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

38005. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОСФОРА ПО РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ ГЕТЕРОПОЛИКОМПЛЕКСА 42.5 KB
  I Повторите по лекционному конспекту и учебникам [I 2] материал о реакции образования ГПК их устойчивости и оптическим свойствам. Определение фосфора и кремния по реакции образования их ГПК является важнейшим а для малых количеств практически единственным способом определения. ГПК имеют формулу вида ЭхОу nМezОt в случае двойных комплексов где Me = Mo V W и другие металлы образующие лиганд анионного характера; Э= Р Si s Ge неметалл.
38006. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТОДОМ НАСЫЩЕНИЯ 42 KB
  При этом выход единственного комплекса увеличивается соответственно увеличивается и оптическая плотность раствора измеренная на длине волны максимального поглощения комплекса. Точка пересечения прямых соответствует стехиометрическому соотношению СR CM = M n для комплекса состава MnRM. В случае образования малопрочного комплекса точку пересечения находят экстрополяцией линейных участков кривой. Применяется в тех случаях когда мы не можем надежно определить точку излома малопрочный комплекс побочные процессы при насыщении сдвиг рН...
38007. Изучение устойчивости комплексного соединения в растворе при разбавлении и при введении посторонних веществ 197.5 KB
  Теоретическое введение Предположим что мы определяем металл М по фотометрической реакции М iR = MRi измеряя поглощение образующегося комплекса на длине волны λ остальные компоненты и комплексы М и с R стехиометрии на этой длине не поглощают. МRi = βRi [R]` φ Обозначая индексами Л и П величины относящиеся соответственно к пробе и эталону запишем : `MRi = ``MRi...
38008. Диагностика и лечение дисфагии при заболеваниях центральной нервной системы. Клинические рекомендации 352 KB
  При отборе публикаций, как потенциальных источников доказательств, использованная каждым исследователем методология изучалась для того, чтобы убедиться в ее валидности. Результат изучения влияет на уровень доказательств, присваеваемый публикации, что в свою очередь влияет на силу, вытекающих из нее рекомендаций.
38009. Методы защиты речевой конфиденциальной информации от утечки по воздушному акустическому каналу 747.5 KB
  Получить практические навыки по: работе с измерительными приборами: генератором среднегеометрических частот октавных полос речевого сигнала шумомером акустическими излучателями прибором для определения уровня звукового давления акустического сигнала на базе ПЭВМ; расчету параметров несущих конструкций определяющих возможность образования канала утечки речевой информации их анализу и разработке предложений по повышению уровня защищённости защищаемого помещения пассивными методами защиты; работе с нормативными документами...
38010. ИССЛЕДОВАНИЕ СОРТИРОВОК РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ 156 KB
  Задача работы: овладеть навыками написания программ при исследовании различных методов сортировки. Теория Среди улучшенных методов сортировки встречаются как доработанные прямые методы так и методы уже более высокого уровня т. с новой идеей где одним из элементов сортировки является прямой метод.
38011. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ НА ГРАФАХ 1.78 MB
  Краткая теория Представление графов Для представления графов чаще всего применяется матрица смежности это матрица [n n] где n число элементов а элементы [i j] могут быть равны значению 0 или x flse или 1 true в зависимости от того присутствует ли дуга из вершины i в вершину j рис.n] of integer то можно составить оператор L_SMEG_V который определяет множество смежных вершин для заданной вершины v и записывает их в вектор типа ms. function L_SMEG_Vv2 n1:integer; vr k1:integer:ms; {v2 это вершина для которой ищут все...
38012. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И СЛОЖНОСТИ ИССЛЕДУЕМЫХ АЛГОРИТМОВ 146.5 KB
  Краткая теория Теория сложности алгоритмов Сложность алгоритма характеристика алгоритма определяющая зависимость времени выполнения программы описывающей этот алгоритм от объёма обрабатываемых данных. Формально определяется как порядок функции выражающей время работы алгоритма. Эффективность алгоритма временная сложность в самом худшем случае Ofn или просто fn.
38013. ИЗУЧЕНИЕ БЕТА –АКТИВНОСТИ 145.5 KB
  10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 95 ИЗУЧЕНИЕ БЕТА АКТИВНОСТИ Цель работы Изучение явления бета распада определение длины пробега частиц и максимальной энергии частиц радиоактивного источника. Например радиоактивный изотоп водорода испускает частицы с Еmx = 18 кэВ а изотоп азота с Еmx = 166 МэВ. Типичная кривая распределения частиц по энергиям изображена на рис.1 где dN dE число частиц имеющих полную энергию от Е до Е dЕ Еmx максимальная энергия частиц данного радиоактивного вещества.