无法达到要求，压强也就不可能达到小于0.2 × 105 Pa。这时应仔细检查各管道，查出漏气管口，重新安装。安装时管口应涂上703胶，装好后还应加上喉箍保护

7、。喉箍收紧时，手感受力时便可，不应太紧。 þ 实验步骤：1实验前检查真空蒸汽发生器内水位是否适当（其水位处在警戒水位和最高水位之间，靠近最高水位），如水位不够，应旋下真空蒸汽发生器加水柱上的密封螺栓，注入适量冷水。2旋紧冷凝水出口，旋下冷凝器加水柱上的密封螺栓，注入适量冷水至水位线。旋紧真空蒸汽发生器和冷凝器进水口的密封螺栓。3关紧（顺时针方向旋转）“压强调节阀”（抽气阀）和“稳压调节阀”（进气阀）。打开真空蒸汽发生器上的防漏球形阀（防漏阀开关手柄应处于“开”的位置）。4打开“电源开关”和“加热开关”，待真空蒸汽发生器内的水温约40时，再打开“泵开关”，并打开（逆时针旋转）“压强调节

8、阀”（抽气阀），使真空表显示的负压大于0.08 MPa，并稍稍打开“稳压调节阀”（进气阀），使真空表指针稳定在某一数值（如0.08 MPa）。这时，观察真空蒸汽发生器内的水是否沸腾，若水已沸腾，“温度显示表”显示的温度也稳定时，便可记录下这一温度值和真空表上的读数。实验中，当真空表所示负压较大时（如0.08 MPa），单靠控制“压强调节阀”（抽气阀）来降低真空蒸汽发生器内的真空度，时间会很长。这时应开启“稳压调节阀”（进气阀），对真空蒸汽发生器内补充适量的气体，便可降低真空蒸汽发生器内的真空度，并使其稳定在某一数值。反之，若“稳压调节阀”（进气阀）开启后，单靠开大“压强调节阀”（抽气阀）提高真

9、空度有困难时，就应该将“稳压调节阀”（进气阀）稍关闭一点，可以较快地提高真空度。总之，反复调节“压强调节阀”（抽气阀）和“稳压调节阀”（进气阀）才能更好地使真空表指针稳定在某一数值。5再缓慢地开大“稳压调节阀”（进气阀）对真空蒸汽发生器内补充适量空气，使真空度降低，并稳定在某一数值（如0.07 MPa）。这时，真空蒸汽发生器内的水可能不沸腾了，待加热至沸腾后，“温度显示表”上显示的温度也稳定后，再记录下其温度和真空表上的读数。6重复步骤5。若每组实验使真空表读数减少0.01 MPa，逐步使真空蒸汽发生器内的气压恢复到自然状态，至少可以记录9组数据。当真空表所示负压较小时，可适当关小“压强调节阀

10、”（抽气阀），可便于调节。7实验完成后，“稳压调节阀”（进气阀）打开时，必须先关“泵开关”，随后再关“加热开关”，延迟约10秒钟后再关“电源开关”，以避免回油现象。8实验结束后，打开冷凝器进水口密封螺栓，然后打开冷凝水出口防漏螺栓，将其中的水放尽，再将进水口和出水口螺栓旋紧。 þ 实验数据处理：本实验仪所使用的真空表为“差压式”真空表，真空表上的标值为真空表所连接的容器内外压强之差，这就是说真空表上的标值与所处地区的气压有关。依据真空表读数计算真空蒸汽发生器内的水所处的压强应按下式计算：其中真空蒸汽发生器内水蒸汽的压强， 实验地实测的大气压， 真空表读数。将实验数据记录在下表，并计算

11、真空蒸汽发生器内水所处的压强（Pa）。温度（）T1T2Tn真空表读数（MPa）P1P2Pn压强（Pa）P1P2Pn如在云南某实验室实测的气压（）为620.5毫米汞柱（0.827 × 105 Pa），若在此地实验，真空表所显示读数（）为0.0700 MPa，则真空蒸汽发生器内的水所处的压强（）是：通过作图法描绘出水的蒸汽压与沸点的关系曲线图，根据附录提供的参考值与测试值比较计算测试精度。附录1 实验数据记录与处理实例实验地（地理位置南京市鼓楼区）的大气压强为：= 1.008 × 105 Pa。实验测得的数据记录如下表：温度（）60.469.576.481.886.6真空表读数

12、（MPa）0.08000.07000.06000.05000.0400压强（×105Pa）0.2080.3080.4080.5080.608温度（）90.294.097.199.7真空表读数（MPa）0.03000.02000.01000.0000压强（×105Pa）0.7080.8080.9081.008描绘出水的蒸汽压与沸点的关系曲线图，如下：可根据附录4提供的参考值与测试值比较，计算测试精度。附录2 压强单位换算关系1标准大气压 = 760毫米汞柱 = 1.013 × 105帕1毫米汞柱 = 133.3帕附录3 标准水的蒸汽压与沸点关系曲线图图4 水蒸气压强

13、与沸点关系图附录4 水的沸点（）随压强（Pa）变化的参考值沸点（）压强（×105Pa）沸点（）压强（×105Pa）沸点（）压强（×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.

14、23596.80.90380.00.47463.20.23196.40.89079.60.46662.80.22696.00.87779.20.45862.40.22295.60.86478.80.45162.00.21895.20.85178.40.44461.60.21494.80.83978.00.43661.20.21094.40.82777.60.42960.80.20794.00.81477.20.42260.40.20393.60.80276.80.41560.00.19993.20.79176.40.40959.60.19592.80.77976.00.40259.20.192

15、92.40.76775.60.39558.80.18892.00.75675.20.38958.40.18591.60.74574.80.38258.00.18191.20.73474.40.37657.60.17890.80.72374.00.37057.20.17590.40.71273.60.36356.80.17190.00.70173.20.35756.40.16889.60.69072.80.35156.00.16589.20.68072.40.34555.60.16288.80.67072.00.33955.20.15988.40.65971.60.33454.80.15688.00.64971.20.32854.40.15387.60.64070.80.32254.00.15087.20.63070.40.31753.60.14786.80.62070.00.31253.20.14486.40.61069.60.30652.80.1418