методички для лаб.раб. по молек. физике / Лабораторная работа №1

ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНСЙ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ИСПАРЕНИЯ.

Составитель: Виталий Иванович Семихин

Ответственный за выпуск: А.Л.Болотов

Работа утверждена на заседании кафедры молекулярной физики от 6.06.83.

Печатается по решению учебно-методического совета универси­тета.

Лабораторная работа составлена старшим преподавателем ка­федры молекулярной физики В.И. Семихиным

Краткое содержание - экспериментально исследуется зависи­мость давления насыщенных паров жидкости от температуры в области значений давления и температуры, далеких от крити­ческих. Рассчитывается среднее значение скрытой теплоты паро­образования.

ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ИСПАРЕНИЯ.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Анализируя уравнение Ван-дер-Ваальса, мож­но видеть» что в определенном интервале температур и дав­лений жидкость и насыщенный пар над ней, помещенные в закры­тый сосуд, могут находиться в равновесии. Это равновесие является динамическим, устанавливается само собой. С по­вышением температуры давление насыщенных паров увеличивает­ся.

Характер температурной зависимости давления насыщен­ных паров определяется уравнением Клапейрона - Клаузиуса.

(1)

где L - молярная скрытая теплота испарения, V₂ - моляр­ный объём тара, V₁ - молярный объём жидкости. Уравнение (1) можно привести к виду:

(2)

если рассматривать поведение насыщенных паров при давле­ниях и температурах, далёких от критических значений этих параметров. Зависимость натурального логарифма давления . насыщенных паров от 1/Т представляет собой прямую линию.

Рис 1.

Экспериментально получена зависимость давления насыщенных паров от температуры, можно, воспользовавшись уравнением (2), определить молярную скрытую теплоту испарения. Запи­шем уравнение (2) для двух давлений и температур (P₂P₁):

(3)

(4)

Исключая константу С из уравнений (3) и (4) находим моляр­ную скрытую теплоту испарения:

(5)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Изучение зависимости давления насыщенных паров от тем­пературы производится на установке, схема которой приведена на рис.2. Исследуемое вещество помещается в герметично закры­вающийся сосуд 1. Давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью, и соответствующая температура измеряются ма­нометром 2 и термометром 3, закрепленным в крышке сосуда. Оставшийся в сосуде воздух откачивается с помощью вакуумно­го насоса 4 в течение 3-4 минут, затем вентиль 5 закрывает­ся, отключая рабочий объём сосуда от окружающей атмосферы. После удаления воздуха из сосуда можно приступить к иссле­дованию зависимости давления насыщенных паров от температуры. В нижней части сосуда помещён Нагреватель 6, напряже­ние на него подается от лабораторного трансформатора 7.

ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

После удаления воздуха из сосуда можно включить нагре­ватель, установив напряжение на нём 100 В. В течение 40-50 минут снимают зависимость Р_Н.П. f (Т), затем напряжение надо повысить до 120 В и продолжить измерения. После дости­жения температуры 110-115 ⁰С, нагрев прекращают и снимают Р_Н.П. от температуры при охлаждении сосуда жидкостью. В качестве отчета необходимо представить график зависимости Р_Н.П. от температуры, график зависимости LnР_Н.П. от l/Т, величины, обратной абсолютной температура, и рассчитать по формуле (5) молярную скрытую теплоту испарения.

Рис. 2.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Что такое фаза, фазовое равновесие, фазовый переход?

2. Написать уравнение Ван-дер-Вальса и изобразить изотермы, соответствующие этому уравнению.

3. Что такое скрытая теплота испарения, скрытая теплота фазо­вого перехода?

4. Вывести уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

5. Вывести уравнение