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

18676. Параметры ЦАП 50.72 KB
  Параметры ЦАП. Параметры и характеристики ЦАП определяют их точность и быстродействие. Основным точностным параметром является понятие разрешающей способности преобразователя. Разрешающая способность в первую очередь определяется разрядностью входного цифрового ...
18677. Стратегия построения модели и основные этапы моделирования 19.56 KB
  Стратегия построения модели и основные этапы моделирования. Принципы построения математической модели: 1. Адекватность соответствие модели целям исследования по уровню сложности и организации а также соответствие реальной системе относительно выбранного множест
18678. Прямые, косвенные, совокупные, совместные измерения 15.06 KB
  Прямые косвенные совокупные совместные измерения. Измерение совокупность операций по применению технического средства хранящего единицу физической величины обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с единицей и получения значения этой величин
18679. Создание подпрограмм ВП 16.88 KB
  Создание подпрограмм ВП. Виртуальный прибор используемый внутри другого виртуального прибора называется подпрограммой ВП. Использование подпрограмм ВП помогает легко управлять изменениями и отладкой блокдиаграмм. После того как ВП сформирован создана его иконка...
18680. Структуры в среде LabVIEW 19.12 KB
  Структуры. Структуры на блокдиаграмме используются для повторяющихся операций над потоками данных для выполнения операций над данными в определенном порядке и наложения условий выполнения операций. Среда LabVIEW содержит следующие структуры: цикл While по условию цикл ...
18681. Информационные процессы в ЦА 46.41 KB
  Информационные процессы в ЦА. 1. Представление информации это кодирование на какихлибо носителях. Т.к. информация представляется сигналами возникает задача рационального представления информации в аналоговом цифровом или аналогоцифровом АЦ смешанном виде. Ха...
18682. Условная энтропия. Энтропия сложной системы 47.76 KB
  Условная энтропия. Энтропия сложной системы. Энтропия сложной системы. Теорема сложения энтропий На практике часто приходится определять энтропию для сложной системы полученной объединением двух или более простых систем. Под объединением двух систем и с возможн...
18683. Принципы построения корректирующих кодов и их характеристики 24.75 KB
  Принципы построения корректирующих кодов и их характеристики. Коды делятся на: 1. Коды обнаруживающие ошибки. 2. Коды исправляющие ошибки. Все коды такого вида основаны на избыточности которую надо внести в кодовую комбинацию. Эта избыточность может быть введена ...
18684. Коды Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки 38.47 KB
  Коды Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки. Обычный код Хемминга исправляет одиночную ошибку.Необходимо знать сколько потребуется контрольных символов и куда их поставить. m число информационных символов k число контрольных символов ...