压强与沸点关系

压强与沸点关系

一、实验目的

1、学习使用压强沸点关系实验仪；

2、测定在压强小于一个大气压的情况下，水的饱和蒸汽压强和沸点的变化规律。

二、实验原理

在一定压力下的液体在其所占液体容积内自由运动，少数分子由于速率较大，从而可以克服液体表面张力进入气象空间，这种现象就称为蒸发。蒸发是一种只发生在液体表面的汽化现象，任何温度下都可以发生。若对液体加热则分子运动加快，碰撞频繁，液体受热使空气溶解度降低,内部产生气泡,液体会向气泡空间蒸发,当液体分子向气象空间的汽化速度与气体分子回到液体中的凝结速度相等时，汽化和凝结过程仍在不断进行，但总的结果使状态不再改变。这种处于动态平衡的状态称为饱和状态。液体上的蒸汽称为饱和蒸汽，对应的液体称为饱和液体。当蒸汽压力达到饱和压力时，继续加热，气泡增大,上升到液面破裂，释放蒸汽，这种现象称为沸腾。沸腾是一种同是在液体内部和表面同时发生的剧烈汽化现象，只有液体温度达到外界压力所对应的沸点温度时才能发生。

沸点温度随外界压强而变化，水的沸点T(C)随压强P的变化的经验关系式为T=100+0.0367(P-1.01310)-0.0023(P-1.01310)

其中压强P的单位取Pa。在一个密闭的装有水的空间内，当散失的热量远远小于从外界获取的热量，并达到沸腾时，如果改变水蒸气的压强则水的沸点也随之改变，饱和蒸汽压与沸点之间存在一一对应关系。552

三、实验仪器

压强与沸点关系实验仪外形见图1。整个仪器中最重要的部件为稳压器，它的主要工作原理：

当P P

0时，由于稳压器（稳压调节阀开启）内外压强存在压强差ΔP，使得稳压器内稳压气囊紧贴，真空蒸汽发生器中水蒸气无法通过稳压器，此时P会慢慢增大，由于回路内空间减小（真空蒸汽发生器被封），真空度增加，P

0相应的会减小，待稳压器内ΔP=0时（内外压强趋向一致）稳压气囊恢复正常状态；当P P

0时稳压气囊鼓起来，同时P会慢慢减小，P

0会慢慢增大，稳压器内外压强存在压强差ΔP，经过一段时间ΔP=0时压强稳定，稳压气囊恢复正常状态。稳压器就是通过稳压气囊的伸缩或扩张调节真空蒸汽发生器内水蒸气压，使其中的压强通过一段时间可以趋向稳定。由于此种稳压器的ΔP/P

0有±0.3%的稳定性，因此饱和水蒸气压强会在某一相对稳定数值处有小幅度的波动。

利用机械泵可对一个密闭空间（回路）抽气，使真空蒸汽发生器内为负压（真空度可达

0.08 MPa），通过调节“压强调节”阀的可变范围（阀泄漏量的大小），在一段时间内可以任意的保持蒸气压的稳定，并调节“稳压调节”阀（使阀处于开启状态），在“压强调节”阀处于某一固定状态不变时，经过一段时间，稳压器将使真空蒸汽发生器压强达到某一相对稳定的数值不变。此时观察温度显示窗口，若温度显示相对稳定，则该温度就为此压强下饱和水蒸气的沸点压强。将真空度和对应的温度记录下来，通过计算或与标准“压强沸点关系曲线”对比，即可验证水的压强与沸点的变化规律。图1仪器外形图

压强与沸点关系实验仪结构如图2，当真空泵工作对真空蒸汽发生器进行抽气时，调整“压强调节阀”，经过一段时间，使真空蒸汽发生器内保持一定的气压（此时稳压调节阀应处于全关闭），真空表上也显示某一相对稳定的压强读数，经过一段时间，真空蒸汽发生器内的水处于沸腾时，温度显示窗口显示的温度也相对稳定，每改变真空蒸汽发生器内的气压，必将改变其内部水沸点的温度，即水的沸点与水处的压强必将一一对应。通过本实验可验证水的压强与沸点的变化规律。

稳压调节阀真空表

压强调节阀

加水柱开xx螺塞关真空防漏球

阀蒸汽发

生加水柱xx

器真空泵

密封螺塞消声排气阀器图2压强与沸点关系实验仪结构图

四、实验内容

本实验利用压强与沸点关系实验仪测定水的沸点与压强的关系，并在坐标纸上作出关系曲线图。实验中所使用的真空表为“差压式”真空表，真空表上的标值为真空表所连接的容器内外压强之差。

具体实验步骤如下：

（1）在真空蒸汽发生器内加适量的水（在警戒水位和最高水位之间，靠近最高水位），冷凝器内水位以达到透明部分为好。检查冷凝器进水口和出放水口、稳压器出水口及通气孔是否拧紧。压强调节阀关紧，稳压调节阀打开。打开真空蒸汽发生器进水口，打开电源开关，以及加热装置开关，待水温加热至沸腾，观察温度显示是否是100C。

待调整好后，拧紧真空蒸汽发生器进水口，打开“泵开关”开始抽气，此时“压强调节”阀要缓慢地一点点打开，待“真空表”有真空度显示即停止，此时“稳压调节阀”应处在开启状态，观察温度显示装置，经过一段时间，温度显示在某一数值处变化缓慢，若真空压力表真空显示也相对在某一数值处波动，记录此时温度和真空压力表显示。

（2）调节“压强调节阀”将其稍稍拧大一点，稳压器调节阀不动，然后在观察温度显示装置，经过一段时间，温度显示在某一数值处变化缓慢，若真空压力表真空显示也相对在某一数值处波动，记录此时温度和真空压力表显示。

（3）重复操作第3步。记录约4-6组数据。

（4）将加“热装置开关”关闭，然后关闭“泵开关”，经过约10秒钟后，关闭总电源开关。

注意先关“泵开关”然后再关“总电源”开关，避免因回油降低泵的使用寿命。

（5）如果稳压器内产生大量的雾气，将稳压器的通气孔拧松开（不要拧下）。注意：

实验结束后，应打开冷凝器进水口，然后打开冷凝器放水口将其中的水放尽（否则会减少冷凝器寿命），再拧紧冷凝器放水口和进水口。

五、预习题

1、简述机械真空泵的工作原理。

2、影响大气压强大小的主要因素是什么？测量气体压强大小的方法和仪器主要有哪些？

六、作业题

如果想测定在压强大于一个大气压的情况下水的饱和蒸汽压强与沸点的变化规律，你将如何设计实验并讨论实验方案的可行性。