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实验一 二氧化碳的PTV关系的测定

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实验一 二氧化碳的PTV关系的测定
一、实验目的与要求
1、加深对二氧化碳的各种热力学状态：凝结、汽化、饱和状态、临界状态等概念的
感性认识。
2、掌握测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
3、掌握活塞式压力计、恒温水浴的正确使用方法。

二、实验原理
1、当体系温度低于临界温度Tc时，随着体系压力的升高，体系的相变过程为：过热
气体→饱和蒸汽→汽液共存→饱和液体→过冷液体。在汽液共存时可以观察到相界面，且
CO2的性质如比容ｖ有跃升型变化，ｖ液与ｖ汽有明显的差值。
当体系温度逐渐升高，向Ｔc靠近时，这种跃升时性质变化的差值减小。当体系温度
等于Ｔc时，此差值变为零。此状态点称为临界状态。在临界点观察不到汽液共存现象，
也分不清此时体系是气体还是液体。在PV图上，它是饱和液体线和饱和蒸汽线的交汇点。
临界点可由临界乳光现象观察。保持临界温度31℃不变，压力在78 at附近时突然降
压，玻璃管内瞬间出现圆锥状的乳白色闪光，这就是乳光现象。这是由于CO2分子受重力
场作用沿高度分布不均和光散射所造成的。
2、比容ｖ通常可由测量灌入玻璃管内CO2的质量数m，管内截面积A和CO2柱高△
h（△h = h - h0，h为水银高，h0为承压玻璃管内空间顶端刻度）按下式求出：

kgmmAhV3

但由于A和m不在易测准，本实验采用间接办法来确定比容。
对于一台已安装好的设备而言，其A与m已定，其比值不变，称其为质面比k：

2
mkgAmk

可由已知T、P状态时的比容ｖ*，以及此状态时在实验中测得△ｈ*的值计算：

2

*

*

mkgVhk

100atm，20℃～30℃范围内的ｖ*值可由下式计算：
ｖ* = 0.00117 + (t-20)·1.290·10-5 (ｍ3/kg)
其他温度、压力条件下的比容为：


kgmkhV2
三、实验装置、流程与试剂
实验装置由压力台，恒温水浴和实验台本体三部分组成。本体结构见图1—1。

图1实验台本体结构示意图
1、高压容器； 2、玻璃杯； 3、压力油； 4、水银； 5、密封填料；
6、填料压盖； 7、恒温水套； 8、汞压玻璃管； 9、CO2空间； 10、温度计
四、实验步骤
1、装置好实验设备，并开启实验台本体上的日光灯。
2、使用恒温水浴调定温度
⑴ 将水注入恒温水浴内，液面离盖3～5cm为止。检查并接通电路，开动电路泵，使
水循环对流。
⑵ 将恒温水浴温度计拨至“设定”档，旋转按钮直至仪表显示的温度与所要设定的
温度一致，拨至“测量”档。
⑶ 恒温水浴将视水温情况自动开关加热器，当水温未达到要调定的温度时，恒温水
浴指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已经达到所需恒定温度。
⑷ 观察玻璃水套上的温度计，若其读数与恒温水浴的测量温度基本一致时，则可近
似地认为承压玻璃管的CO2的温度处于所标定的温度。
⑸ 当需要改变实验温度时，重复（2）～（4）即可。
3、加压前的准备
因为压力台的油缸容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表
上显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力
还会损坏实验设备，所以务必认真掌握。其步骤如下：
⑴ 关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。
⑵ 摇退压力台上的活塞螺杆，直到螺杆全部退出，这时压力台油缸中抽满了油。
⑶ 先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两阀门。
⑷ 摇进活塞螺杆，向本体充油。如此交复，直至压力表上有压力读数为止。
⑸ 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、测定t=20℃时的等温线
⑴ 将恒温水浴调至t=20℃，并要保持恒温。
⑵ 压力记录从45atm开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，
以保证恒温条件，否则来不及平衡，读数不准。
⑶ 一般读取h时的压力间隔可取2～5 atm，但在接近饱和状态时，压力间隔应取0.5
atm。实验中读取水银高度时，应使视线与水银柱半圆型液面的中间平齐。
⑷ 注意加压后CO2的变化，特别是注意饱和压力和饱和温度的对应关系，液化、汽化
等现象。注意观察第一个液滴的出现和最后一个汽泡消失。将上述现象和数据一并记录下
来。
⑸ 压力升到100atm，读取值h*，△h* = h* - h0。（注意压力不能超过100atm）
5、测定临界等温线和临界参数，临界现象观察（Ｔc = 31℃）
⑴ 仿照第4步测出临界等温线，并由乳光现象确定压力Ｐc和临界比容Ｖc，并将数
据记录下来。
⑵ 临界乳光现象的观察
保持临界温度不变，摇进活塞杆使压力升至78 atm附近处，然后突然摇退活塞杆（注
意勿使实验本体晃动）降压，在此瞬间玻璃管内将出现圆锥状的乳白色的闪光现象，这就
是临界乳光现象。
6、测定t=50℃时的等温线
仿照第4步进行。由于Ｔ＞Ｔc，所以没有相变现象。

五、实验数据处理
日 期 室温
大气压 h0(mm)
时间 压力P (atm) 高度h (mm) 恒温水浴上温度计读数 (℃) 夹套上温度计读数 (℃) 现 象

t = 20℃
45

100
t = 31℃
45

100
t = 50℃
45

100
1、求k。
2、整理数据，并在PV图上画出等温线。
3、与图1—2中所示的等温线比较，并分析两者之间相差的原因。
4、将实测得的饱和压力和临界压力值与图1—3中所查得的值比较，分析误差原因。

六、实验注意事项
1、摇动压力台活塞螺杆时，应用手扶稳压力台，防止因压力台滑动损坏实验台本体。
2、本操作台操作范围 P≤100 atm，t≤50℃，超过此范围承压玻璃管有炸裂的危险。

七、思考题
1、质面比是如何定义的？在实际测量中其意义是什么？
2、在升压实测时，为何所得等温线比标准曲线的斜率大？
图2 CO2的PV图（标准曲线）
810121416182022242628303234
45
50
55
60
65
70
75
80

P
s
(
a
t
m
)

Ts ( oC )
图3 CO2的饱和温度Ｔs和饱和压力Ｐs的关系曲线（标准值）

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实验3 二氧化碳气体P-V-T关系的测定 修改稿1

实验3 二氧化碳气体P-V-T关系的测定 修改稿1

实验3 二氧化碳气体P-V-T 关系的测定一、实验目的1. 了解CO 2临界状态的观测方法，增强对临界状态概念的感性认识。

2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识，加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解。

3. 掌握CO 2的P-V-T 间关系测定方法。

观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化，及经过临界状态时的气液突变现象，测定等温线和临界状态的参数。

二、实验任务1．测定CO 2气体基本状态参数P-V-T 之间的关系，在P —V 图上绘制出t 为20℃、31.1 ℃、40℃三条等温曲线。

2．观察饱和状态，找出t 为20℃时，饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。

3．观察临界状态，在临界点附近出现气液分界模糊的现象，测定临界状态参数。

4．根据实验数据结果，画出实际气体P-V-t 的关系图。

三、实验原理1. 理想气体状态方程：PVm = RT实际气体：因为气体分子体积和分子之间存在相互的作用力，状态参数（压力、温度、比容）之间的关系不再遵循理想气体方程式了。

考虑上述两方面的影响，1873年范德瓦尔对理想气体状态方程式进行了修正，提出如下修正方程：()RT b v v a p =-⎪⎭⎫ ⎝⎛+2（3-1） 式中: a / v 2是分子力的修正项；b 是分子体积的修正项。

修正方程也可写成 : 0)(23=-++-ab av v RT bp pv（3-2）它是V 的三次方程。

随着P 和T 的不同，V 可以有三种解：三个不等的实根；三个相等的实根；一个实根、两个虚根。

1869年安德鲁用CO 2做试验说明了这个现象，他在各种温度下定温压缩CO 2并测定p 与v ，得到了P —V 图上一些等温线，如图2—1所示。

从图中可见，当t >31.1℃时，对应每一个p ，可有一个v 值，相应于（1）方程具有一个实根、两个虚根；当t =31.1℃时，而p = p c 时，使曲线出现一个转折点C 即临界点，相应于方程解的三个相等的实根；当t <31.1℃时，实验测得的等温线中间有一段是水平线（气体凝结过程），这段曲线与按方程式描出的曲线不能完全吻合。

二氧化碳的pvt实验报告

二氧化碳的pvt实验报告

二氧化碳的pvt实验报告
实验名称：二氧化碳的PVT实验
实验目的：
1. 了解二氧化碳的物理性质；
2. 了解气体的PV实验；
3. 掌握气体PVT实验的操作方法。

实验原理：
PVT实验主要是研究气体的压强、体积和温度之间的关系，
即PV=nRT式子。

其中P为气体的压强，V为气体的体积，n
为气体的物质量，R为气体常数，T为气体的温度。

实验器材：
1. 长颈漏斗
2. U型玻璃管
3. 水槽
4. 恒温槽
5. 二氧化碳瓶
6. 尺子
7. 热计
8. 压力计
实验步骤：
1. 将气压计固定于三角形底座上，并放置在台盘上，调整气压计的角度，使其显示为零值；
2. 打开气瓶，用吸管将二氧化碳气体充入U型玻璃管的一端，
将另一端的玻璃管浸入水槽中，保证气体在水中逐渐冷却；
3. 在水槽中设置恒温槽，即温度恒定，此时测量玻璃管所在水槽温度并进行记载；
4. 在水槽中升高恒温器的温度1℃，同时测量玻璃管所在水槽
温度并进行记载；
5. 重复步骤4，直到升高恒温器的温度达到所需的最高温度；
6. 每次记录实验时的温度和气压，测量气体体积，记录所有数据。

实验结果：
记录下气体体积，温度和气压的数字，计算并绘制出不同温
度下压力与体积之间的关系图，并求出二氧化碳的气体常数。

实验结论：
在实验中，我们通过测量二氧化碳气体在不同温度下的压力和体积，得出了二氧化碳的气体常数。

同时，我们也了解到了气体的物理性质和气体的PVT实验，掌握了气体PVT实验的操
作方法。

CO2 临界状态观测及PVT关系测试

CO2 临界状态观测及PVT关系测试

已经求出K=28.21kg/m3,则可以求出任意温度、压力下二氧化碳的比容：V=Δh/k 求出结果见下表：表2-不同温度下P-V 关系20℃ 27.5 ℃ 31.7℃ 37℃ h(cm)v(m3/k g)P(MP a)h(cm) v(m3/kg)P(MPa )h(cm) v(m3/kg)P(MP a)h(cm)v(m3/k g)P(MPa)5.79 0.00124 8.736.20 0.00138 8.41 14.23 0.00423 6.82 8.36 0.00215 8.89 5.90 0.001287.54 6.38 0.00145 7.30 12.17 0.0035 7.02 9.52 0.002568.51 6.03 0.00132 6.21 6.48 0.00148 6.919.01 0.00238 7.19 10.60 0.00294 8.01 6.14 0.00136 5.81 6.60 0.00152 6.60 8.09 0.00205 7.21 14.49 0.00432 7.31 6.18 0.00138 5.57 8.910.002346.607.43 0.00182 7.61 16.26 0.00495 6.9 7.40 0.00181 5.57 11.21 0.00316 6.60 7.39 0.00188.15 18.59 0.00578 6.49 8.90 0.00234 5.57 13.42 0.00394 6.60 7.32 0.00178 8.6 20.80 0.00656 6.19 16.80 0.00514 5.57 16.42 0.00501 6.29 19.88 0.00623 5.25 19.52 0.00611 5.79 21.39 0.00677 5.11 21.02 0.00664 5.50 23.820.00763 4.80根据此表作图，便可以得到实验测得的等温线，如图2所示：456789100.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.009图2-实验测得等温线附上标准等温线（文献查得）如图3所示:图3-标准等温线将两图进行对比并分析原因：可以观察到所得图能够大体上反映出标准图的整体趋势，较为相似。

二氧化碳临界点态观测及p-υ-t关系测试指导书

二氧化碳临界点态观测及p-υ-t关系测试指导书

二氧化碳临界点态观测及p-υ-t关系测试实验指导书一、实验目的1.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。

2.加深对课堂所讲的工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。

3.掌握CO2的p-v-t关系的测定方法。

4.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。

二、实验设备及原理1.整个实验装备由压力台，恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组成，如图2.1所示。

图2.1 实验装置2.试验台本体如图2.2所示。

其中： 1——高压容器； 2——玻璃杯；3——压力油； 4——水银；5——密封填料； 6——填料压盖；7——恒温水套； 8——承压玻璃管；9——CO2空间； 10——温度计。

图2.2 试验台本体结构3.对简单可压热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、υ、t之间有：F（p，υ，t）=0或t = f（p，υ）(1) 本试验就是根据(1)，采用定温方法来测定CO2 p-υ之间的关系。

从而找出CO2的p-υ-t 关系。

4.实验中由压力台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了CO2的承压玻璃管。

CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞螺杆的进，退调节，温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。

5.实验工质二氧化碳的压力由装压力台的压力表读出（如要提高精度可由加在活塞转盘上的砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。

温度由插在恒温水套中的温度计读出。

比容首先由承压玻璃管内的二氧化碳柱的高度来度量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得出。

三、实验步骤1.按图2.1装好设备，检查系统。

2.使用恒温器调定温度（1）将蒸馏水注入恒温器内，注至30-50mm为止。

检查并接通电路，开启电动泵，使水循环对流。

图2.3标准曲线2.将实验测得的等温线与图2.3所示的标准等温线比较；并分析其中的差异及原因。

3.将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应值与图2.4绘出的t s～p s曲线相比较。