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

2 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

5117. Організаційні форми фізичного виховання дітей дошкільного віку 43 KB
  Організаційні форми фізичного виховання дітей дошкільного віку. Організація раціонального режиму фізичного виховання дітей 3-6 років полягає у використанні різноманітних форм фізичного виховання, засобів і методів їх застосування, що відповідають ві...
5118. Загальні основи навчання руховим діям дітей дошкільного віку 64 KB
  Загальні основи навчання руховим діям дітей дошкільного віку. Сучасна педагогічна наука розглядає процес навчання як цілеспрямовану взаємодію педагога та дитини. Освіта, виховання та розвиток особистості – основні функції навчання, які тісно вз...
5119. Учимся общаться. Конспект занятия 49 KB
  Цели: формирование навыков и умений общения с группой сверстников. Вызвать интерес к самопознанию и саморазвитию. Сформировать мотивацию к самовоспитанию. Задачи: Раскрепостить участников тренинга. Сплотить коллектив. Р...
5120. Программа – тест: Годны ли вы к службе в армии 932 KB
  Польза тестов для человека С давних времен каждый человек пытается узнать о себе что-то больше, чем уже знает. С развитием психологии большое количество людей узнают о некоторых чертах своего характера, которые в нем присутствуют, но он не ...
5121. Позаурочна та позакласна робота школярів з основ здоров’я 136 KB
  Позаурочна та позакласна робота школярів зоснов здоров’я Позаурочна робота з навчання здоров’я. Зміст та організація домашніх завдань на різних етапах вивчення ОЗ Форми та види позакласної роботи валеологічного спрямування: інд...
5122. Работа с типизированными файлами 207 KB
  Работа с типизированными файлами. Цель работы: - Знакомство с файловыми типами в Паскале. - Получение навыков операций с файлами - Применение навыков проектирования сложных программ - Применение навыков создания пользовательского интерфе...
5123. Фізіологія і біохімія рослин 398.5 KB
  Модуль Фізіологія рослинної клітини Тема: Визначення осмотичного тиску в рослинній клітині. Мета: Виявити залежність ступеня плазмолізу клітин від концентрації розчину і порівняння осмотичного тиску клітинного соку різних рослин. Література: Контрол...
5124. Операційна система MS WINDOWS 7. Структура типового вікна 3.75 MB
  Операційна система MS WINDOWS 7. Структура типового вікна. Типи вікон, їх особливості. Робота з вікнами. Компоненти – ножиці, лупа. Методична частина: Основою роботи в системі Windows є робота з вікнами. Вікно — це прямокутна область екран...
5125. Компоненти - гаджети. Вікна папок - Провідник (Explorer). Робота з папками та файлами. 8.91 MB
  Операційна система MS WINDOWS 7. Компоненти - гаджети. Вікна папок - Провідник (Explorer). Робота з папками та файлами. Пошук файлів. Архіватори. Компоненти MS WINDOWS 7 Гаджети Методична система: В системі Windows 7 можна встановити спеціальні міні...