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

9 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

47112. Программы развития национальной экономики 61 KB
  В России в рамках федеральных целевых программ осуществляется: поддержка реформ в сфере образования и здравоохранения; реформа судебной системы; формирование рынка доступного жилья; модернизация АПК и создание условий для его устойчивого развития; строительство и совершенствование стратегически важных для страны объектов транспорта; поддержка государством реализации крупных транспортных инфраструктурных проектов; осуществление инновационных проектов и программ др. Реализация федеральных целевых...
47113. Конституційна організація державно влади та місцевого самоврядування в Уккраїні 59.5 KB
  Так єдиний орган законодавчої влади в Україні парламент Верховна Рада України. Гарантом державного суверенітету територіальної цілісності України дотримання Конституції України прав і свобод людини та громадянина є глава Української держави Президент. Єдиним органом законодавчої влади в Україні є парламент Верховна Рада України. Право законодавчої ініціативи у Верховній Раді України згідно з Конституцією України мають: Президент України; народні депутати України; Кабінет Міністрів України; Національний банк України.
47114. Методи розрахунку калькуляції та методи технологічних розрахунків 59 KB
  Система оплати праці в будівництві основна ст. 12 відрядна сдельная скільки заробив стільки отримав; відряднопреміальна за якістю економічністю виконаної роботи може бути надбавка до 40 зарплати; погодинна; погодиннопреміальна до 30 премія; акордна; договірна Форма оплати праці робітників визначається співвідношенням між виконаною роботою та розміром нарахованої за це заробітної плати. Залежно від того які показники приймаються за вимірник праці кількість виготовленої продукції чи кількість відпрацьованого...
47116. Архитектура и быт городов, транспорт 59.5 KB
  При создании проектов новых городов архитекторы начали уделять внимание связи микрорайонов с ландшафтом По мере развития бытовой техники в домах появлялись холодильники газовое а с 70х годов XIX в. Наиболее распространенными до конца XIX в. С 60х годов XIX в. К концу XIX в.
47120. Лицензирование природопользования и охраны окружающей среды 60.35 KB
  В соответствии с экологическим законодательством используются различные формы документов выполняющих функции лицензии. Для получения лицензии разрешения на осуществление соответствующих видов деятельности юридическое или физическое лицо должно обратиться с заявлением в органы уполномоченные на ведение лицензионной деятельности. Правом предоставления лицензии разрешения обладают также территориальные подразделения названных выше и других природоохранительных органов. В зависимости от вида лицензии разрешения определяется ее его...