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

36427. Работа с матрицами в Matlab 227.5 KB
  Например матрицу можно ввести следующим образом: набрать в командной строке разделяя элементы строки матрицы пробелами: =[0. Элементы каждой следующей строки матрицы набираются через пробел а ввод строки завершается нажатием на Enter . Другой способ ввода матрицы основан на том что матрицу можно рассматривать как векторстолбец каждый элемент которого является строкой матрицы.
36428. Работа со строками и текстовыми файлами в MatLab 242.5 KB
  Строки записываются в текстовый файл при помощи функции fprintf ее первым входным аргументом является идентификатор файла а вторым добавляемая строка. Если поместить его в конец добавляемой строки то следующая команда fprintf будет осуществлять вывод в файл с новой строки а если n находится в начале то текущая команда fprintf выведет текст с новой строки.txt''wt'; fprintff'текст '; fprintff'еще текст n'; fprintff'а этот текст с новой строки'; fclosef; Листинг 5.3 текст еще текст а этот текст с новой строки Аналогичного...
36429. Австралия и Океания 35.5 KB
  Австралия расположенная в тропиках и субтропиках за исключением о. В некоторых из них часто проходят фестивали и спортивные соревнования поэтому Австралия район и фестивального туризма. Юговосточная Австралия которая протянулась вдоль одного из морей Тихого Океана Тасманова моря. Восточная Австралия район тоже примыкающий к морям Тихого океана Тасманову и Коралловому.
36430. Государственные природные заказники России: статус, режим, функции, задачи, перспективы развития ФЗ и РЗ 26 KB
  Государственными природными заказниками являются территории акватории имеющие особое значение для сохранения или восстановления природных комплексов и их компонентов и поддержания экологического баланса. Режим особой охраны территорий государственных природных заказников 1. На территориях государственных природных заказников постоянно или временно запрещается или ограничивается любая деятельность если она противоречит целям создания государственных природных заказников или причиняет вред природным комплексам и их компонентам. На...
36431. История заповедного дела 26.5 KB
  Большое значение для расширения заповедного дела имел Декрет Совета Народных Комиссаров СССР от 16 сентября 1921 года Об охране памятников природы садов и парков заложивший основы классификации ОПТ. Улучшению работы по формированию ОПТ способствовало принятие федеральных законов Об охране окружающей природной среды 1991 и Об особо охраняемых природных территориях 1995 Сеть ОПТ области формировалась в течение почти 80 лет . Штильмарк выдвинули концепцию в соответствии с которой каждый регион должен обладать системой ОПТ. Впервые...
36432. Туристский спрос и предложение 30.5 KB
  Предложение туристского продукта зависит от многих факторов: количества туристских поставщиков предприятия размещения питания развлечений и т. Компоненты предложения определенного туристского региона могут быть разбиты на 4 основные категории: 1 природные ресурсы 2 инфраструктура 3 материальнотехническая база туризма которая включает: туроператоров и турагентов предприятия размещения предприятия питания и торговли автотранспортные предприятия и т. В состав материальнотехнической базы туризма входят: туроператоры и турагенты...
36433. Понятие туристского продукта, его жизненный цикл 34 KB
  Маркетинг в туризме как раз нацелен на изучение совокупного продукта различных сфер деятельности. Началом стадии внедрения продукта на рынок считается момент когда туристское предприятие впервые предложило его целевой аудитории. Основной характерной чертой этой стадии является медленный темп сбыта продукта и как следствие полное отсутствие или наличие незначительной прибыли.
36434. Категории производственных ресурсов туристского продукта. Ограниченность ресурсов 25.5 KB
  Ограниченность ресурсов Производство туристского продукта требует ресурсов. Существуют три основные категории производственных ресурсов или факторов производства: природные и культурноисторические людские капитальные. Большинство природных ресурсов истощаются в процессе туристской эксплуатации.
36435. Экологический туризм: предпосылки и особенности развития 29.5 KB
  Предпосылки зарождения экологического туризма Ведущая среди основных причин зарождения экологического туризма это усиливающаяся изза массовости туризма нагрузка на природные и культурноисторические ресурсы. По мере роста глобализации мирового хозяйства росли и негативные изменения в геосфере Земли: климатические изменения; деградация почвы; разрушение экосистем и уменьшение биологического разнообразия; увеличение загрязнения воды почвы и воздуха; природные бедствия вызванные деятельностью человека; неконтролируемый прирост...