二氧化碳P、V、T關系的測定一、 實驗目的及要求目的學習在準平衡狀態下，測定氣體三個基本狀態參數關系的方法。觀察在臨界狀態附近汽液兩相互變的現象，測定CO2的臨界參數。掌握活塞式壓力計及恒溫器等儀器儀表的使用方法。要求牢固樹立熱力學平衡態的概念，通過實驗掌握系統的劃分，明確熱力學三個基本狀態參數的含義和特性以及它們和平衡態之間的關系。能描述臨界現象，懂得臨界參數的含義。充分理解準靜態過程、準靜功、簡單熱力系、狀態方程和狀態參數坐標圖。二、 實驗原理在準平衡狀態下，氣體的絕對壓力P、比容v和絕對溫度T之間存在某種確定的函數關系，即狀態方程F(p,v,T)=0理想氣體的狀態方程具有最簡單的形式：pv=RT實際氣體的狀態方程比較復雜，目前尚不能將各種氣體的狀態方程用一個統一的形式表示出來，雖然已經有了許多在某種條件下能較好反映P、v、T之間關系的實際氣體的狀態方程。因此，具體測定某種氣體的P、v、T關系，并將實測結果描繪在平面的坐標圖上形成狀態圖，乃是一種重要而有效的研究氣體工質熱力性質的方法。因為在平面的狀態圖上只能表達兩個參數之間的函數關系，所以具體測定時有必要保持某一個狀態參數為定值，本實驗就是在保持絕對溫度T不變的條件下進行的。三、實驗設備本實驗裝置所測定的氣體介質是二氧化碳。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，其系統示意圖見圖一圖一試驗臺系統圖試驗臺本體的結構如圖二所示。

1—高壓容器6一密封填料1—高壓容器6一密封填料圖二試驗臺本體2—玻璃杯 3 壓力油7一恒溫水套 8—承壓玻璃4——水銀 5—填料壓蓋9—CO2空間10——溫度計它的工作情況可簡述而下：由活塞式壓力計送來的壓力油首先進入高壓容器，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，迫使水銀進入預先灌有CO2氣體的承壓玻璃管，使其中的CO氣體受到壓縮。如果忽略中間環節的各種壓力2損失，可以認為CO2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，其數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（下面還將詳細述及）。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。恒溫器中的電動泵裝恒溫水抽出，由玻璃套管的下端進入，上端流出，在玻璃套管和恒溫器之中進行循環。這樣，在穩定情況下，可以認為CO2氣體的溫度與循環水的溫度相等。這就保證了CO2可在等溫情況下進行狀態的改變。活塞式壓力計依靠帶有活塞的螺桿的前進或后退，改變壓力泵中低粘度壓力油的壓力，它有一個進油閥和兩個控制閥，使用時必須嚴格遵守活塞式壓力計的操作規律，以免發生意外，損壞試驗臺本體。四、實驗步驟熟悉各實驗設備，對照圖一搞清楚壓力傳遞的路線及恒溫器循環的流程。使用恒溫器調節溫度：準備工作——在恒溫器中加入蒸餾水，水面應離蓋板3厘米左右。檢查并接通電路，啟動恒溫器電動泵，使循環水對流。調定溫度一一旋轉接觸式水銀溫度計頂部嵌有永久磁鐵的膠木帽，到達選定溫度后，將膠木帽上的螺釘旋緊。加熱升溫一一實驗時應視工況調節加熱器，當恒溫器指示燈時明時滅時，說明溫度已達到所需溫度。判斷定溫——觀察與玻璃套管相連的溫度顯示儀，當它的值與恒溫器上的溫度計讀數基本相同并且保持不變時，可認為CO2的溫度已恒定。(注意，此時而時的溫度與接觸式水銀溫度計的讀數略有不同，應以前者為準。)改變溫度——需要改變溫度時，重復以上(2)、(3)、(4)各步驟。加壓準備先關閉壓力表控制閥及進入本體油路的控制閥，開啟壓力計油杯的進油閥。倒退壓力計活塞螺桿，至螺桿全部退出，此時抽油。先關閉油杯進油閥，再開啟壓力表和油路的兩控制閥。向前推進活塞螺桿，向本體注油。如此反復，直至壓力表上有讀數時止，一般重復兩三次即建立油壓。特別應注意以下情況，如螺桿已推進到極限位置，而壓力尚未達到所需值，必須再一次抽油加壓，此時要嚴格按以下程序操作，先關油路控制閥；再開油杯進油閥，使壓力表壓力降至0；關壓力表控閥，倒退螺桿抽油至極限位置；然后關閉油杯進油閥，開壓力表控制閥，推進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！)，進一步加壓。檢查確定油杯進油閥關閉、油路及壓力表的兩個控制閥開啟，溫度恒定后，開始實驗記錄。1.實驗記錄緩慢加壓，密切注意CO2在加壓過程的狀態變化。將實驗過程中的原始數據和物理現象記錄在實驗報告上。實驗數據包括：設備數據：儀器、儀表的名稱、型號、規格、精度和量程。常規數據：室溫、當時大氣壓及實驗環境條件。技術數據：實驗中實測的各種數據，可記錄在表一中。*** 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?9MP間測出h值，表壓不得超過9.70MPa，溫度不應超過50C。一般壓力間隔可取0.2?0.5，接近飽和狀態和臨界狀態時壓力間隔適當取小些。加壓過程應足夠緩慢以實現準平衡過程，卸壓時應逐漸旋轉壓力泵手柄，決不可直接打開油杯閥卸壓！實驗完畢將儀器設備擦凈。將原始記錄交給指導教師簽字后方可離開實驗室。遇到疑難或異常情況應及時詢問指導教師，不得擅自違章處

理。五、實驗數據整理絕對壓力p=Pg+p^；大氣壓力Pb=0.1MPa比容V：實驗中測得CO柱的高度h值應為刻度尺上的讀數減去承壓玻璃2管上部的實心段h0的數值，h=h讀-h0比容式中VhA比容式中v—— GGv一CO2的比容，m3/kg；G-CO2的重量，kgV-CO2的體積，m3;A-承壓玻璃管的內孔截面積，m2；h-測得的CO2柱高度，m；由于重量G和截面積A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,絕對壓力為9.80MPa時，比容為1.17x10-3m3/kg，若實測CO2液柱在20°C,絕對壓力為9.80MPa時的％值，則hAv=-G-=1.17x10-3m3/kgA1.17X10-3,—= =K=常數Gh1于是在任意狀態下，CO2的比容為v=h?—=KhG即可求得。將實驗結果按下表列示，并將有關數據畫在P-v坐標圖上，標注出各條等溫線的溫度值。取其中的曲線與CO2的標準狀態圖進行比較，分析它們之

間差異產生的原因。實驗記錄附表t=20°Ct=27Ct=31.1Ct=35C表壓P高度h比容v=k?h觀察現象表壓P高度h比容v=k?h觀察現象表壓P高度h比容v=k?h觀察現象表壓P高度h比容v=k?h觀察現象g5.0g5.0g5.0g5.0::::6.06.06.06.0::::9.79.09.09.0。 八“％ 1 1 1 1V 1.17X10-3ms/kgt=20Cp=9.7Mpa時h1=h讀-h° k=二= =i六、實驗結果處理（畫p-V圖）

.0 C.33-O.CC?J^C.32