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

43520. Технология производства хлористого калия методом растворения-кристаллизации 426 KB
  Осветление горячего насыщенного щелока от глинистых и солевых частиц. Охлаждение осветленного насыщенного щелока за счет самоиспарения под вакуумом и кристаллизация хлористого калия. Сгущение хлоркалиевой пульпы с целью отделения основной массы маточного щелока от кристаллов хлористого калия. Нагрев растворяющего щелока.
43521. НАПРЯМИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ ЩОДО ВДОСКОНАЛЕННЯ ПРОФЕСІЙНОГО ПІДБОРУ ПЕРСОНАЛУ НА ПІДПРИЄМСТВІ 276.5 KB
  Якщо чисельність персоналу менша від нормативної, кадрового потенціалу стає недостатньо для розв’язання нагальних проблем розвитку організації. Планові перетворення виробничої та управлінської бази організації в цьому разі не забезпечуються достатньою професійною й інтелектуальною підтримкою наявних кадрів.
43522. Оценка эффективности затрат на предупреждение аварии и обучение нештатных АСФ 521 KB
  Основная причина и прогнозирование масштаба аварии. Технологический способ локализации аварии. Расчет сил и средств локализации аварии. Задание на учение и решение руководителя по ликвидации аварии.
43523. Облік операцій з фінансової оренди (лізингу) підприємства 816.5 KB
  Виходячи з вищесказаного була вибрана тема курсової роботи – Облік операцій з фінансової оренди лізингу підприємства. Тема оренди та лізингу є однією з найбільш актуальних як для великих підприємств так і для невеликих фірм. Оскільки подібні угоди не допускають можливості дострокового припинення оренди правильне визначення величини періодичної плати забезпечує власникові повне відшкодування...
43524. Расчёт и конструирование асинхронных двигателей 730 KB
  Расчёт обмоток статора Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора Сердечники статора и ротора собраны из штампованных листов электротехнической стали толщиной Обмотка короткозамкнутого ротора и закорачивающие кольца выполняются алюминиевыми обмотка статора медной.
43525. Социальные конфликты современной России 162.5 KB
  Социальная неоднородность общества, различие в уровне доходов, власти, престиже и т.д. нередко приводят к конфликтам. Конфликты являются неотъемлемой частью общественной жизни. Это обуславливает пристальное внимание социологов к исследованию конфликтов.
43526. Многомерная модель базы данных и ее реализация на основе Microsoft SQL Server 479.5 KB
  Поэтому не удивительно то внимание которое сегодня уделяется средствам реализации и концепциям построения информационных систем ориентированных на аналитическую обработку данных. И в первую очередь это касается систем управления базами данных основанными на многомерном подходе МСУБД. Требования к средствам реализации систем оперативной и аналитической обработки данных.
43527. Организация отдыха детей и молодежи: технологии, опыт, проблемы 246.5 KB
  Правильно организованный отдых детей и молодежи обеспечит их разностороннее развитие и формирование личности, духовное, патриотическое, нравственное воспитание, укрепление здоровья, оздоровление организма и восстановление работоспособности. В современной России возникла проблема, касающаяся организации досуга и отдыха детей и молодежи
43528. Анализ и прогнозирование финансового состояния предприятия ООО «Зеркало-инфо» 455 KB
  Объектом исследования курсовой работы является ООО Зеркалоинфо предмет исследования – финансовое состояние предприятия. Цель курсовой работы – исследование финансового состояния предприятия ООО Зеркалоинфо выявление основных проблем финансовой деятельности. В первой главе работы проводится анализ финансового состояния предприятия.