二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及關系測定實驗

關于二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及關系測定實驗實驗原理

一、基本概念純物質的臨界點表示汽液兩相平衡共存的最高溫度（Tc）和最高壓力（Pc）點。純物質所處的溫度高于Tc，無論壓力大小，都不存在液相；壓力高于Pc，無論溫度高低，都不存在汽相；同時高于Tc和Pc，則為臨界區(qū)。

第2頁,共13頁，2024年2月25日，星期天實驗原理

二、理論依據(jù)對純流體處于平衡狀態(tài)時，其狀態(tài)參數(shù)P、V、T存在一下關系：

F（P,V,T）=0或V=f（P,T）由相律，純物質在單相區(qū)內的自由度為2，當溫度一定是，體積隨壓力而變；在兩相區(qū)，自由度為1，溫度一定，壓力一定，飽和液體和飽和蒸汽體積一定。本實驗就是利用定溫的方法測定CO2的P和V之間的關系，獲得CO2的P-V-T數(shù)據(jù)。第3頁,共13頁，2024年2月25日，星期天實驗裝置

整個實驗裝置由壓力臺、恒溫器和實驗臺本體及其防護罩等三大部分組成（如圖1所示）。

第4頁,共13頁，2024年2月25日，星期天圖1.試驗臺系統(tǒng)圖

第5頁,共13頁，2024年2月25日，星期天圖2.試驗臺本體

實驗中，由壓力臺油缸送來的壓力油進入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進入預先裝由高純度的CO2氣體的承壓玻璃管（毛細管），CO2被壓縮，其壓力和容積通過壓力臺上的活塞桿的進、退來調節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫調節(jié)，水套的恒溫水由恒溫浴供給。CO2的壓力由裝在壓力臺上的精密壓力表讀出（注意：絕壓=表壓+大氣壓），溫度由插在恒溫水套中的溫度計讀出，比容由CO2柱的高度除以質面比常數(shù)計算得到。第6頁,共13頁，2024年2月25日，星期天實驗步驟

一、按圖1裝好實驗設備。二、恒溫器準備及溫度調節(jié)：溫度計讀數(shù)的溫度點溫度設定的溫度一致時（或基本一致），則可（近似）認為承壓玻璃管內的CO2的溫度處于設定的溫度。三、加壓前的準備：壓力臺抽油、使本體充油。

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四、測定承壓玻璃管（毛細管）內CO2的質面比常數(shù)K值：間接辦法來確定CO2的比容。假定承壓玻璃管（毛細管）內徑均勻一致，CO2的比容與其高度成正比。（單位質量的物質所占有的容積稱為比容，用符號“V”表示。其數(shù)值是密度的倒數(shù)）

質面比常數(shù)Δh0=h0-h

h0—承壓玻璃管（毛細管）內徑頂端的刻度，h—任意溫度、壓力下水銀柱的高度。

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五、測定低于臨界溫度t=25℃時的等溫線：

t=25℃，并保持恒溫。壓力在4.40Mpa左右（毛細管下部出現(xiàn)水銀液面）開始讀取相應水銀柱上液面刻度，間隔0.3MPa

。第一滴CO2液體出現(xiàn)時，間隔減小為0.05MPa

。完全液化后，恢復0.3MPa的間隔。直到壓力達到8.0MPa為止。

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六、測定臨界等溫線和臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象：

（1）將恒溫水浴調至31.1℃，按上述方法和步驟測出臨界等溫線

（2）觀察臨界現(xiàn)象：a.臨界乳光現(xiàn)象

——Pc附近，圓錐形的乳白色的閃光現(xiàn)象。

b.整體相變現(xiàn)象

——在臨界點，汽液是以突變的形式相互轉化。

c.汽液兩相模糊不清的現(xiàn)象——臨界狀態(tài)的流體是一種汽液分不清的流體。

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七、測定高于臨界溫度（t=40℃）時的定溫線：將恒溫水浴調至40℃，按上述方法和步驟測出臨界等溫線第11頁,共13頁，2024年2月25日，