Разграничаване диференциално и интегрално Ефект на Джаул-Томсън. Техниката за получаване на ниски температури прилага неразделна Ефект на Джаул-Томсън, но ние започнем с разглеждане на различен ефект, или опит на Джаул-Томсън (1852-1862 GG.). В тези експерименти беше взето цилиндрична тръба заобиколен от топлоизолационен материал. В средата на тръбата между двете мрежи MN и M1N1 (фигура 2) се поставя плътен слой от памучни линтери и коприна. Газът под разликата в налягането да тече бавно през тръбата. При тези условия, при всяко време от двете страни на тръбата за газ е в термодинамично равновесие състояния. Газ натиск върху различни страни на щепсел Р1 и Р2 се поддържа постоянна. Когато постоянен поток от едната страна с тапи инсталиран постоянна температура газ T1. от друга - постоянна температура Т2. Тези температури и измерени в експеримента. Промяна на температурата на газа в постоянен поток газ през тапата и се нарича Ефект на Джаул-Томсън.
Умствени изолиране на левия щепсел V1 обем газ. След преминаване през част щепсел Специализирани се V2 обем газ. От лявата страна на газа за производство на работа P1V1. в дясната част на газа тя не работи P2V2. Общият свършената работа на газ, равен. Нанесете върху избраната част на газ първия закон на термодинамиката. На топлини на газа не се получават, тъй като изолиран тръбна стена, физическото състояние на запушалка и вътрешната си енергия остава постоянна. Ето защо, обозначаваща вътрешната енергия на избраната маса U. газ може да пише
По дефиниция, стойността на функцията е термодинамична газ енталпия. Поради това, последното равенство означава, че в опита на газ енталпията на Джаул-Томсън не се променя, т.е. ,
Това съотношение е основната теория на ефекта за Джаул-Томсън. Да предположим, че от двете страни на тръбата се поддържа малка разлика в налягането DP. съответната температура разлика DT се измерва в експеримента. Газовият поток се приема стабилно. Теоретичната Проблемът е, че, знаейки, ДП и уравнението на състоянието на газа, изчисли DT. От опит Джаул-Томсън енталпията H не се променя след това, като се има предвид, че в зависимост от температурата и налягането, можем да запишем
По дефиниция, енталпията
За изчисляване на частна производна началото на първия закон на термодинамиката, написана под формата:
Използването на определението на енталпията, ние пренапише уравнение (14), както следва:
Разделяне на израза (15) Т. получите нарастване на ентропията:
Предвид ентропията като функция на Т параметри и р могат да бъдат представени като нарастване на ентропията
Сравнявайки това с израза (16) предвижда, че
Смесените частични производни на функция отговаря на условието
В съответствие с това
Заместването в това уравнение експресия (17) води до връзката
С провеждане на диференциацията, ние получаваме
Като се има предвид, че стигаме до формулата
След това уравнение (13) приема формата
където CP - моларен топлинен капацитет на газ при постоянно налягане.
Извеждане (19) не е трябвало да се знае изричното форма на уравнението на газ състояние. За да се получат конкретни резултати трябва да знаят, уравнението на състоянието на газ. Ако идеален газ, на газ към един мол на Менделеев-Clapeyron уравнение, трябва, след това, от уравнение (19), т.е. за идеален газ не се среща Ефект на Джаул-Томсън.
Но за реални газове, най-общо казано, е или отопление или охлаждане. Тъй като уравнение на състоянието на реален газ вземе уравнението на сили ван дер Ваалс:
където А и Б - постоянни сили ван дер Ваалс.
Да разгледаме прост случай на разреден газ, когато условията, съдържащи а и б. Те са малки корекции. Ние можем да се ограничим до линейната сближаване, като се отстраняват всички термини с по-високи правомощия на а и б. В тази апроксимация, уравнение (19) води до експресията
Ако и след това, и газът се охлажда. Ако, напротив ,, и газът се загрява. По-специално, когато газът се охлажда винаги; когато - винаги горещо. Първият резултат е разбираемо, тъй като топлинното разширение на кинетичната енергия на движение на газа се изразходва да работят срещу силата на молекулното привличане. Вторият резултат не е толкова очевидно.
Ако промяната е нула температура. Температура нарича инверсия температурна разлика Ефект на Джаул-Томсън. най-T
Нека сега да разгледаме неразделна Ефект на Джаул-Томсън. Интегрална Joule-Thomson ефект, получен чрез газ, който е под високо налягане (от порядъка на стотици атмосфери), да тече в пространството с ниско налягане (около атмосферно налягане) през отвор клапан или тесен. Този процес се нарича дроселиране газ.
Промяна температура газ Т2 - Т1 когато неразделна ефект се определя по формулата
В зависимост от знака на температура промяна Т2 подинтегрален - Т1 може да бъде както положителна и отрицателна. По-специално, когато в целия диапазон на диференциално налягане ефект води до DT <0, то и интегральный эффект будет приводить к T2 - T1 <0, т.е. в результате дросселирования газ должен охлаждаться. При комнатной температуре это имеет место для большинства газов, в частности, для воздуха и углекислоты. Совсем иначе ведет себя водород. Для него при комнатных температурах интегральный эффект Джоуля-Томсона приводит к нагреванию газа. Такое нагревание иногда приводит к катастрофам, в которых сильно сжатый водород самопроизвольно воспламеняется при истечении из поврежденных труб. При внезапном расширении водород может охлаждаться лишь тогда, когда его температура ниже минус 80 0 С.
Свързани статии