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

83429. Сценарій ДЮП «Прометей» 41.5 KB
  Але жарке, палюче сонце обпекло молоде листячко і маленька, настирлива іскорка починає свою гру. Пожежу ще можна попередити, якщо засипати вогнище піском. 10 година 12 хвилин. Вітер переносить полум’я на сусідні дерева, вогонь ще можна загасити водою, але гілки дерев уже сплелись...
83430. Антитютюнова пропаганда 74.5 KB
  Мета заходу: Виховання свідомого ставлення до свого здоров’я та здоров’я громадян як найвищої соціальної цінності; формування валеологічного світогляду; формування та пропаганда здорового способу життя; забезпечення обізнаності учнів з питань тютюнопаління; профілактика шкідливих звичок...
83431. Птахи. Закріплення звука[ш], букви Ш, ш. Робота над виразністю читання, речень, різних за метою висловлювання 52.5 KB
  Складіть малюнок птаха і прочитайте цікаву інформацію про нього.Якого птаха впізнали сова Прочитайте цікаву інформацію про нього. Якого птаха впізнала ваша група шишкарик Прочитайте цікаву інформацію про нього. Звернемось до нашого словника синички зустрілися шматочки сидиш комашка поспішай годівничка лети Прочитайте слова першого стовпчика.
83432. Як живуть птахи? 70.5 KB
  Мета: дати уявлення про довкілля птахів на прикладі ластівки і синички їх пристосованість до умов життя. Щоб гніздо було міцнішим ластівки додають до глини невеликі соломинки. Пташенята і дорослі ластівки голодують бо тоді комахи не літають. Ластівки знищують багато шкідливих комах.
83433. Дивовижний птах. Паперопластика 82 KB
  Форма: конкурс змагання на найкращій виріб Тип: урок творчості Обладнання: музика лісу зображення лебедя асоціативний куб послідовності роботи груп шаблони вироби лебедя. Германці вірили що сонце може перетворюватись в прекрасну Богиню білосніжного лебедя...
83434. Урок А.С. Пушкин «Сказка о рыбаке и рыбке» 51 KB
  На какие две группы делятся все известные вам сказки Сказки бывают народные а бывают авторские. Чем авторская сказка отличается от народной Авторы народных сказок неизвестны сказки передаются из поколения в поколения с возможными изменениями.
83435. Система міжнародного права 33.8 KB
  Система міжнародного права - це обєктивно існуюча цілісність внутрішньо взаємозвязаних норм міжнародного права, що розподіляються по відносно відособленим комплексам, спрямованим на регулювання однорідних суспільних відносин. Вона включає галузі, інститути та норми.
83436. Співвідношення міжнародного публічного і міжнародного приватного права 36.01 KB
  Відбуваються постійні контакти між фізичними і юридичними особами різних держав відносини на рівні міжнародних неурядових організацій які регулюються нормами міжнародного приватного права. Норми міжнародного приватного права не повинні суперечити основним принципам міжнародного права. Крім того вони мають спільну мету забезпечення мирного співіснування та розвитку міжнародного співробітництва держав.