Проведение опытов
С

1

8

7

2

4

3

6

5



Рис.3. Схема экспериментальной установки.

1 – стеклянный капилляр, заполненный СО₂; 2 – ячейка из оргстекла; 3 – стальной сосуд со ртутью; 4 – масляный пресс; 5 – термостат; 6 – контактный термометр; 7 – мерная линейка; 8 – термометр.
хема экспериментальной установки представлена на рис. 3. Углекислый газ (СО₂) находится в толстостенном капилляре 1, выдерживающем давление 710 МПа. Давление создается масляным прессом 4 и через ртуть передается сжимаемому газу. Постоянство заданной температуры обеспечивается термостатом, подающим воду в прозрачную ячейку 2 из оргстекла, где помещается капилляр 1.

Изменение объема газа при сжатии и происходящая при этом конденсация четко фиксируется по положению границы ртути в капилляре с помощью шкалы на мерной линейке 7.

Температура в ячейке измеряется ртутным термометром 8, избыточное давление сжимаемого газа – образцовым манометром.

Работа выполняется в следующей последовательности:

Перед проведением опытов измерить и записать атмосферное давление В и цену деления шкалы манометра.

1. 
   Включить термостат с мешалкой. Установить на термостате заданную температуру опыта t₁ и дождаться ее установления в измерительной ячейке. Значение этой температуры занести в таблицу 2.
   
2. 
   Вращая маховик масляного пресса, сжать газ настолько, чтобы в поле зрения капилляра появился мениск ртути. Занести в таблицу 2 показания манометра р_изб. (в делениях) и по шкале мерной линейки высоту газа в капилляре l, мм, пропорциональную сжимаемому объему СО₂.
   
3. 
   Повышать давление (по 2 деления шкалы манометра) до появления мениска конденсата над ртутным столбиком (точка 2 на рис. 2). Данные занести в таблицу измерений 2, где отметить точку 2.
   
4. 
   Сжать газ до давления, соответствующего 50 делениям манометра и перевести вещество в жидкое состояние. Занести в таблицу высоту жидкости lотметить в таблице эту точку (точка 4 на рис. 2).
   

---

Таблица 2

№№ опытных точек			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
t1 = , С	ризб.	делений
		кгс/см2
	рабс.	МПа
	l	мм
	v	м3/кг
В = , мм рт. ст.			Шкала манометра 1 дел = , кгс/см2

---

5. 
   Вращением маховика пресса понижать давление по 2 деления за опыт, записывая высоту жидкости в капилляре. После появления в капилляре газа над жидкостью опыты прекратить.
   
6. 
   По указанию преподавателя повторить действия п.п. 1-4 при температуре t₂.
   
7. 
   Показать результаты измерений преподавателю.
   

Положение точки 3 на pv-диаграмме (рис. 2) определяется графическим построением. Она находится на пересечении горизонтальной прямой через точку 2 и вертикальной прямой, проходящей через точку 4.


Обработка опытных данных

1. 
   Рассчитать абсолютное давление газа для всех измерений:
   

, Па;

1 кгс/см² = 735,6 мм рт. ст.;

750 мм рт. ст = 10⁵ Па = 0,1 МПа.

При определении р_изб. необходимо учитывать цену деления манометра. Результаты занести в таблицу 2.

2. 
   Удельный объем, равный , (м³/кг), из опыта рассчитывается как: , м³/кг,
   

где V – объем СО₂ в капилляре, м³;

m  масса СО₂ в капилляре, кг;

l  высота газа в капилляре, мм;

с  постоянная капилляра, с = 8900.

3. 
   На миллиметровой бумаге построить pv-диаграмму по опытным данным, выбрав масштабы по осям
   

= 1МПа   2 см;

= 0,001 м³/кг   1 см.

Используя известные параметры в критической точке К для СО₂ (из таблицы 1), нанести предполагаемые пограничные кривые АК и БК. Показать на диаграмме области: жидкого, влажного насыщенного и перегретого состояния вещества, обозначить кривые кипящей жидкости и сухого насыщенного пара.

Показать пунктирными линиями предполагаемую критическую изотерму.

4. 
   Из уравнения (4) рассчитать коэффициент неидеальности z для состояния, указанного преподавателем. Для этой же точки определить коэффициент неидеальности z по - диаграмме.
   
5. 
   Рассчитать систематическую погрешность измерений в заданной точке: давления р, барометрического давления В и температурыt:
   

---

,

где , ,  абсолютные ошибки измерения значений р, В и t соответственно.

Подробно материал к этому пункту изложен в разделе «Оценка погрешности эксперимента».

Контрольные вопросы

1. 
   Понятие об идеальном и реальном газах.
   
2. 
   Уравнение Клапейрона-Менделеева, Ван-дер-Ваальса и приведенное уравнение состояния реальных газов.
   
3. 
   Коэффициент сжимаемости. -диаграмма.
   
4. 
   Вириальное уравнение состояния. Вириальные коэффициенты. Определение второго и последующих вириальных коэффициентов.
   
5. 
   Опыт Эндрюса. pv-диаграмма реальных газов. Характер изотерм , и .
   
6. 
   Области фазовых состояний вещества. Понятие о степени сухости. Характер изменения давления р и температуры t в области фазовых переходов газ  жидкость.
   
7. 
   Критическая точка, критическое состояние вещества.
   
8. 
   Особенности критической и околокритической области состояний вещества. Перспективы применения особых свойств этого состояния в промышленности.
   
9. 
   Экспериментальная установка и результаты опытов.
   
10. 
    Источники погрешностей измерения. Виды погрешностей. Методика расчета.
    

Лабораторная работа № 24
Исследование кривой насыщения влажного пара
Цель работы: изучить pv- и Ts-диаграммы водяного пара, изучить процессы фазового перехода; ознакомиться с понятием теплоты парообразования и ее свойствами; ознакомиться с кривой насыщения и уравнением Клапейрона-Клаузиуса.
Задание:

1. 
   Провести опыты по исследованию кривой насыщения воды и водяного пара, т.е. зависимость .
   
2. 
   На основе результатов измерений рассчитать величину теплоты парообразования r, ее составляющих и , энтальпии h_x, внутренней энергии и_х, энтропии s_x при заданной преподавателем температуре .
   
3. 
   Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, таблицу измерений и результаты обработки опытных данных, а также график, выполненный на миллиметровой бумаге.
   

---

Основы теории
Процессы парообразования и конденсации широко распространены в химической технологии. Важной теплофизической характеристикой при расчете процессов перегонки, выпарки, ректификации, кипения и сушки является теплота парообразования r.

Для исследования термодинамических процессов, происходящих с реальными газами, большое значение имеют pv- и Ts-диаграммы (рис. 1 и 2).

Кривые a₁b₁c₁d₁, a₂b₂c₂d₂… на pv-диаграмме соответствуют процессу расширения вещества при t = const, а кривые ab₁c₁f₁, ab₂c₂d₂… на Ts-диаграмме – процессу нагревания вещества при p = const.


v’ v_x=v_кр v”

Рис.1. pv– диаграмма водяного Рис.2. Ts– диаграмма

пара. водяного пара.

Ψ₁= p_н(v”- v’)

r= T_н(s”- s’)

s’ s” s

d₂

d₁

f₁

a₂

a₁

b₁

b₂

b₁

b₂

c₁

c₂

f₂

p_н=const

T_н=const


p_н=const

T_н=const


a

a₂

f₂


p_н=сonst

T_н=сonst

p_н=сonst

T_н=сonst

b₁

b₂

a₁

c₁

c₂

b₁

b₂

c₂

c₁

На обеих диаграммах точки b₁, b₂,… соответствуют началу процесса парообразования и образуют нижнюю пограничную кривую – кривую кипящей жидкости (х = 0). На этих же диаграммах в точках

---

Смотрите также файлы

• Фармакология.docx

• Практическое задание 2 по дисциплине Студент в среде электронного обучения Номер раздела.docx

• Методические рекомендации по организации выполнения и защиты выпускной квалификационной работы по специальностям.doc

• Прибыль предприятия сущность, виды и методика определения.rtf

• Природноклиматические и географические факторы и их влияние на характер исторического развития России. Геополитические цели и интересы России в первой мировой войне.docx