二 氧 化 碳 臨 界 狀 態(tài) 觀 測 及PVT關(guān) 系 測 定 實 驗制 作 人 ： 檸 檬 茶學 號 ：專 業(yè) ： 實 驗 原 理 一 、 基 本 概 念純 物 質(zhì) 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(zhì) 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) 。 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(guān) 系 ： F（ P,V,T） =0或 V=f（ P,T） 由 相 律 ， 純 物 質(zhì) 在 單 相 區(qū) 內(nèi) 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(guān) 系 ， 獲 得 CO2的 P-V-T數(shù) 據(jù) 。 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 ） 。 圖 1. 試 驗 臺 系 統(tǒng) 圖 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(diào) 節(jié) 。 溫 度 由 恒 溫 器 供給 的 水 套 里 的 水 溫 調(diào) 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(zhì) 面 比 常 數(shù) 計 算 得 到 。 實 驗 步 驟 一 、 按 圖 1裝 好 實 驗 設(shè) 備 。二 、 恒 溫 器 準 備 及 溫 度 調(diào) 節(jié) ： 溫 度 計 讀 數(shù) 的 溫 度 點 溫 度 設(shè) 定 的 溫 度 一 致 時 （ 或 基 本 一致 ） ， 則 可 （ 近 似 ） 認 為 承 壓 玻 璃 管 內(nèi) 的CO2的 溫 度 處 于 設(shè) 定 的 溫 度 。三 、 加 壓 前 的 準 備 ： 壓 力 臺 抽 油 、 使 本 體 充油 。 實 驗 步 驟 四 、 測 定 承 壓 玻 璃 管 （ 毛 細 管 ） 內(nèi) CO2的 質(zhì) 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(nèi) 徑 均 勻 一 致 ， CO2的 比 容 與 其 高 度 成 正 比 。 （ 單 位 質(zhì) 量 的 物 質(zhì) 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) ） 00.00124hmK A 質(zhì) 面 比 常 數(shù)h0= h0-h h0承 壓 玻 璃 管 （ 毛 細 管 ） 內(nèi) 徑 頂 端 的 刻 度 ， h 任意 溫 度 、 壓 力 下 水 銀 柱 的 高 度 。 KhAm h / 實 驗 步 驟 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(yīng) 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 。 實 驗 步 驟 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(diào) 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(zhuǎn) 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 。 實 驗 步 驟 七 、 測 定 高 于 臨 界 溫 度 （ t=40 ） 時 的 定 溫線 ： 將 恒 溫 水 浴 調(diào) 至 40 ， 按 上 述 方 法 和 步 驟 測 出 臨 界等 溫 線 圖3. CO2 的PV 等溫線