74800

Адиабатическое дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона

Доклад

Физика

Подобный процесс но с реальным газом адиабатическое расширение реального газа с совершением внешними силами положительной работы осуществили английские физики Дж. После прохождения газа через пористую перегородку в правой части газ характеризуется параметрами...

Русский

2015-01-05

57.5 KB

6 чел.

40.Адиабатическое дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона

Если идеальный газ адиабатически расширяется и совершает при этом работу, то он охлаждается, так как работа в данном случае совершается за счет его внутренней энергии. Подобный процесс, но с реальным газом — адиабатическое расширение реального газа с совершением внешними силами положительной работы—осуществили английские физики Дж. Джоуль (1818—1889) и У. Томсон (лорд Кельвин, 1824—1907).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.Ради простоты рассмотрим 1 моль газа. Подставляя в формулу (64.2) выражение (63.3) и рассчитанные из уравнения Ван-дер-Ваальса (61.2) значения p1V2 и р2V2 (символ «m» опять опускаем) и производя элементарные преобразования, получаем---(64.3)Из выражения (64.3) следует, что знак разности (T2—T1) зависит от того, какая из поправок Ван-дер-Ваальса играет бóльшую роль. Проанализируем данное выражение, сделав допущение, что p2<<p1 и V2>>V1:1)а  0 не учитываем силы притяжения между молекулами, а учитываем лишь размеры самих молекул. Тогдат. е. газ в данном случае нагревается;2)b  0 не учитываем размеров молекул, а учитываем лишь силы притяжения между молекулами. Тогдат. е. газ в данном случае охлаждается;3)учитываем обе поправки. Подставив в выражение (64.3) вычисленное из уравнения Ван-дер-Ваальса (61.2) значение р1, имеем---(64.4)т. е. знак разности температур зависит от значений начального объема V1 и начальной температуры Т1.Изменение температуры реального газа в результате его адиабатического расширения, или, как говорят, адиабатического дросселирования — медленного прохождения газа под действием перепада давления сквозь дроссель (например, пористую перегородку), называется эффектом Джоуля—Томсона. 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. Отметим, что при больших перепадах давления на дросселе температура газа изменяется значительно. Так, при дросселировании от 20 да 0,1 МПа и начальной температуре 17° С воздух охлаждается на 35° С.Эффект Джоуля — Томсона обусловлен отклонением газа от идеальности. В самом деле, для моля идеального газа рVm=RТ, поэтому выражение (64.2) примет вид откуда следует, что Т1 = T2.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4397. Перелік та коротка характеристика основних стилів. Комплексний стилістичний аналіз зразка 74 KB
  В мові виділяють п'ять стилів: художній, науковий, публіцистичний, розмовний та офіційно-діловий. Оскільки суспільні функції мови часто переплітаються, то й функціональні стилі не є відособленими один від одного, кожен з них містить елементи іншого.
4398. Общее равновесие и благосостояние в экономике 124 KB
  Частичное и общее равновесие в экономике. Частные и общественные блага. Линия возможных благосостояний. Парето-оптимальность и Парето-предпочтительность. Дифференциация доходов и проблема неравенства. Кривая Лоренца. Коэффициен...
4399. Понятие конвертируемости валюты (денежной единицы) страны 198.5 KB
  Введение Понятие конвертируемости валюты (денежной единицы) страны имеет в современной экономической теории размытые рамки, которые формально классифицированы, в частности, Международным валютным фондом создавшим за послевоенную историю нормативные ...
4400. Деньги и их характеристики. Инструменты кредитно-денежного регулирования 172.5 KB
  Деньгами в обширном смысле могут быть названы всякие знаки ценности, служащие для размена, приобретения других предметов, покупки или найма человеческого труда. Деньги - это общественный институт, который увеличивает богатство, снижая издер...
4401. Космологические модели вселенной 87.5 KB
  Космологические модели вселенной ЧТО ТАКОЕ КОСМОЛОГИЯ? Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на ас...
4402. Вивчення впливу зовнішнього оточення організації на її діяльність 111 KB
  Вступ Не існує жодної організації, що не мала б зовнішнього оточення і не знаходилася б з ним у стані постійної взаємодії. Успіх будь-якої організації залежить не тільки від факторів діючих всередині організації, але, вирішальним чином, залежи...
4403. Розрахунки чеками та векселями 51.5 KB
  Чек — грошовий документ встановленої форми, що містить беззаперечне письмове розпорядження власника рахунка (клієнта) банкові, який обслуговує його, сплатити певну суму грошей пред'явникові чека або іншій вказаній у чеку особі
4404. Агропомышленный комплекс Новосибирской области 92.5 KB
  Введение Новосибирская область: государственно-территориальное образование, входящее в состав Российской Федерации на правах ее равноправного субъекта, расположена в географическом центре страны, в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины, глав...
4405. Фанализ - филосовско-аналитическая теория истины 152 KB
  Эта работа была задумана для рассмотрения более объективной оценки окружающего мира. Здесь рассматриваются более двадцати вопросов, наиболее значимых, при объяснении такого подхода поиска истины как Фанализ. Этот взгляд должен дать толчок для самора...