一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />
掌握二氧化碳臨界狀態(tài)的觀測方法，加深對(duì)臨界狀態(tài)概念的理解。
測定二氧化碳在不同壓力和溫度下的P-V-T關(guān)系，以了解氣體工質(zhì)的熱力性質(zhì)。
學(xué)會(huì)使用活塞式壓力計(jì)、恒溫器等熱工儀器，提高實(shí)驗(yàn)操作能力。
二、實(shí)驗(yàn)原理
臨界狀態(tài)：當(dāng)物質(zhì)的溫度和壓力達(dá)到某一特定值時(shí)，物質(zhì)的氣態(tài)和液態(tài)之間的區(qū)別消失，形成單一的相態(tài)，即為臨界狀態(tài)。在此狀態(tài)下，物質(zhì)的密度、粘度、比熱等物理性質(zhì)發(fā)生顯著變化。
P-V-T關(guān)系：在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下，工質(zhì)的壓力P、比容V和溫度T之間存在確定的關(guān)系，即狀態(tài)方程。通過測定不同條件下的P、V、T值，可以了解氣體工質(zhì)的熱力性質(zhì)。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料
二氧化碳P-V-T關(guān)系儀
活塞式壓力計(jì)：用于對(duì)二氧化碳進(jìn)行加壓，測量其壓力。
恒溫器：用于控制實(shí)驗(yàn)過程中的溫度，保持恒定的實(shí)驗(yàn)條件。
承壓玻璃管：用于容納二氧化碳，并觀察其狀態(tài)變化。
溫度計(jì)：用于測量實(shí)驗(yàn)過程中的溫度。
二氧化碳?xì)怏w：實(shí)驗(yàn)用氣體。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備：檢查二氧化碳P-V-T關(guān)系儀是否完好無損，確保能正常運(yùn)行。檢查設(shè)備中電源接口是否有損傷，壓力計(jì)和溫度計(jì)指針是否正常；同時(shí)還需要檢查水容器的水位是否符合要求，有無泄漏。
調(diào)節(jié)恒溫器：將恒溫器調(diào)節(jié)到一定溫度，使實(shí)驗(yàn)過程中溫度保持恒定。
加壓觀測：利用活塞式壓力計(jì)對(duì)承壓玻璃管中的二氧化碳進(jìn)行加壓。加壓時(shí)要緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使活塞桿緩慢推進(jìn)壓力油進(jìn)入本體。在此過程中，隨時(shí)觀察二氧化碳的狀態(tài)變化，并記錄不同壓力下的二氧化碳體積數(shù)據(jù)。每隔0.5MPa讀一組壓力、體積數(shù)據(jù)，特別注意測量在臨界壓力附近的液柱高度變化。
測定P-V-T關(guān)系：在二氧化碳P-V-T關(guān)系儀加壓觀測的基礎(chǔ)上，通過改變恒溫器的設(shè)定溫度，測定不同溫度下的P-V關(guān)系。在每個(gè)溫度下，重復(fù)加壓觀測的步驟，記錄相應(yīng)的P、V、T數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理與分析：將二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成表格或圖表，分析P、V、T之間的關(guān)系。繪制出不同溫度下的等溫線以及等容線，進(jìn)一步理解二氧化碳的熱力性質(zhì)。
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制P-V-T關(guān)系圖，分析二氧化碳在不同條件下的狀態(tài)變化。
討論臨界狀態(tài)對(duì)二氧化碳性質(zhì)的影響，以及在實(shí)際應(yīng)用中的意義。
分析實(shí)驗(yàn)誤差來源，提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法的建議。
六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)
通過本次實(shí)驗(yàn)，我們成功觀測了二氧化碳的臨界狀態(tài)，并測定了其P-V-T關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二氧化碳在臨界狀態(tài)下表現(xiàn)出獨(dú)特的物理性質(zhì)，對(duì)理解氣體工質(zhì)的熱力性質(zhì)具有重要意義。同時(shí)，我們也學(xué)會(huì)了使用活塞式壓力計(jì)、恒溫器等熱工儀器，提高了實(shí)驗(yàn)操作能力。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們應(yīng)注意操作規(guī)范，減小誤差，以獲得更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
附：產(chǎn)品介紹
DB-PVT-2 二氧化碳P-V-T關(guān)系儀
| 技術(shù)指標(biāo) | 說 明 | |||
| 裝置功能 |
1、學(xué)習(xí)和掌握CO2的P-V-T關(guān)系曲線測定方法和原理。 2、觀察CO2臨界乳光現(xiàn)象、整體相變現(xiàn)象、氣-液兩相模糊不清現(xiàn)象，增強(qiáng)對(duì)臨界狀態(tài)的感性認(rèn)識(shí)和熱力學(xué)基本概念的理解。 3、測定CO2的PVT數(shù)據(jù)，在P-V圖上繪出CO2等溫線。 4、學(xué)會(huì)活塞式壓力計(jì)、恒溫器等熱工儀器的正確使用方法。 |
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| 主要配置 | 精密加工電鍍本體、玻璃阻容器管和玻璃水套、活塞式壓力計(jì)、超級(jí)恒溫水浴，溫度傳感器、PID調(diào)節(jié)控溫、高精度PID調(diào)壓模塊電路、高品質(zhì)鋁合金型材框架。 | |||
| 公用設(shè)施 |
水：自帶蓄水箱。 電：電壓AC220V，3kW，標(biāo)準(zhǔn)單相三線制。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室需配置1～2個(gè)接地點(diǎn)（安全地及信號(hào)地）。 |
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| 技術(shù)參數(shù) |
1、操作條件：不大于50℃，不大于10MPa。 2、高壓容器用45號(hào)鋼一次性加工成型，表面采用鍍鉻處理。 3、玻璃毛細(xì)管：承壓≤10MPa，長度600mm。 4、玻璃夾套：帶刻度，溫度傳感器測口。 5、透明有機(jī)玻璃保護(hù)罩，φ250×760mm 6、活塞式壓力計(jì)：檢驗(yàn)壓力范圍0-60MPa，可設(shè)定最高壓力。 7、指針式壓力表：范圍0-10MPa，精度0.4%FS。 8、溫度傳感器：Pt100，顯示分度0.1℃。 9、超級(jí)恒溫水�。簾o氟環(huán)保制冷，帶循環(huán)泵，溫度范圍-5～100℃，控溫精度0.1℃。 10、額定電壓：220V，總功率：2.0KW。 11、外形尺寸：1100×500×1700mm，外形為可移動(dòng)式設(shè)計(jì)，帶剎車輪，高品質(zhì)鋁合金型材框架，無焊接點(diǎn)，安裝拆卸方便，水平調(diào)節(jié)支撐型腳輪。 12、工程化標(biāo)識(shí)：包含設(shè)備位號(hào)、管路流向箭頭及標(biāo)識(shí)、閥門位號(hào)等工程化設(shè)備理念配套，使學(xué)生處于安全的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境中，學(xué)會(huì)工程化管路標(biāo)識(shí)認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生工程化理念。 |
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| 測控組成 | 變量 | 檢測機(jī)構(gòu) | 顯示機(jī)構(gòu) | 執(zhí)行機(jī)構(gòu) |
| 溫度 | PT100鉑電阻 | 數(shù)字溫度控制儀 | 調(diào)壓模塊 | |
| 壓力 | 壓力表 | 現(xiàn)場顯示 | 閥門 | |