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

49147. Маркетинг в интернете 736.5 KB
  Мы благодарим наших американских друзей за поддержку и помощь в осуществлении идеи выпустить в России одну из первых книг по электронному бизнесу с компетентными и емко представленными данными. Выражаем также признательность авторам объявлений и новостных сообщений, представляющих свои труды во Всемирной Сети.
49148. История болезни 478.5 KB
  История болезни – документ, отражающий жалобы больного, развитие его основного заболевания, наличие сопутствующих заболеваний, объективное состояние на момент поступления, тактику обследования и терапии, динамику патологического процесса в течение периода наблюдения и лечения...
49149. Проектирование информационных систем 1.61 MB
  Преимущества использования системы: уменьшатся срок формирования регистров отчетности и отчета клиенту; расширяются возможности по получению информации в различных разрезах по площадкам стратегиям клиентам договорам ДУ; увеличивается скорость прохождения информации между специалистами компании; автоматизируется документооборот связанный со сделками с ценными бумагами. Система интегрирована с внешней системой LOISCpitlMrket для загрузки данных о сделках с ценными бумагами которые совершаются брокером на бирже. Отчёт Регистр...
49150. Программа, выполняющая перенос значения ячейки памяти с сохранением знакового разряда 153 KB
  Трансляция программы в исполняемый машинный код производится ассемблером от англ. Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы что также позволяет создавать более эффективные программы с меньшими затратами ресурсов. 3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММЫ Для реализации поставленной задачи необходимо загрузить в аккумулятор значение ячейки памяти по адресу 6000Н затем непосредственно в аккумуляторе выполнять требуемые операции. Кодирование 5 ОТЛАДКА И ВЕРИФИКАЦИЯ ПРОГРАММЫ Начальное и итоговое состояния...
49153. Микропроцессорная система, обеспечивающая выдачу кодов управления в буферное устройство 178 KB
  В данной курсовой работе разработана микропроцессорная система обеспечивающая выдачу кодов управления в буферное устройство. Система состоит из микропроцессора тактового генератора системного микроконтроллера ПЗУ параллельного интерфейса. Микропроцессорная система МПС - это вычислительная или управляющая система. Микропроцессорная система на базе комплекта КР 580.
49154. Товароведная характеристика и экспертиза четырех образцов сметаны от разных производителей, реализуемых в магазине «Гавань» 18.11 MB
  Качественная фальсификация кисломолочных продуктов может осуществляться следующими способами: разбавлением водой; разбавлением сметаны другим кисломолочным продуктом; введением чужеродных добавок; введением пищевых красителей ароматизаторов загустителей и т. Для определения фальсификации сметаны исследуют ее маркировку на соответствие требованиям НТД штриховой код – на соответствие заявленному товару проводят органолептические исследования и исследования на присутствие творога крахмала мела. Неправильный процесс производства не...
49155. Расчет физических свойств природного газа при нормальных условиях 344.5 KB
  Расчет физических свойств природного газа при нормальных условиях Основные физикохимические свойства компонентов газов используемых для газоснабжения Газы Молекулярная масса кг моль Плотность при 0 С и атмосферном давлении кг м3 Критическая температура К Критическое давление МПа.