二氧化碳P、V、T关系的测定实验

二氧化碳P、V、T关系的测定实验一、 实验目的学习在准平衡状态下，测定气体三个基本状态参数关系的方法。观察在临界状态附近汽液两相互变的现象，测定CO2的临界参数。掌握活塞式压力计及恒温器等仪器的使用方法。二、 实验原理在准平衡状态下，气体的绝对压力P、比体积（比容）V和绝对温度T之间存在某种确定关系，即状态方程：F（P,V,T）=0理想气体的状态方程具有最简单的形式：PV=RT实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来，虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映？、V、T之间关系的实际气体的状态方程。因此，具体测定某种气体aa的P、V、T关系，并将实测结果描绘在平面的坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力性质的方法。因为在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，所以具体测定时有必要保持某一个状态参数为定值，本实验就是在保持绝对温度T不变的条件下进行的。三、 实验设备本实验装置所测定的气体介质是二氧化碳。整套装置由试验台本体、测温仪表、活塞式压力计和恒温器四大部分所组成，其系统和本体示意图分别如图1-1和1-2。图1-1试验台系统图图1-2试验台本体由活塞式压力计送来的压力油首先进入高压容器，然后通过高压容器和玻璃杯之间的空隙，使玻璃杯中水银表面上的压力加大，迫使水银进入预先灌有CO2气体的承压玻璃管，使其中的CO气体受到压缩。如果忽略中间环节的各种压力损2失，可以认为CO气体所受到的压力即活塞式压力计所输出的压力油的压力，其2数值可在活塞式压力计台架上的压力表中读出。至于承压玻璃管中CO2气体的容积，则可由水银柱的高度间接测出。 2承压玻璃管外还有一个玻璃套管，其上下各有一个接头，分别用橡皮管与恒温器联接。恒温器中的水温由加热器加热、由电接触式水银温度计控制，可以基本保持不变。恒温器中的电动泵将恒温水抽出，由玻璃套管的下端进入，上端流出，在玻璃套管和恒温器之中进行循环。这样，在稳定情况下，可以认为CO气体的2温度与循环水的温度相等。这就保证了CO2可在等温情况下进行状态的改变。活塞式压力计依靠带有活塞的螺杆的前进或后退，改变压力计中压力油的压力，它有一个进油阀和两个控制阀，使用时必须严格遵守活塞式压力计的操作规律，以免发生意外，损坏试验台本体。四、实验步骤熟悉各实验设备，对照系统图弄清压力传递的路线及恒温器循环水的流程。使用恒温器调节温度：（1）准备工作：在恒温器中加入蒸馏水（一般用自来水代替）水面应离盖板3厘米左右。检查并接通电路，启动恒温器电动泵，使循环水流动。（2） 调定温度：旋转接触式水银温度计顶部嵌有永久磁铁的胶木帽，到达选定温度后，将胶木帽上的螺钉旋紧。（3） 加热升温：实验时应视工况调节加热器，当恒温器指示灯时明时灭时，说明温度已达到所需温度。（4） 判断定温：观察与玻璃套管相连的温度显示仪，当它的值与恒温器上的温度计读数基本相同并且保持不变时，可认为co2的温度已恒定（注意，此时的温度与接触式水银温度计的读数略有不同，应以前者为准）。（5） 改变温度：需要改变温度时，重复以上（2）、（3）、（4）各步骤。加压准备（1） 先关闭压力表控制阀及进入本体油路的控制阀，开启压力计油杯的进油阀。（2） 倒退压力计活塞螺杆，至螺杆全部退出，此时为抽油过程。（3） 再关闭油杯进油阀，同时开启压力表和本体油路的两只控制阀。（4） 向前推进活塞螺杆，向本体注油。如此反复，直至压力表上有读数时止，一般重复上述步骤两三次即可建立油压。（特别注意，如螺杆已推进到极限位置，而压力尚未达到所需值，必须再进行一次抽油加压操作，此时要严格按以下程序操作，先关油路控制阀；再开油杯进油阀，使压力表压力降至0；关压力表控阀，倒退螺杆抽油至极限位置；然后关闭油杯进油阀，开压力表控制阀，推进螺杆逐渐加压直到刚才所建立的油压时才能开油路控制阀，在此以前油路控制阀决不能开。）实验记录缓慢加压，密切注意CO2在加压过程的状态变化。将实验过程中的原始数据和物理现象记录在实验报告上。实验数据包括：（1） 设备数据：仪器的名称、型号、规格、精度和量程。（2） 常规数据：室温、大气压及实验环境条件。（3） 技术数据：实验中实测的各种数据，可记录在表1-1中。t=20°Ct=31.1Ct=50C表高现高现1表高现压p度h象表度h象压P度h象表1-1CO等温实验记录表2

(MPa)(mm)压p(MPa)(mm)(MPa)(mm)五、 注意事项除t=20°C时，须加压到绝对压力9.80MPa（表压9.70MPa）外，其余各等温线均在（5〜9）MPa间测出h值，表压不得超过9.70MPa,温度不应超过50C。一般压力间隔可取（0.2〜0.5）MPa，接近饱和状态和临界状态时压力间隔适当取小些。3.加压过程应足够缓慢以实现准平衡过程，卸压时应逐渐旋转压力计手柄，决不可直接打开油杯阀卸压。实验完毕后将仪器设备擦净。六、 实验数据整理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的体积，A-承压玻璃管的内孔截面积，m2•h-测得的co2柱高度，m。由于重量G和截面积入不易测出，因此用h值计算比容v只能用间接方法确定。已知CO2液柱在20C,9.8MPa时，比容为1.17x10-3m3/kg，若实测CO2液柱在20C,9.8MPa时的高度为h，则：hA1=云=1.17xlO"m3/kgm3/kg;kg•;m3•于是在任意状态下，CO2的比容为:V=h•—=Kh

G根据表1-1中的数据，将有关数据画在P-V坐标图上，标注出各条等温线的温度值。取其中的一条曲