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

5776. Теорія автоматичного управління спеціальними системами 1.92 MB
  Нелінійні системи та їх аналіз Нелінійні системи - це системи, що описуються нелінійними диференціальними рівняннями. Система автоматичного управління (САУ) називається нелінійною, якщо до її складу входить хоча б один нелінійний елемент. На пр...
5777. Землевпорядне проектування. Конспект лекцій 2.57 MB
  В першому розділі йдеться про теоретичні основи землевпорядного проектування. В другому розділі розкриваються питання територіального землеустрою, в третьому розділі - внутрішньогосподарський землеустрій сільськогосподарських землеволодінь і зе...
5778. Культурологія Давніх словян та сучасних українців 211 KB
  Предмет і завдання курсу. Культурні джерела східних слов'ян. Культура Київської Русі та Галицько-Волинської держави. Мистецтво: архітектура, живопис, музика та декоративно-ужиткове мистецтво. Неоднозначний стан української культури під час хрущовської відлиги.
5779. Університетська освіта в контексті Болонського процесу 55 KB
  Університетська освіта в контексті Болонського процесу. Поняття вища освіта. Мета, задачі, структура, типи вищих навчальних закладів України. Закон України Про вищу освіту від 17.01.2002 р. спрямований на врегулювання суспільних відносин у галу...
5780. Макроекономіка як наука 183.5 KB
  Макроекономіка як наука Анотація Економіка як об'єкт вивчення економічних наук. Рівневий підхід до вивчення економіки. Предмет макроекономічної теорії. Суб'єкти макроекономіки. Макроринки та їх класифікація. Проблема обмеженості ресурсів і...
5781. Аналіз сировини в кондитерській промисловості 205.5 KB
  Характеристика сировини, що використовується у кондитерському виробництві. Правила її зберігання та підготовка до виробництва. Органолептична оцінка якості: борошна, цукру-піску, цукрової пудри, патоки, яєць, меланжу, яєчного поро...
5782. Поняття регіону. Галузева та функціональна структури регіону 142 KB
  Поняття регіону, територіального та регіонального управління Структура регіону. Галузева та функціональна структури регіону Соціальна інфраструктура регіону Поняття регіону, територіального та регіонального управління Термін...
5783. Статья. О структурном синтезе передаточных механизмов 820 KB
  О структурном синтезе передаточных механизмов Настоящая статья является продолжением работы. Рассматривается метод образования структуры пространственных передаточных механизмов с использованием схем плоских механизмов. Метод основан на построен...
5784. Определение жесткости токарного станка производственным методом 546.5 KB
  Определение жесткости токарного станка производственным методом Цель работы Ознакомиться с производственным методом определения жесткости. Определить суммарную жесткость передней бабки и суппорта, задней бабки и суппорта, построить диаграмму...