二氧化碳 P-V-T 关系实验

1. 二氧化碳P-V-T关系实验 热工实验教学中心

2. 二氧化碳P-V-T关系实验 1、实验目的 2、实验内容 3、实验原理 4、仪器与设备 5、实验步骤 6、注意事项 7、数据测量及现象观测 8、数据处理及思考题 9、相关知识

3. 1、实验目的 了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识； 加深对课堂所讲的有关工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解； 掌握CO2的p-v-T关系测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律方法及技巧； 学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。

4. 2、实验内容 测定CO2的p-v-T关系，在p-v图上画出低于临界温度25℃、临界温度31.1℃及高于临界温度50℃的三条等温线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，分析产生差异的原因； 测定CO2在低于临界温度时（20℃、25℃及27℃）饱和温度与饱和压力的关系； 观测临界现象 1）临界状态附近气液两相分界模糊的现象； 2）气液整体相变现象； 3）测定CO2的临界参数，并将实验值与由理想气体状态方程及范德瓦尔方程所得理论值相比较，简述产生差异的原因。

5. 3、实验原理 简单可压系统处于平衡状态时，其状态参数压力p、比容v、温度T之间存在着确定的关系，即状态方程为 f(P,v,T)=0 当保持T不变时测定比容与压力的对应数值，可获得到等温线数据，从而可作出p- v 图. 理想气体状态方程 范德瓦尔斯方程

6. 3、实验原理 CO2气体的等温线 实际气体等温线 可分成四个区域 汽态区(能液化) 汽液共存区 液态区 气态区(不能液化) 由图可知： 只有在较高温度或低的压强时, CO2气体的性质才和理想气体相近

7. 4、仪器与设备 

8. 4、仪器与设备

9. 4、仪器与设备

10. 5、实验步骤 1.按实验原理图装好实验设备，开启实验本体上的日光灯 2. 使用恒温器调节温度； 1）将蒸馏水注入恒温器内，注到水面离顶盖3～5㎝为止。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环流动 2）转动电接点温度计顶端的帽形磁铁，调节凸轮示标，使其上端面与所要调定的温度要一致。调好后要将帽形磁铁用横向镙钉锁紧，以防转动； 3）视水温情况开关加热器，当水温未达到所需设定温度时，恒温器指示灯亮；当指示灯灭时表明水温已达到所需设定的恒温 4）观察玻璃水套上的两个温度计，若二者读数相同，且恒温器的温度计与电接点温度计标定的温度一致（或基本一致）时，则可认为承压玻璃管内CO2的温度处于所标定的温度。 5）当需要改变试验温度时，重复2）～4）即可。

11. 5、实验步骤 3. 加压前的准备 1）关闭压力表及进入本体油路的阀门，开启压力台的油杯进油阀 2）摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出，这时压力台油缸中就抽满了油； 3）先关闭油杯阀门，然后开启压力表，摇进螺杆，使压力表中的读数与二氧化碳空间压力相近后，再开启进入本体油路的阀门 4）摇进活塞螺杆给本体充油，如此交替直到压力表有读数为止 5）再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启，若均已稳定即可进行实验。 4. 实验中原始数据的记录 1）设备数据的记录（仪器的名称、型号、规格、量程、精度）： 2）常规数据的记录（室温、大气压、实验环境等）； 3）实验相关的其它初始数据的记录；

12. 6、注意事项  做各条等温线时，实验压力p≤100atm，实验温度t≤50℃；  一般情况下压力间隔可取为2~5atm，但在接近饱和状态及临界状态时，压力间隔应取得较小些，可取为0.5atm。在实际操作过程中，可参照标准实验曲线来具体确定； • 实验中读取水银柱液面高度h时要注意，应使视线与水银柱半圆里的液面中间平齐。 • 实验中要特别注意：加压与降压过程一定要缓慢进行，并请思考这是为什么？特别是降压过程必须严格操作规程，按照与加压相反的顺序，逐渐将压力降下去，操作中严格禁止违反操作规程。

13. 7、数据测量与现象观测 （一）测定低于临界温度时的定温线20℃; （二）测定25℃及27℃时饱和温度与饱和压力的对应关系 （三）测定临界等温线及临界参数，并观察临界现象; （四）测定高于临界温度的等温线50℃。

14. 8、数据处理及思考题 （一）数据处理及分析 1、依据标准实验曲线，在p-v图中绘出所测得和三条等温线；并在图中标出所得的几个饱和点； 2、将实验测得的等温线与图1所示的标准等温线相比较，分析二者间的差异及产生差异的原因； 3、在p-T图中绘出饱和温度与饱和压力的对应关系； 4、将实验测定的临界比容与按理想气体状态方程及范德瓦尔方程所得理论值进行比较，并分析差异的原因 （二）思考题 1、实验中为什么要保持加压和降压过程缓慢进行？ 2、若要精确测出CO2的绝对压力，还应考虑装置中水银柱和油柱的高度，试写出考虑这两个因素后，CO2绝对压力的计算公式，并请简要绘出示意图。

15. 9、相关知识 理想气体模型 1.气体分子是弹性的、不占体积的质点 2.气体分子间没有相互作用力 理想气体状态方程

16. 9、相关知识 范德瓦尔斯方程 由于实际气体分子有大小，且分子之间存在相互作用力，使得理想气体状态方程不完全符合实际气体的状态变化规律。通过对理想气体状态方程进行修正，可得出更接近实际气体性质的状态方程。 1. 分子体积所引起的修正 1mol 理想气体的状态方程为 考虑气体分子本身有大小，上式修改为 其中b 为常数，可由实验测定或理论估计

17. 9、相关知识 范德瓦尔斯方程 2.分子间引力引起的修正 当分子间距离大于某一值 r 时，引力可忽略不计。该距离r 称为分子引力的有效作用距离；对每个分子来说对它有作用力的分子分布在一个半径为r的球体内(分子作用) 远离器壁的分子受其它分子的平均作用力为零 靠近器壁 而位于厚度为r 的表面层内的任一分子，将受到一个指向气体内部的分子引力的合力。

18. 9、相关知识 范德瓦尔斯方程 考虑到分子间的引力，将上式修改为 其中内压强 pi 为 (a 为常数) 考虑两种修正后，1mol 气体的范德瓦尔斯方程为 任意质量气体的范德瓦尔斯方程为

19. 9、相关知识 范德瓦尔斯方程等温线 从图中看出范德瓦尔斯 等温线与实际气体等温 线颇为相似。 在临界等温线以上，二 者很接近，并且温度愈 高二者愈趋于一致。但 在临界等温线以下，二 者却有明显的区别。 尽管范德瓦尔斯方程能 较好地反映实际气体的 性质，但其仍不完善。