实验指导书(二氧化碳PTV关系测定)

1、二氧化碳P、V、T关系的测定一、实验目的及要求1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CO的临界参数。2掌握活塞式压力计及恒温器等仪器仪表的使用方法。2要求牢固树立热力学平衡态的概念，通过实验掌握系统的划分，明确热力学三个基本状态参数的含义和特性以及它们和平衡态之间的关系。能描述临界现象，懂得临界参数的含义。充分理解准静态过程、准静功、简单热力系、状态方程和状态参数坐标图。二、实验原理在准平衡状态下，气体的绝对压力p、比容v和绝对温度T之间存在某种确定的函数关系，即状态方程F(p,v,T)二0理想气体的状态方程具有最简单的形式：p

2、v=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p、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示意图见图一洌爲仪炭小制洽压观萃

3、悴图一试验台系统图试验台本体的结构如图二所示。高压容器密封填料水钱电偶C恳宅承压曠璃玻璃杯嬴压容器.密北T真料圧力油压力浊T*图二玻璃杯恒温水套试验台本体压力油承压玻璃4水银9CO空间5填料压盖10温度计它的工作情况可简述而下：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2损失，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，2其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CO气体的2容积，则可由水银柱

4、的高度间接测出（下面还将详细述及）。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。恒温器中的电动泵装恒温水抽出，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气体的温2度与循环水的温度相等。这就保证了CO可在等温情况下进行状态的改变。2活塞式压力计依靠带有活塞的螺杆的前进或后退，改变压力泵中低粘度压力油的压力，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1熟悉各实验设备，对照图

5、一搞清楚压力传递的路线及恒温器循环的流程。2使用恒温器调节温度：（1）准备工作在恒温器中加入蒸馏水，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，使循环水对流。（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CO的温度已2恒定。（注意，此时而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

6、）、（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，此时抽油。（3）先关闭油杯进油阀，再开启压力表和油路的两控制阀。（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，一般重复两三次即建立油压。特别应注意以下情况，如螺杆已推进到极限位置，而压力尚未达到所需值，必须再一次抽油加压，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（

7、在此以前油路控制阀决不能开！），进一步加压。（5）检查确定油杯进油阀关闭、油路及压力表的两个控制阀开启，温度恒定后，开始实验记录。1实验记录缓慢加压，密切注意CO在加压过程的状态变化。将实验过程中的原始2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、仪表的名称、型号、规格、精度和量程。（2）常规数据：室温、当时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，可记录在表一中。*注意事项除t=20C时，须加压到绝对压力9.80MPa（表压9.70MPa）夕卜，其余各等温线均在59MP间测出h值，表压不得超过9.70MPa，温度不应超过50C。2一般压力间隔可取0.

8、20.5，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泵手柄，决不可直接打开油杯阀卸压！实验完毕将仪器设备擦净。将原始记录交给指导教师签字后方可离开实验室。遇到疑难或异常情况应及时询问指导教师，不得擅自违章处理。五、实验数据整理1绝对压力p=p+p；大气压力p=0.1MPagbb比容V：实验中测得CO柱的高度h值应为刻度尺上的读数减去承压玻璃2管上部的实心段h。的数值，h=-厂*比容VhAv=GG式中v-CO的比容，m3/kg；2G-CO的重量，kg2V-CO的体积，m3;2A-承压玻璃管的内孔截面积，m2；h-测得的CO柱高度，m；2

9、由于重量G和截面积A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CO液柱在20C,绝对压力为9.80MPa时，比容为1.17xlO-3m3kg,若实测CO液柱在20C,绝对压力为9.80MPa时的h值，则21hAv=1.17x10-3m3/kg二常数1.17x10-3h1于是在任意状态下，CO的比容为2Av=h=KhG即可求得。将实验结果按下表列示，并将有关数据画在p-v坐标图上，标注出各条等温线的温度值。取其中的曲线与CO的标准状态图进行比较，分析它们之2间差异产生的原因。实验记录附表t=20Ct=27Ct=31.1Ct=35C表压P咼度h观察现象表压P咼度h观察现象表压P咼度h观察现象表压P咼度h观察现象g5.0g5.0g5.0g5.0:6.06.06.06.0:9.79.09.09.0。c“亠1iiiv1.17X10-3m3/kgt二20Cp=9.7Mpa时h=h-hk=二=g1读0h1六、实验结果处理（画P-V图）0C.33-O.CC?-C.3：；43.0