二氧化碳临界状态观测及关系测定实验

关于二氧化碳临界状态观测及关系测定实验实验原理

一、基本概念纯物质的临界点表示汽液两相平衡共存的最高温度（Tc）和最高压力（Pc）点。纯物质所处的温度高于Tc，无论压力大小，都不存在液相；压力高于Pc，无论温度高低，都不存在汽相；同时高于Tc和Pc，则为临界区。

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二、理论依据对纯流体处于平衡状态时，其状态参数P、V、T存在一下关系：

F（P,V,T）=0或V=f（P,T）由相律，纯物质在单相区内的自由度为2，当温度一定是，体积随压力而变；在两相区，自由度为1，温度一定，压力一定，饱和液体和饱和蒸汽体积一定。本实验就是利用定温的方法测定CO2的P和V之间的关系，获得CO2的P-V-T数据。第3页,共13页，2024年2月25日，星期天实验装置

整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图1所示）。

第4页,共13页，2024年2月25日，星期天图1.试验台系统图

第5页,共13页，2024年2月25日，星期天图2.试验台本体

实验中，由压力台油缸送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装由高纯度的CO2气体的承压玻璃管（毛细管），CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温调节，水套的恒温水由恒温浴供给。CO2的压力由装在压力台上的精密压力表读出（注意：绝压=表压+大气压），温度由插在恒温水套中的温度计读出，比容由CO2柱的高度除以质面比常数计算得到。第6页,共13页，2024年2月25日，星期天实验步骤

一、按图1装好实验设备。二、恒温器准备及温度调节：温度计读数的温度点温度设定的温度一致时（或基本一致），则可（近似）认为承压玻璃管内的CO2的温度处于设定的温度。三、加压前的准备：压力台抽油、使本体充油。

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四、测定承压玻璃管（毛细管）内CO2的质面比常数K值：间接办法来确定CO2的比容。假定承压玻璃管（毛细管）内径均匀一致，CO2的比容与其高度成正比。（单位质量的物质所占有的容积称为比容，用符号“V”表示。其数值是密度的倒数）

质面比常数Δh0=h0-h

h0—承压玻璃管（毛细管）内径顶端的刻度，h—任意温度、压力下水银柱的高度。

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五、测定低于临界温度t=25℃时的等温线：

t=25℃，并保持恒温。压力在4.40Mpa左右（毛细管下部出现水银液面）开始读取相应水银柱上液面刻度，间隔0.3MPa

。第一滴CO2液体出现时，间隔减小为0.05MPa

。完全液化后，恢复0.3MPa的间隔。直到压力达到8.0MPa为止。

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六、测定临界等温线和临界参数，并观察临界现象：

（1）将恒温水浴调至31.1℃，按上述方法和步骤测出临界等温线

（2）观察临界现象：a.临界乳光现象

——Pc附近，圆锥形的乳白色的闪光现象。

b.整体相变现象

——在临界点，汽液是以突变的形式相互转化。

c.汽液两相模糊不清的现象——临界状态的流体是一种汽液分不清的流体。

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七、测定高于临界温度（t=40℃）时的定温线：将恒温水浴调至40℃，按上述方法和步骤测出临界等温线第11页,共13页，2024年2月25日，