Порядок роботи

1. На робочому столі зібрати та підготувати до роботи експериментальний пристрій (рис 1). Під наглядом викладача (інженера) перевірити стан усіх її основних вузлів (шліфи, крани, системи електро- та водоживлення та ін.).

2. У реактор 1 додати декілька гранул неглазурованої порцеляни, щоб запобігти місцевим перегрівам, та залити близько 50 мл рідини, що досліджується. У підготовленому стані реактор з термометром 2 перенести в термостат 3 та за допомогою шліфів та кранів 4 та 5 з'єднати з холодильником 6, вакуумною системою, манометром та атмосферою. Пересвідчившись у надійності герметичності зібраного пристрою, увімкнути термостат. За заданого значення зовнішнього тиску і температури води в термостаті рідина в реакторі нагрівається. Початок кипіння рідини супроводжується інтенсивним виділенням бульбашок пари. У цей час необхідно слідкувати за температурою. У таблицю попередніх даних слід записати лише такі значення температури (до десятих часток градуса) і рівнів ртуті у колінах манометра h₁ та h₂, що далі вже не змінюються, а при цьому частота крапель конденсату з холодильника становить 2-3 с. Друге і наступні вимірювання P_пари і температури здійснюються після підвищення зовнішнього тиску в реакторі на 20-25 мм рт. ст. (за сумою h₁ + h₂). Операцію з підвищення тиску треба виконувати обережно, щоб уникнути різкого перенесення ртуті в праве коліно манометричної трубки, а то й навіть її викидання до пастки 7. Слід мати на увазі, що верхнє значення T_кип даної речовини в умовах досліду залежить не лише від тиску в реакторі, але й від природи рідини та можливостей самого термостата.

3. Для зміни тиску насиченої пари в умовах досліду вакуумування реактора проводити доти, доки рівень ртуті в манометрі не підніметься до верхньої позначки на його шкалі ліворуч (h₁). Після кожного встановлення теплової рівноваги між двома фазами "рідина — пара" записати рівні ртуті на манометрі та показання термометра. Усього мас бути 9-12 точок. Дослід закінчують тоді, коли температура води в термостаті досягне 80-85 °С.

4. За рівнянням знайти значення тиску насиченої пари, що відповідає певному значенню температури, та побудувати графіки: P_пари – t, °C та lnP_пари – 1/T.

5. За допомогою графіка знайти значення мольної теплоти випаровування рідини, що досліджується, та порівняти з величиною, що задається наближеним рівнянням за правилом Труттона:

де індекс “н.т.к” означає температуру кипіння за нормальних умов.

6. За допомогою методу найменших квадратів (МНК) знайти числові значення коефіцієнтів А і В та скласти рівняння прямої лінії типу

(3)

7. З величини коефіцієнта А, визначеного за МНК, обчислити більш точне значення мольної теплоти випаровування і порівняти з величиною, знайденою із експериментального графіка за схемою п. 5.

Рис. 1. Схема експериментального пристрою для вимірювання тиску насиченої пари: 1 - реактор; 2 - термометр; 3 - термостат; 4, 5 -крани; 6 - холодильник; 7 – пастка.

8. Отримавши рівняння прямої за МНК, знайти виправлені значення lnP’_пари, що відповідають заданим значенням T, нанести на графік та провести пряму.

9. За рівнянням (3) знайти температуру кипіння досліджуваної рідини за нормального атмосферного тиску, отриману величину порівняти з довідковою.

10. Оцінити похибку вимірювань.

Інтегрування диференціального рівняння Клаузіуса -Клапейрона у вузькому температурному інтервалі приводить до рівняння

(4)

звідки

(5)

Після диференціювання і логарифмування цього рівняння отримаємо:

(6)

Наприклад, для CCl₄ за T₁ = 313 К і T₂ = 323 К; P₁ = 216 мм рт. ст. і P₂ = 317 мм рт. ст.

Видно, що за точності вимірювання температури ±0,5 °С та точності вимірювання тиску ±0,5 мм. рт. ст. основний внесок у похибку визначення мольної теплоти випаровування досліджуваної рідини робить інтервал температур. За T₂ – T₁ = 10 °C відношення становить ±10%.

Отже, в лабораторних умовах довести величину похибки до 2-3 % можна, якщо температурний інтервал становитиме 40-50 °С.

11. Вихідні дані, результати проміжних та кінцевих розрахунків занести в таблицю за схемою

№

Pбар

Температура

h1

h2

h1+h2

Pпари = Pбар – (h1+h2)

lnPпар

(103/T)2

lnPпари ∙ (103/T)

lnP’ (за мнк)

t, °C

T, K

103/T

Література: [21, с. 61-66, 68, 69].