一、實驗目的
掌握二氧化碳臨界狀態(tài)的觀測方法，加深對臨界狀態(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關系，以了解氣體工質(zhì)的熱力性質(zhì)。
學會使用活塞式壓力計、恒溫器等熱工儀器，提高實驗操作能力。
二、實驗原理
臨界狀態(tài)：當物質(zhì)的溫度和壓力達到某一特定值時，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關系：在準平衡狀態(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、實驗設備及材料
二氧化碳P-V-T關系儀
活塞式壓力計：用于對二氧化碳進行加壓，測量其壓力。
恒溫器：用于控制實驗過程中的溫度，保持恒定的實驗條件。
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：用于測量實驗過程中的溫度。
二氧化碳氣體：實驗用氣體。
四、實驗步驟
準備實驗設備：檢查二氧化碳P-V-T關系儀是否完好無損，確保能正常運行。檢查設備中電源接口是否有損傷，壓力計和溫度計指針是否正常；同時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，使實驗過程中溫度保持恒定。
加壓觀測：利用活塞式壓力計對承壓玻璃管中的二氧化碳進行加壓。加壓時要緩慢轉(zhuǎn)動手輪，使活塞桿緩慢推進壓力油進入本體。在此過程中，隨時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關系：在二氧化碳P-V-T關系儀加壓觀測的基礎上，通過改變恒溫器的設定溫度，測定不同溫度下的P-V關系。在每個溫度下，重復加壓觀測的步驟，記錄相應的P、V、T數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理與分析：將二氧化碳P-V-T關系儀實驗數(shù)據(jù)整理成表格或圖表，分析P、V、T之間的關系。繪制出不同溫度下的等溫線以及等容線，進一步理解二氧化碳的熱力性質(zhì)。
五、實驗結(jié)果與討論
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制P-V-T關系圖，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)對二氧化碳性質(zhì)的影響，以及在實際應用中的意義。
分析實驗誤差來源，提出改進實驗方法的建議。
六、實驗總結(jié)
通過本次實驗，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關系。實驗結(jié)果表明，二氧化碳在臨界狀態(tài)下表現(xiàn)出獨特的物理性質(zhì)，對理解氣體工質(zhì)的熱力性質(zhì)具有重要意義。同時，我們也學會了使用活塞式壓力計、恒溫器等熱工儀器，提高了實驗操作能力。在實驗過程中，我們應注意操作規(guī)范，減小誤差，以獲得更準確的實驗結(jié)果。
附：產(chǎn)品介紹
DB-PVT-2 二氧化碳P-V-T關系儀
| 技術(shù)指標 | 說 明 | |||
| 裝置功能 |
1、學習和掌握CO2的P-V-T關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，增強對臨界狀態(tài)的感性認識和熱力學基本概念的理解。 3、測定CO2的PVT數(shù)據(jù)，在P-V圖上繪出CO2等溫線。 4、學會活塞式壓力計、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、超級恒溫水浴，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。 | |||
| 公用設施 |
水：自帶蓄水箱。 電：電壓AC220V，3kW，標準單相三線制。每個實驗室需配置1～2個接地點（安全地及信號地）。 |
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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號鋼一次性加工成型，表面采用鍍鉻處理。 3、玻璃毛細管：承壓≤10MPa，長度600mm。 4、玻璃夾套：帶刻度，溫度傳感器測口。 5、透明有機玻璃保護罩，φ250×760mm 6、活塞式壓力計：檢驗壓力范圍0-60MPa，可設定最高壓力。 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，外形為可移動式設計，帶剎車輪，高品質(zhì)鋁合金型材框架，無焊接點，安裝拆卸方便，水平調(diào)節(jié)支撐型腳輪。 12、工程化標識：包含設備位號、管路流向箭頭及標識、閥門位號等工程化設備理念配套，使學生處于安全的實驗操作環(huán)境中，學會工程化管路標識認知，培養(yǎng)學生工程化理念。 |
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| 測控組成 | 變量 | 檢測機構(gòu) | 顯示機構(gòu) | 執(zhí)行機構(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 | |