74796

Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Точка инверсии

Доклад

Физика

Рассмотрим эффект Джоуля — Томсона. На рис. 93 представлена схема их опыта. В теплоизолированной трубке с пористой перегородкой находятся два поршня, которые могут перемешаться без трения.

Русский

2015-01-05

66 KB

3 чел.

36.Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Точка инверсии.

Внутренняя энергия реального газа складывается из кинетической энергии теплового движения его молекул (определяет внутреннюю энергию идеального газа, равную СVТ; см. § 53) и потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия. Потенциальная энергия реального газа обусловлена только силами притяжения между молекулами. Наличие сил притяжения приводит к возникновению внутреннего давления на газ (см. (61.1)):

Работа, которая затрачивается для преодоления сил притяжения, действующих между молекулами газа, как известно из механики, идет на увеличение потенциальной энергии системы, т. е. или откуда

(постоянная интегрирования принята равной нулю). Знак минус означает, что молекулярные силы, создающие внутреннее давление р', являются силами притяжения (см. § 60). Учитывая оба слагаемых, получим, что внутренняя энергия моля реального газа

(63.1)

растет с повышением температуры и увеличением объема.

Если газ расширяется без теплообмена с окружающей средой (адиабатический процесс, т. е. Q=0) и не совершает внешней работы (расширение газа в вакуум, т. е. А=0), то на основании первого начала термодинамики (Q = (U2U1)+ A) Получим, что

 (63.2)

Следовательно, при адиабатическом расширении без совершения внешней работы внутренняя энергия газа не изменяется.

Равенство (63.2) формально справедливо как для идеального, так и для реального газов, но физический смысл его для обоих случаев совершенно различен. Для идеального газа равенство U1=U2 означает равенство температур (T1=T2), т. е. при адиабатическом расширении идеального газа в вакуум его температура не изменяется. Для реального газа из равенства (63.2), учитывая, что для моля газа

(63.3)

 получаем

Так как V2> V1, то Т1 > Т2, т. е. реальный газ при адиабатическом расширении в вакуум охлаждается. При адиабатическом сжатии в вакуум реальный газ нагреваетсяТак как V2> V1, то Т1 > Т2, т. е. реальный газ при адиабатическом расширении в вакуум охлаждается. При адиабатическом сжатии в вакуум реальный газ нагревается.

.Эффект Джоуля — Томсона

 Рассмотрим эффект Джоуля — Томсона. На рис. 93 представлена схема их опыта. В теплоизолированной трубке с пористой перегородкой находятся два поршня, которые могут перемешаться без трения. Пусть сначала слева от перегородки газ под поршнем 1 находится под давлением р1, занимает объем V1 при температуре Т1, а справа газ отсутствует (поршень 2 придвинут к перегородке). После прохождения газа через пористую перегородку в правой части газ характеризуется параметрами р2, V2, T2. Давления p1 и p2 поддерживаются постоянными (p1>p2).

Так как расширение газа происходит без теплообмена с окружающей средой (адиабатически), то на основании первого начала термодинамики

 (64.1)

Внешняя работа, совершаемая газом, состоит из положительной работы при движении поршня 2 (А22V2) и отрицательной при движении поршня 1 (A1=p1V1), т. е. A=A2A1. Подставляя выражения для работ в формулу (64.1), получаем(64.2)Таким образом, в опыте Джоуля — Томсона сохраняется (остается неизменной) величина U+pV. Она является функцией состояния и называется энтальпией.

. Эффект Джоуля — Томсона принято называть положительным, если газ в процессе дросселирования охлаждается (T<0), и отрицательным, если газ нагревается (T > 0).В зависимости от условий дросселирования для одного и того же газа эффект Джоуля — Томсона может быть как положительным, так и отрицательным. Температура, при которой (для данного давления) происходит изменение знака эффекта Джоуля — Томсона, называется температурой инверсии. Ее зависимость от объема получим, приравняв выражение (64.4) нулю:-----(64.5)Кривая, определяемая уравнением (64.5), — кривая инверсии — приведена на рис. 94. Область выше этой кривой соответствует отрицательному эффекту Джоуля — Томсона, ниже — положительному.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75971. СВЯТО ПОХІДНОЇ 94.5 KB
  Мета уроку: навчальна: повторити і систематизувати знання учнів 11-го класу по темі «Похідна та її застосування», формувати навички практичного застосування отриманих знань; розвивальна: розвивати знання учнів про похідну, формувати навички контролю....
75972. СВЯТО ПОКРОВИ 517 KB
  Мета: ознайомити учнів зі святом Покрови, пробуджувати пізнавальні інтереси до історії української культури; сприяти примноженню родинних і національних традицій. Виховувати любов та пошану до традицій українського народу.
75973. Інтегрований урок в 3 класі «Поле чудес» 57.5 KB
  Формування ключових компетентностей: вміння вчитися – самоорганізовуватися до навчальної діяльності у взаємодії; загальнокультурної – дотримуватися норм мовленнєвої культури, звязно висловлюватися в контексті змісту; здоровязбережувальної...
75974. Ескіз розпису косовської кераміки 312 KB
  Мета уроку: розвивати вміння дітей складати декоративну композицію для розпису косовської кераміки. Матеріали до уроку: керамічні вироби косовських майстрів: вази глечики свічники миски кашпо; навчальні таблиці з зображенням виробів з Косова...
75975. ОГОНЬ – ВРАГ ИЛИ ДРУГ? 242 KB
  Сегодня наш урок необычный. Вам нетерпится узнать, о чем пойдет разговор на уроке? Никакого секрета нет. На уроке мы познакомимся с очень интересными правилами безопасности жизни, иными словами, у нас урок осторожности. И посвящен он тому, кто…
75976. Охорона природи Землі 140 KB
  Мета: узагальнити, систематизувати, розширити знання учнів про використання людиною природних багатств Землі, причини забруднення природи, шляхи збереження природи на нашій планеті. Розвивати мовлення, мислення, пам’ять учнів, їх пізнавальний інтерес, самостійність.
75977. Охорона природи мішаних лісів 184.5 KB
  Мета: Розширити уявлення дітей про ліси України їх рослинний світ значення лісів у природі і житті людини їх охорону Виховувати екологічне мислення. Обладнання: Карта України карта природних зон України ілюстрації рідкісних тварин рослин кросворд диск з голосами птахів...
75978. Урок Океани Землі 829.5 KB
  Мета уроку. Продовжувати формувати уявлення про поверхню Землі, її зображення на глобусі і карті, уміння читати карту і працю вати з нею. Сформувати уявлення про океани Землі. Розвивати пізнавальний інтерес, уміння працювати з додат ковою літературою.
75979. Шлях до олімпу. Спортивне свято. 59 KB
  За перемогу в кожному конкурсі команда нагороджується одним Олімпійським кільцем; за друге місце двома за третє місце трьома кільцями. Перемагає та команда яка перша обміняється місцями не порушивши правил. Перемагає команда яка швидше зміниться місцями не порушуючи умов гри. Перемагає команда яка швидше зміниться місцями з найменшими порушеннями.