2.2. Описание экспериментальной установки.
Установка для изучения изохорного процесса изменения состояния воды и водяного пара состоит из двух толстостенных стальных сосудов высокого давления. Вследствие идентичности их на рис. 2.2 показан только один из них.•
Снаружи на сосуд 1 навит нихромовый электронагреватель 2, посредством которого нагревается образец воды, находящейся внутри сосуда. Нагреватель покрыт слоем асбестовой изоляции 4 и заключен в металлический кожух 5.
В крышку сосуда вварена гильза 7, в которой размешается горячий спай хромель-алюмелевой термопары 6; холодный спай находится в сосуде Дьюара с тающим льдом.
Термо-э.д.с. термопары измеряется милливольтметром, а давление в сосуде - образцовым трубчато-пружинным манометром.
2.3. Методика проведения опыта.
После ознакомления с литературой, методическими указаниями и схемой установки следует подготовить протокол наблюдений для записи показаний приборов и, проверить наличие льда в сосуде с холодным спаем термопары.
Включив электронагреватели обоих сосудов, начинают процесс подогрева воды находящихся в них. Желательно одновременно производить измерения температуры и давления.
Для достижения первого равновесного состояния следует включить нагреватель установки и нагреть водяной пар до 150-180°С. Затем нужно регулировать силу тока нагревателя так, чтобы температура оставалась практически неизменной. Спустя некоторое время температура по всему объёму сосуда примет постоянное значение. При этом будет достигнуто состояние вещества, при котором - давление его насыщенного пара будет также неизменным. Записав параметры объекта исследования (температуру и давление) в первом квазиравновесном состоянии, можно увеличить силу тока нагревателя и перейти к следующему разновесному состоянию при температуре на 15-20°С выше температуры предыдущего отсчета.
Подобным образом необходимо установить ряд квазиравновесных состояний на линии насыщения, записывая для каждого из них значения температуры и давления. Достижение квазиравновесного состояния на данной установке требует внимания со стороны оператора.
Рис. 2.1. Кривая упругости и линия насыщения водяного пара.
Рис. 2.2. Схема экспериментальной установки.
1 – толстостенный сосуд( массивный термостат); 2 – электронагреватель;
3 – электроизоляция; 4 – асбестовая изоляция; 5 – металлический кожух; 6 – термопара; 7 – гильза.
Улучшить качество, Указать № манометр
Как указывалось выше, равновесные состояния «жидкость – пар» будут находится в двухфазной области при нагревании вплоть до критической температуры только в том случае, когда удельный объём вещества точно равен критическому. Выполнить это условие довольно трудно.
Вследствие того, что масса воды в сосудах неодинакова, характер изменения температур и давлений при нагревании в сосудах 1-й П будет различен. Поэтому для сосуда 1 удобнее наблюдать за изменением давления через каждые 10 атм, фиксируя соответствующую этому давлению температуру.
Объясняется это тем, что, начиная с некоторого момента, наблюдается быстрый рост давлений при почти постоянной температуре. Предел роста давлений ограничен шкалой манометра и прочностью сосуда.
В сосуде 2 происходит изменение давления и температуры в течении всего опыта. Здесь нагрев следует ограничить температурой 350-3700С.
Надо иметь в виду, что вследствие тепловой инерции сосуда после выключения нагревателя температура и давление некоторое время будут продолжать расти. Поэтому во избежание чрезмерного роста температуры и давления, что представляет известную опасность, следует выключать нагреватель сосуда 1 при давлении 200 атм, а для сосуда 2 - при температуре 300-350°С.