实验8气体三定律及气态方程验证

实验8 气体三定律及气态方程验证

【实验目的】

⒈验证气体三定律及气态方程。

⒉测定摩尔气体常数。

【实验仪器】

气体定律实验仪,温度计,交直流电源()V AC V DC 24,9~6,福廷气压计。

【实验原理】

⒈气体三定律及气态方程。

一定质量的理想气体，当温度不变时，遵守玻意耳—马略特定律，即

恒量===Λ2211V P V P （3—10—1）

当体积不变时，遵守查理定律，即

恒量===Λ2

211T P T P （3—10—2） 当压强不变时，遵守盖·吕萨克定律，即

恒量===Λ2

211T V T V （3—10—3） 一定质量的理想气体，当P 、V 、T 三个状态参量都变化时，满足气态方程，即 nR T V P T V P ===Λ2

22111 （3—10—4） 式中 n —气体物质的量；

R —摩尔气体常数。

在常温常压下，空气近似遵守以上三个定律和气态方程。

由式（3-10-5）可得

nT

PV R = （3-10-5） 式中n 的值可如下求得；在标准状态下（Pa P 5010013.1?=，K T 15.2730=），1mol

气体体积为0nV ；当温度变化为'T ，压强仍为标准状态下的0P 值时，根据盖·吕萨克定律，n mol 气体体积为

00

''T T nV V = 故

0''V T V T n = （3-10-6） ⒉ 气体定律实验仪的结构和原理。

本实验用的气体定律实验仪如图3-10-1所示。它主要由定压气体温度计、控温线路

和体积压强测量计三部分组成。仪器整体固定在一块支撑木板上，并装入一长方形木匣中。使用时，打开木匣，竖立起支撑木板，然后 安装调试。

⑴定压气体温度计。

它由图中直角玻璃管组成，竖直部分的底封闭，水平部分的2是水银滴，3是注入水银的小口，平时用橡皮帽盖住。水银滴2的左侧与大气相通，右侧则构成密闭容器。 当密闭容器内的气体受热膨胀时，推动水银2向左移动，其右侧压强1P 与左侧大气压强0P 相等（1P = 0P ）时，水银滴停止移动。降温时，密闭容器内气体收缩，水银滴右移，当两侧压强相等时，又停止移动。

在整个移动过程中，密闭容器中的气压始终与大气压强0P 相等；而每一温度值，表现为水银滴的一个特位置。

由于水平的控温臂管上没有设置刻度，所以实验必须与温度计6配合使用，把密闭容器1与温度计6同时插入水中，若温度指示为20℃，则水银滴的停留位置可标记为20℃。 ⑵控温线路。

它由电热丝R 、继电器J 、触针M 和N 及指示灯5等部件组成。

当接通24V 交流电源时，电热丝R 通过继电器J 的常闭触点接入电源开始加热，同时指示灯5亮。

随着温度的升高，气体温度计的水银滴2左移。温度升到某一数值t 时，水银滴与触针M 、N 接触，使继电器J 的线圈绕组电路导通（继电器线圈组电路接V 9~6直流电源），继电器J 做吸合动作，常闭触点1J 断开，指示灯，加热停止。

当温度下降时，水银滴右移，一旦离开触针M 、N ，继电器绕组电路即被切断，继电器复位，常闭触点1J 再度闭合，电热丝R 导通并加热，由此达到自动控温的目的。在实验中调节触针旋钮4，使触针M 、N 置于不同位置上，就能得到不同的温度。

⑶体积压强测量计。

在图3-10-1中，体积压强测量计由一支带气节门11的长玻璃管13通过橡皮管15与具有长颈漏斗的管14联接，构成U 形管。水银从长颈漏斗14注入。

当管13的气节门11打开时，U 形管两端均与大气相通，两端水银面相平，其高差Δh 造成的压差。当把管14降低时，0P P <，Δh 为负值。

管13的气节门11关闭时，管14提高，管13内空气被压缩，气柱变短，体积减小，气压增加到P 。这时，P 与大气压强0P 之差等于管14和管13水银面高度差Δh 造成的压差。当把管14降低时，0P P <，Δh 为负值。

管13外套的粗玻璃管是盛水管，内装有电热丝R 。水被加热时，热量也传递给管13内的气柱，达到平衡时，气柱的温度与水的温度相同。

这样，通过测量U 形管水银面的高度差Δh(可由管14右侧的标尺读出),可确定封闭在管13中气柱的压强P;通过测量气柱长度L(可由设在管13旁侧的标尺读出),可确定气体的体积；通过插在水中的温度6测得水温,可确定气柱的温度t 。由此可以研究密闭在管13中气体的压强P 、体积V 和温度T 三者之间的关系。

【内容要求】

⒈安装和调试仪器。

⑴把仪器测量部分竖直架起，在管13的气节门11上涂一薄层凡士林，以免漏气。 ⑵把盛水管的下出口关闭，从上端的进入口漏斗10注入净水，使水面升到距橡胶塞约1cm 处。

⑶把气节门11打开，将管14的上口用夹紧螺丝9固定在标尺约30cm 处，从管14上口注入水银，使水银面升到标尺20cm 处。待两管水银面水平后，关闭气节门11。

⑷拔开橡皮帽3，用吸管从注水银口处滴入水银，在水银长度约1cm 时，将水银调整到控温臂有0t 的位置。塞好橡皮帽，勿使此处漏气。

⑸把温度计插入盛水管中，将整个控温臂水平地装在标尺板上。连接控温线路，并进行校准，然后开始实验。

⒉验证玻意耳—马略特定律。

不加热，在常温下慢慢升降管14，记下每次位置的气柱长度L 和水银面高度差Δh ，测得6组数据()i i V P （i=1,2,…，6）。

⒊验证查理定律。

通电加热，保持管13中气柱长度L 值不变，测得T （可用定压气体温度计测量 ，也可用温度计直接测量）以及相应的P 值。测得6组数据()i i V P （i=1,2,…，6）。

⒋验证盖·吕萨克定律。

通电加热，慢慢调节管14，使管13和14的水银面取齐（Δh=0），即压强不变，测得6组数据()i i T V ,（i=1，2，…，6）。

⒌验证理想气体状态方程。

调整管14，使管13和14的两水银面取齐，通电加热气柱，在每一特定的温度下测定气柱的P 、V 值。测得3组数据()i i i T V P ,,（i=1，2，3）。

⒍测定摩尔气体常数R 。

调节管14，使管13和14的两水银面取齐，通电加热气柱，保持气柱的压强不变（等于大气压强0P ，0P 由福廷气压计读出），测出3组数据()i i T V ,（i=1，2，3）。

【数据处理】

⒈自拟表格记录数据。

⒉根据所测数据分别作P-V 图、P-T 图、V-T 图。

⒊根据步骤6中测得的数据，利用式（3-10-6）算出n,并取平均值，再利用式（3-10-5）算出R 值。