【实验内容与步骤】
1.熟悉实验装置,选择合适的热线温度
(1)对照实验装置图熟悉气体导热系数测定仪(简称气导仪)的基本结构,了解面板上各开关、旋钮等的功能,特别注意三通Ⅰ和三通Ⅱ的旋转操作。
(2)接好仪器电源,三通Ⅱ旋至6(即旋钮尖端指向“大气”),闭合仪器电源总开关,按气导仪面板上的真空计校准按钮“+”或“-”,直至数字气压表显示760mmHg高为止,(仪器能自动将校正后数据存储),然后将三通Ⅱ旋至4(即旋钮尖端指向“关闭”)。三通Ⅰ旋至2(即旋钮尖端指向“系统”),
(3)调节热线的恒温温度T1。将测量室的钨丝用导线与气导仪上两个接线柱相联,电表开关打在“开”的位置,缓缓调节钨丝的温度选择旋钮,从电压表及电流表读出钨丝的电压U 及电流I,并估算钨丝的电阻值R=U/I,使它的电阻值达到90~100Ω(对于导热系数特别大的气体,如氢气,电阻值要适当再调低一些,以免测量时超出电表量程)。
2.测量钨丝热辐射与电极棒传热耗散的电功率W空
(1)预抽真空。三通Ⅱ旋至4(即旋钮尖端指向关闭),开动真空泵,三通Ⅰ旋至1、2相通(即旋钮尖端指向系统),抽气约20分钟,从数字式真空计读数观察系统的真空度,应使真空度达到约0.1333Pa或10-3Torr。此时进行真空计零值校准,零值校准的方法是:把系统抽到10-3Torr数量级的低气压,按置零按钮,数字显示为零,本系统以此值作为真空看待(注:此值为一般机械真空泵的极限真空度)。实际测量时,一般以热丝耗散功率小于0.20W 作为系统的真空对待。例如,在Rt的设置值为100Ω 时,只要系统抽气到电压表显示值小于5V 时,则系统就基本满足真空要求。如果电压表读数值还可以继续减小,原则上应该抽到越低越好。此时,可按真空计的置零按钮,使真空计“置零”。
(2)测量W真空值。在真空度约0.1333Pa(或10-3Torr)时测出热线两端的电压U空及流过它的电流I空。W空=U空×I空即为非气体导热所消耗的热功率。
注意:如果系统长时间没有使用,或者系统漏气较多,系统不易达到所要求的真空度,应仔细检查系统各气路接口有否漏气的地方并予以排除,必要时可拔下两个三通阀的阀芯,清洗后涂上新的真空脂,在排除系统内部吸附的气体后,系统应能达到所需的真空度。
3.测量干燥空气的导热系数
鉴于测量时待测气体的气压应为133.3~1333Pa(1~10Torr)的低气压,实验时应将待测气体注入抽空了的测量室,通过控制针阀的漏气率注入部分气体来控制气压,使之符合上述范围。实验的过程是测出不同气压P 值时,钨丝两端的电压Up及流经钨丝的电流Ip。其具体步骤如下。
(1)测量W真空后,测量室处于真空状态,校准好真空计零点后,再把三通Ⅱ调至4、5联通,把三通Ⅱ至针阀之间的管路中的残余气体的气压抽到1乇以下。接着关闭三通Ⅱ。将三通Ⅰ从1、2联通的位置旋转到1、3联通,此时关闭真空泵,使真空泵不再对测量室抽气,然后旋转三通Ⅱ至4、5联通(即旋钮尖头指向针阀),使干燥空气缓慢地进入抽空了的测量室。
注意:漏率的大小,要以实验人员在1~10Torr的气压范围内,能及时读取并记录相关数据为宜,该阀非常精密,应在教师指导下进行调节,请不要随意调节,以免损坏针阀。
(2)在三通Ⅱ至4、5联通时,由针阀不断注入的空气(或其他气体)使系统气压缓慢地升高,当气压到达1Torr左右,测定出一组相应的电压值与电流值,以后每间隔0.5Torr左右测量一组数据,只要在1~10Torr的范围内,均匀地读取十几组数据并分别记录到表格内即可。
注意:为了避免真空泵回油,实验过程中或实验结束时,只要真空泵停机时,都应该及时使其进气口通大气,即三通Ⅰ转到1、3位置(旋钮尖端指向空气)。
(3)如果不注意(或操作不熟练)把过多的气体放入系统内,可以参照以上操作步骤,用真空泵把系统内气压抽到实验需要值再继续测量。